探尋初中物理教學設計的本質

耿愛霞+李立娟

摘 要：現行教材中“阿基米德原理”存在著部分問題：教材僅僅提出了一種求解浮力的方法，卻沒有進行更深層次的物理意義的挖掘，更沒有給出本節內容與上一節內容的關系。所以，針對此問題，應注重教材內容的分析，突出原理本質的教學設計，并對教學設計展開討論。

關鍵詞：阿基米德原理 教材內容 教學設計

浮力 問題解決

初中物理“阿基米德原理”一節是繼“浮力”一節內容后，學生對浮力問題的進一步認識，由對浮力產生的原因及影響浮力大小因素的感性認知轉向對浮力大小的數學原理的把握。因此，如何設計本節教學內容，才能更好地讓學生掌握浮力的運算及浮力與影響因素之間的數學關系，使學生形成清晰的知識網絡，這是值得我們深思的問題。

一、教材內容的分析

現行人教版教材“阿基米德原理”一節主要由兩部分組成：第一，阿基米德的靈感;第二，浮力的大小。第一部分從“阿基米德鑒定王冠”的故事出發，得出結論：物體排開液體的體積越大，液體的密度越大，它所受的浮力越大。然后通過一個實驗讓學生體驗這一結論。最后引導學生得出推想“浮力的大小跟排開液體所受的重力也密切相關”。第二部分承接第一部分內容，通過實驗探究“浮力的大小跟排開液體所受重力的關系”，從而得出阿基米德原理F浮=G排。最后，以一道例題結束了本節課的教學內容。

可見，教材給出阿基米德原理的表達式后，未再進行更深層次的挖掘。公式F浮=G排可以進一步分解為F浮=G排=m液g=ρ液gV排，即F浮=ρ液gV排。學生在學完這一節內容后，也可以應用公式G排=m液g=ρ液gV排，再根據阿基米德原理F浮=G排求解浮力問題，最終熟練運用公式F浮=ρ液gV排來解答與浮力有關的計算題。但這只是停留在公式表面的應用上，卻不能深諳公式的物理意義。

針對以上教材中存在的問題，我對本節內容進行了全新的設計，揭示了“阿基米德原理”的本質及其表達的物理意義，并突出了與上一節“浮力”在研究意義上的整體性。

二、原理本質的教學設計

為了使 《浮力》一章的學習內容形成一個具有內在邏輯性的整體，能夠更好地揭示“阿基米德原理”的本質，我運用了“問題解決”的教學模式。事實上，問題解決是人類的一種基本學習活動，問題解決的過程是學生獲取知識的主要途徑，學生的學習也是一種學科問題解決的主要過程。從上一節“浮力”得出的“如果物體浸在液體中的體積越大，液體密度越大，那么浮力就越大”的結論出發，我將本節課的教學內容間的關系設計如圖1所示：

首先，由決定浮力大小的因素出發，提出問題：浮力與各影響因素之間的具體數學關系是什么？即F浮與ρ液、V浸之間的函數關系。然后，教師引導學生通過阿基米德的故事得出，使問題轉變為F浮與ρ液、V排之間的關系問題。所以，探究實驗中需要測量的物理量有F浮、V排，液體的密度可以查找密度表，通過實驗數據得出。

公式F浮=ρ液gV排回答了最初的問題，F浮與ρ液、V排之間是比例系數為g的正比例關系。公式F浮=ρ液gV排是浮力的決定式，直觀地描述了浮力與液體密度、排開液體體積之間的關系，而與物體自身的密度、體積以及重力沒有關系，同時闡明了公式自身的物理意義。

對公式F浮=ρ液gV排進行整理得出G排=m液g=

ρ液gV排，進而推導出阿基米德原理F浮=G排。阿基米德原理不僅提供了一種計算浮力的方法，還明確了浮力與各影響因素之間的關系。

“浮力與各影響因素之間的具體數學關系是什么？”這一問題的提出既承接了上一節課的內容，又開啟了本節課的內容，學生依據問題而展開思考和探究，對浮力的研究形成了一個體系。為了回答這一問題，探究實驗不再探究浮力與排開液體重力之間的關系，而轉變為探究浮力與液體密度及排開液體體積的關系，這樣浮力與各影響因素之間的函數關系就一目了然了。最后通過理論推理得出阿基米德原理。我認為，阿基米德原理揭示了浮力與各影響因素之間的關系，這也是阿基米德原理的本質內容。

三、教學設計的討論

“問題解決”的教學模式實現了對于阿基米德原理的教學設計，聯結了前面學過的決定浮力大小的因素，使《浮力》一章形成了一個完整體系，問題解決貫穿于整個章節，彰顯了教學設計的邏輯性。此外，教學設計通過對問題的回答，揭示了浮力與各影響因素之間的關系，挖掘了阿基米德原理的本質。

1.問題解決教學模式——突顯教學設計的邏輯

教學邏輯是學生構建清晰認知結構的關鍵，因此，必須捋清教學設計的邏輯關系。所謂教學邏輯就是教學過程中各要素所呈現的順序，其順序不是簡單的羅列，而是把各要素聯結起來的節點。如果找到了知識間的邏輯關系，學生會更容易地把握知識間的聯系，從而建立起整體性的知識網絡。本節的教學設計以問題為線索——教學邏輯的節點，通過對問題“浮力與各影響因素之間的具體數學關系是什么”的層層剖析，逐步深入本節課的教學內容。探究實驗是為了解決問題而做的，實驗結論揭示了問題的答案，阿基米德原理是對結論的總結與升華，整個教學邏輯清晰了然。

2.浮力與各因素間的關系——阿基米德原理的本質

在上一節“浮力”中已經介紹了浮力的兩種計算方法，通過彈簧測力計的示數變化求解浮力和根據浮力產生的原因計算浮力，而本節課“阿基米德原理”又提出了另一種計算浮力的方法。事實上，仔細研究兩節的內容會發現它們之間存在一定的內在聯系：“浮力”一節中給出了影響浮力大小的因素即物體浸在液體中的體積與液體密度，但沒有給出浮力與這兩個影響因素之間的具體關系;而“阿基米德原理”一節，恰好解決了上一節課未解決的問題，公式F浮=ρ液gV排不僅回答了浮力與各影響因素之間的關系，而且也體現了阿基米德原理F浮=G排的意義所在，揭示了阿基米德原理的本質。

參考文獻

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