例談以課本圖片為素材建構(gòu)物理模型的復(fù)習(xí)課
——以 “浮力”復(fù)習(xí)課為例

復(fù)習(xí)課是對新授課教學(xué)不足與欠缺的彌補(bǔ)，有查漏補(bǔ)缺的作用。當(dāng)然，復(fù)習(xí)課的查漏補(bǔ)缺已經(jīng)不能滿足我們對復(fù)習(xí)課的要求，它還要擔(dān)負(fù)起溫故知新的責(zé)任，從而讓學(xué)過的知識能織線成網(wǎng)，并發(fā)展學(xué)生分析、評價和創(chuàng)造的能力。

上一節(jié)如此高要求的復(fù)習(xí)課并非易事。筆者認(rèn)為，上好初中物理復(fù)習(xí)課要做好四個方面，即目標(biāo)引領(lǐng)、圖片對比、合理建構(gòu)和適度練習(xí)，簡言之就是利用學(xué)生熟悉的課本圖片構(gòu)建解決問題的物理模型。本文就以“浮力”復(fù)習(xí)課為例來說明具體操作方法。

一、目標(biāo)引領(lǐng)

從考綱要求、教材內(nèi)容和學(xué)生認(rèn)知發(fā)展三個方面，對浮力的復(fù)習(xí)內(nèi)容作如圖1的分析：

圖1

考綱的知識條目只對浮力知識做出考查要求，對復(fù)習(xí)課來說，只考慮學(xué)生的知識目標(biāo)達(dá)成是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要充分考慮對學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的需求。從布盧姆的教育目標(biāo)分類學(xué)角度來看，對浮力的要求還不只是認(rèn)識過程中的記憶和理解層次，還應(yīng)該有高階思維在具體項(xiàng)目和情境中的分析、評價和創(chuàng)造的要求。在復(fù)習(xí)課或考試的層面，知識層面是有目標(biāo)層次限制的，但能力層面往往就不受限制。

為使教學(xué)目標(biāo)更具可操作性，對浮力的復(fù)習(xí)課制定了如下的教學(xué)目標(biāo)：①能寫出考試知識條目要求的浮力的主要知識內(nèi)容；②通過實(shí)例對比分析，利用阿基米德原理和物體浮沉條件，構(gòu)建物體受到浮力的物理模型；③能在具體情境中直接運(yùn)用阿基米德原理或公式的變形式進(jìn)行簡單計(jì)算，從而解決相應(yīng)的問題；④能對與浮力相關(guān)的具體實(shí)例進(jìn)行分析、評價甚至創(chuàng)造，從而能運(yùn)用阿米德原理及物體浮沉條件。

如上的教學(xué)目標(biāo)制訂，第①條是針對“查漏補(bǔ)缺”的，第②③條是對浮力知識系統(tǒng)化的“織線成網(wǎng)”，而第④條則是“溫故知新”。這樣，其后的每一個教學(xué)環(huán)節(jié)也都對應(yīng)這四條教學(xué)目標(biāo)展開。

從主體的角度來看，一節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)包含教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”，教師的“教”是為學(xué)生的“學(xué)”服務(wù)的，所以學(xué)生活動設(shè)計(jì)成為一節(jié)課設(shè)計(jì)的核心。為此，本復(fù)習(xí)課體現(xiàn)“教學(xué)相長”的思想，基于如圖2的模式展開的：

圖2

圖2中的浮力實(shí)例全部來自課本中的浮力插圖，結(jié)合這些插圖，通過比較分析，建構(gòu)成解決浮力問題的物理模型。從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來看，課堂每個環(huán)節(jié)以一定的任務(wù)來驅(qū)動，通過小組合作的形式激發(fā)學(xué)生探索問題的興趣，為更好地建構(gòu)解決浮力的物理模型服務(wù)?；谶@樣的認(rèn)識，本節(jié)課的教學(xué)流程如圖3：

