核心素養視域下的初中物理習題教學設計
——以一道浮力填空題的教學為例

吳愛琴 孫福如

(1. 江蘇省南通市如東縣洋口港實驗學校，江蘇 南通 226413;2. 江蘇省南通市如東縣豐利中學，江蘇 南通 226408)

物理核心素養是在接受物理教育過程中逐步形成的、適應個人終生學習和社會發展所需要的科學基礎知識、關鍵能力和科學情感、態度等方面的表現，是學生通過物理學習集中體現的帶有物理特征的品質。核心能力、科學品質是物理教學的本質追求，物理教學設計要改變傳統的只關注教師自身教學行為的設計，在教學設計中需要高度重視過程設計，需要真正立足于對學生學習過程的關注，培養學生的核心素養。本文以一道初中物理浮力計算題為例，探討習題教學的設計問題。

1 設計案例

例：將一物塊A輕輕放入盛滿水的大燒杯中，A靜止后，有72g的水溢出；再將其輕輕放入盛滿酒精的大燒杯中，A靜止后，有64g的酒精溢出。酒精的密度是0.8×103kg/m3，g取10N/kg，求A在水中靜止時受到的浮力和A的體積。

分析：此題中用一個物體分別放入不同的液體，給出了排開液體的質量。從知識方面看，考查學生對阿基米德原理的理解。由于試題沒有明說物體在液體中處于漂浮、懸浮還是沉底，增加了習題的難度，要求學生首先判斷出物體在兩種液體中分別處于什么狀態。因此，從能力方面看，還考查了學生探究、推理、判斷的能力。

筆者在教學設計中將學習過程分成如下的4個步驟：

(1) 知識梳理。讓學生回顧阿基米德原理內容、表達式及物體在液體中的浮沉條件。核心素養的形成必須以核心知識的形成為載體，以核心知識為基礎，如果學生對核心知識理解不透，核心素養的形成就成了無源之水，無本之木。

(2) 要求得A在水中靜止時受到的浮力，首先讓學生理解題中“有72g的水溢出”的含義，目的是引領學生認真審題，挖掘語句背后的隱含條件，然后再根據阿基米德原理解決問題。

(3) 為求得A的體積，首先要讓學生思考“物體在水和酒精中處于什么狀態”。目的是防止學生想當然，誤認為物體都是漂浮或都是沉底，培養學生嚴謹的科學態度。然后再提問：如何判斷物體在水和酒精中是漂浮還是完全浸沒？以培養學生推理、分析、判斷、綜合的能力，形成良好的學習品質。

(4) 開放性問題的拓展訓練。在完成本題任務的前提下，再提問：根據已知條件，本題還能求出什么物理量？然后再用一道變式題進行訓練，將學生的解題學習由表層學習引向深度學習。

具體教學過程的設計如下。

師：阿基米德原理的內容及表達式是什么？

生：阿基米德原理的內容是：“浸在液體中的物體所受的浮力，大小等于被物體排開的液體的重力。”表達式為：F浮=G排=ρ液V排g。

師：題中“有72g的水溢出”的含義是什么？能得出什么結論？

生：說明將物體放入水中靜止后，有0.72N的水溢出，就是排開水的重力為0.72N，根據阿基米德原理，物體所受浮力為0.72N。

師：要解決物體在液體中受到浮力問題，往往首先要弄清什么呢？

生：物體在液體中所處的狀態，即漂浮、懸浮還是沉底。

師：本題的物體在水和酒精中處在什么狀態呢？題目給出了嗎？

生：沒有(有的學生誤認為物體是漂浮的)。

師：那怎么判斷呢？我們可以首先提出猜想，思考一下怎么猜想。

生1：物體在水和酒精中是否都是漂浮的。

生2：物體在水和酒精中是否都是沉底的。

生3：物體在水和酒精中是不是一沉一浮。

師：具體怎么判斷呢？請同學們獨自思考，然后小組討論。

生4：均漂浮不可能。因為物體在水和酒精中所受的浮力分別為0.72N和0.64N，如果均漂浮，根據阿基米德原理可知浮力與重力大小相等，所以它們的浮力應該是相等的，因此不可能均漂浮。