圖3

二、圖片對比

教材是教學(xué)最重要的資源和依據(jù)，在復(fù)習(xí)過程中，不能因?yàn)樾抡n已經(jīng) “使用過”教材而忽視了教材，當(dāng)然也不能對教材中的素材再次使用一遍。復(fù)習(xí)課要求創(chuàng)造性地利用教材中的各種資源，對教材呈現(xiàn)的內(nèi)容進(jìn)行新的認(rèn)識和規(guī)劃。教材中的內(nèi)容非常豐富，而且圖文并茂，其圖片都是經(jīng)過千挑萬選的，它們是教材內(nèi)容的重要組織部分，有些起“錦上添花”的作用，有些則起“畫龍點(diǎn)睛”的作用。

“浙教版”初中科學(xué)教材中關(guān)于浮力的內(nèi)容，其中就有如圖4所示的6幅圖：

圖4

這些圖體現(xiàn)了浮力知識結(jié)構(gòu)的整體框架，按照“構(gòu)建解決浮力問題物理模型”的要求，重新對其進(jìn)行排序和對比分析，并通過學(xué)生對問題的討論分析，形成了解決浮力問題的一般物理模型。

三、合理建構(gòu)

學(xué)習(xí)浮力內(nèi)容后，絕大部分學(xué)生在認(rèn)知過程中能達(dá)到記憶、理解和簡單應(yīng)用阿基米德原理，但在具體情境中的分析、評價和創(chuàng)造的高階思維的綜合能力應(yīng)用上卻是比較缺乏的。這主要是因?yàn)槿狈Α敖鉀Q浮力問題的物理模型”的構(gòu)建。 “解決浮力問題的物理模型”，就是用來描述“如何做” “如何實(shí)現(xiàn)”浮力問題的物理過程。也就是通過從具體的浮力實(shí)例中，抽象出程序化、模式化的一套解決浮力問題的方式。

為對浮力知識的查漏補(bǔ)缺，本節(jié)復(fù)習(xí)課首先設(shè)立了任務(wù)一：請將有關(guān)浮力知識構(gòu)建一幅較詳細(xì)的思維導(dǎo)圖。

參考：浮力的 《考試說明》條目。①知道浮力的概念a；②描述阿基米德原理a；③認(rèn)識物體浮沉條件b；④直接運(yùn)用阿基米德原理或公式的變形進(jìn)行簡單計(jì)算b。

思維導(dǎo)圖內(nèi)容能直接體現(xiàn)本節(jié)課的基礎(chǔ)知識點(diǎn)，對學(xué)生是否掌握這些知識點(diǎn)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，同時也能把浮力知識系統(tǒng)化，達(dá)到織線成網(wǎng)的作用。其實(shí)構(gòu)建一幅思維導(dǎo)圖，就是一次對知識內(nèi)容整體的分析、綜合、評價和創(chuàng)造的過程。當(dāng)然，并非所有的學(xué)生都能把浮力知識點(diǎn)以思維導(dǎo)圖的形式完整地構(gòu)建出來，還需要學(xué)生之間討論與交流，以及教師的引領(lǐng)。

從課堂表現(xiàn)來看，大多數(shù)學(xué)生呈現(xiàn)的思維導(dǎo)圖都是以圖5的形式進(jìn)行構(gòu)建的。顯然，這樣的思維導(dǎo)圖受教師提示的“考試知識條目”的影響：

圖5

所以，在組織學(xué)生對思維導(dǎo)圖進(jìn)行評價時，需要引導(dǎo)學(xué)生從不同的分類標(biāo)準(zhǔn)、分類方法等角度構(gòu)建思維導(dǎo)圖。在展示學(xué)生思維導(dǎo)圖時，教師特別要重視展示那些“與眾不同”的思維導(dǎo)圖，并請學(xué)生說明這樣制作的原因（如圖6所示）。

圖6

顯然，圖6的思維導(dǎo)圖是從力的三要素的角度出發(fā)來對浮力知識進(jìn)行概括的，雖然“浮沉條件”與力的三要素并不是嚴(yán)格的并列關(guān)系，但這種對浮力本質(zhì)概念特征的全面認(rèn)識，卻是一般學(xué)生所缺乏的。這樣，就從不同角度對學(xué)生的浮力知識進(jìn)行建構(gòu)，很值得提倡。

任務(wù)二：（小組討論）判斷圖4中物體浮力大小是否改變，請說明理由。

任務(wù)二是課堂建構(gòu)的核心內(nèi)容，在給每位學(xué)生的課堂任務(wù)單中有表1的內(nèi)容：

表1 物體受到浮力分析

對于浮力問題，首先要明確物體在液體（或氣體）中的狀態(tài)，再判斷物體哪些量是變化的，哪些量是不變的，最后選擇相應(yīng)的公式來判斷，總結(jié)如圖7所示：

圖7

課堂以學(xué)生小組討論的形式完成了表1，并以小組匯報的形式展示了表2的“物體受到浮力分析”結(jié)果。

表2 物體受到浮力分析

分析圖4中的6幅圖，正是基于從具體的浮力情境到解決浮力問題的物理模型建構(gòu)的轉(zhuǎn)化。在學(xué)生匯報分析的過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如圖8的板書。

圖8

四、適度練習(xí)

課堂練習(xí)是對本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容的鞏固和提高，也是對教學(xué)成果的檢測，應(yīng)緊緊圍繞復(fù)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行練習(xí)。為此，本節(jié)課設(shè)計(jì)了如下3道知識覆蓋面廣、難度有梯度的練習(xí)。課堂教學(xué)時，以第1、2兩題為例，利用剛剛構(gòu)建的解決浮力問題的物理模型來解答。

1．如圖9所示，兩個容器中分別盛有甲、乙兩種不同的液體，把體積相同的A、B兩個實(shí)心小球放入甲液體中，兩球沉底；放入乙液體中，兩球靜止時的情況如圖乙所示，則下列說法不正確的是（ ）。

A．小球A的質(zhì)量小于小球B的質(zhì)量

B．甲液體的密度小于乙液體的密度

這時，同學(xué)們才小聲議論，并陸續(xù)舉報：“白虎隊(duì)”成員小王在班上扯女生頭發(fā)，小曹拿別人東西不還，小黃和值日生“叫板”，小但總在放學(xué)路上欺侮同學(xué)，小胡經(jīng)常逼迫別人叫他“老大”……做錯事不可怕，可悲的是他們似乎并不知道自己錯在哪里。

C．小球A在甲液體中受到的浮力大于在乙液體中的浮力

D．在甲液體中容器底對小球A的支持力小于對小球B的支持力

解析：本題的思路是通過對比分析物體在液體中的狀態(tài)，結(jié)合“哪些物理量變化，哪些物理量不變”進(jìn)行分析。乙圖中，A物體處于漂浮狀態(tài)，所以浮力FA與重力GA相等；而B物體處于沉底狀態(tài)，所以浮力FB小于重力GB；而又因?yàn)锳、B在同一液體中，B排開液體的體積大于A，則FB大于FA，所以GA小于GB，即小球A的質(zhì)量小于小球B的質(zhì)量。A在乙液體中漂浮，所以A物體密度小于乙液體；A物體在甲液體中下沉，A物體密度大于甲液體，所以甲液體的密度小于乙液體的密度。A在甲液體中沉底，所以A受到的浮力小于重力；A物體在乙液體中處于漂浮，所以受到的浮力等于重力，故小球A在甲液體中受到的浮力小于在乙液體中的浮力。由于在甲液體中A、B兩球受到浮力相同，A的重力又小于B，所以A受到容器底部的支持力小于B。

2．一物塊輕輕放入盛滿煤油的大燒杯中，靜止后有160克煤油溢出；將其輕輕放入盛滿水的大燒杯中，靜止后有180克水溢出。已知煤油的密度是0.8×103千克/米3，則物塊在水中靜止時的狀態(tài)及物塊的密度分別是 （ ）。

A．下沉，1.1×103千克/米3B．漂 浮 ， 0.85 ×103千克/米3

C．懸浮， 1.0×103千克/米3D．漂 浮 ， 0.90×103千克/米3

解析：此題以“分類”討論物的形式先假定物塊在兩種液體中的狀態(tài)，再結(jié)合“變量”和“非變量”排除不可能的情況。物塊若在水中下沉，則其密度大于水的密度，在煤油中也下沉，兩者排開液體體積相同，所以浮力之比即為液體密度之比4∶5，而不是8∶9，這樣就排除了選項(xiàng)A。物塊若在水中懸浮，密度與水相同，則在煤油中會下沉，浮力之比等于液體密度之比4∶5，而不是8∶9，選項(xiàng)C排除。若物塊在水和煤油中都漂浮，則浮力都等于重力，兩都浮力相等，不符合要求。這樣物塊只能在水中漂浮，在煤油中下沉，所以根據(jù)阿基米德原理，物塊排開水的質(zhì)量180克即為物塊的質(zhì)量；而在物塊在煤油中下沉（浸沒），所以0.9×103千克/米3。

圖10

下面這題的設(shè)置，每一道小題層層遞進(jìn)。可作為課外的鞏固和提升，這也是利用浮力知識進(jìn)行分析、評價和創(chuàng)造能力培養(yǎng)最好的載體。

3.某同學(xué)學(xué)習(xí)了浮力知識后，制作了一臺如圖10所示的浮力秤來稱量物體的質(zhì)量。

（1）請簡述該裝置的工作原理。

（2）如何給小筒標(biāo)上刻度。

（3）已知小筒底面積為0.001米2，小筒和秤盤總重為0.6牛，則圖中A處的深度是多少？

（4）若在秤盤上放一物體后，小筒浸入水中的深度h為0.1米，該物體的質(zhì)量為多大？

（5）若想將該浮力秤改為可測礦石密度的密度秤，如何改進(jìn)？

（6）某同學(xué)對密度秤進(jìn)行如圖11所示的改進(jìn)：①先將浮力秤放入水中，在小盤內(nèi)加砝碼，使浮力秤下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)砝碼m1=125克；②拿掉盤內(nèi)全部砝碼，盤內(nèi)改待測礦石，這時標(biāo)志線在水面上方，再在盤內(nèi)添加砝碼，使浮力秤重新下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)砝碼m2=25克；③拿掉盤內(nèi)全部砝碼，將待測礦石放于小籃內(nèi)，再往盤內(nèi)重新放砝碼，使浮力秤再次下沉到標(biāo)志線與水面齊平，記下盤內(nèi)的砝碼m3=45克。

圖11

解析：（1）浮力秤的原理就是利用被測物體放在漂浮于水面的小筒里，小筒與物體受到的浮力等于重力，同時浮力的大小又與排開水的體積成正比，而排開水的體積又與小筒浸入水中的深度成正比。這樣，小筒浸入水中的深度就可以表示被測物體的質(zhì)量。

（2）公式推導(dǎo)如下：G0+G物=F浮=ρ水gV排=ρ水gS0h，則 G物=ρ水gS0h－G0， m物=ρ水S0h－m0。

從公式可知，被測物體質(zhì)量m物與小筒浸入水中的深度h是一次函數(shù)關(guān)系，所以刻度是均勻的。

（3）如圖可知，A點(diǎn)是被測物體質(zhì)量為0時的刻度，刻度值為0。

（4）當(dāng) h=0.1 米時， m物=ρ水S0h－m0=1.0×103 千克/米3×0.001 米2×0.1 米－0.06 千克=0.04 千克=40 克。

（5）如果將裝置改為密度計(jì)，還需要測出被測物體的體積。可以在大筒中加上體積的刻度，將物塊投入水中，測出液面上升的體積即可。

（6）比較圖a、b可知，被測物體的質(zhì)量m=100克；比較圖b、c可知，c比b的浮力大了0.2牛，這是由于被測物體在水中受到的浮力為0.2牛造成的，所以

綜合上述分析，以課本圖片為素材建構(gòu)物理模型的復(fù)習(xí)課流程可以用如圖12的框架圖來表示：

圖12