學生5：均沉底也不可能。因為若物體在水和酒精中均沉底時，它們排開的液體的體積相等，G排=ρ液V排g，那么它們排開液體的重力之比為G水∶G酒精=ρ水∶ρ酒精=5∶4，而本題所給出的條件是G水∶G酒精=9∶8。

師：會不會一次沉底一次懸浮呢？

生：不可能，如果一次沉底一次懸浮，它們排開液體的體積還是一樣的。

師：那到底是什么狀態呢？

生：應該是一次漂浮，一次完全浸沒(可能懸浮、可能沉底)。

師：在哪種液體中漂浮呢？

生：水中，因為水的密度大。

師：怎么能得出本題要求的物體體積呢？

師。請大家再思考一下，根據已知條件，本題還能求什么物理量呢？

生6：還能得到物體的質量。因為物體在水中漂浮，所以，物體的質量就等于排開水的質量，即溢出水的質量72g。

生7：還能求物體的密度。因為物體的質量和體積都知道了。

變式練習：兩個質量相等質地均勻的實心球甲和乙，他們的體積之比為V甲：V乙=1∶3，則它們的密度之比為ρ甲∶ρ乙=_________；現將甲、乙兩球放入裝有足夠深的水的容器中，當它們靜止時，水對兩球的浮力之比為F甲∶F乙=2∶3，則乙球的密度為ρ乙=______kg/cm3。

設計意圖：本題正確率較低，通過對學生答案的分析，發現問題就在對題意的理解上。對本題的理解必須由表及里進行深層次的理解，但學生僅僅停留在對題目的表層理解，甚至武斷地認為物體在液體中全是漂浮或全是沉底的。筆者在教學中用問題引領，讓學生探究、推理、爭辯，通過思維碰撞，將學生的理解引向深入，最后的開放性問題讓學生明白他們的主要任務不是解題，而是學習解題。解題必須遵循“嘗試+頓悟”的路線去探索，挖掘隱蔽條件，洞察知識間的聯系，產生有意義的聯想，從而找到正確的解題突破口，把握解題方向。通過變式練習，進一步磨礪學生的解題思路，促進知識遷移，起到舉一反三的作用。

2 設計反思

教學設計包括教學內容的確定、教學層次的安排、教學方法和手段的選擇、教學情境的創設、例題的選取等。傳統的教學設計圍繞知識展開，關注的是教師怎么樣能教好，而忽視了對學生的關注。在核心素養的視域下，筆者認為，在教學設計環節需要高度重視過程設計，過程設計不僅是關注學生對知識的建構，更要關注學生的認知策略在學習過程中的應用。所以，過程設計應注意以下幾點：

(1) 站在學生的角度思考物理知識的演繹邏輯。教師要真正地從關注知識向關注學生學習過程的轉變。過程設計實際上設計的是學生的學習過程，而在真正地學習之前進行設計時，只能是教師根據自身的教學經驗進行的預設，所以教師除了依賴教學經驗之外，還應站在學生的角度思考設計問題。

(2) 將靜態的知識轉換為動態的知識發生過程。教師設計教學時面對的知識都是靜態的，比如阿基米德原理、物體的浮沉條件等知識都是以靜態的形式出現在教材上。在設計教學過程時，教師需要預設學生的學習過程，將這些靜態的知識轉化為動態的理解過程，預設好引導學生思維的素材和步驟，以保證學生在學習過程中的思維是順暢的，靜動轉換的目的是讓學生在動態的學習過程中構建靜態的知識，從靜態的知識出發，思考學生可能的思維過程，進而設計一定的學習情境與過程。這個過程可以“寬”一些，即多考慮學生思維的可能性，以滿足不同層次學生的需求。

(3) 要重視對教學過程設計的總結與評價。教學過程設計是一項精細的工作，力圖讓物理教學成為令人激動的探究之旅。學生是學習的主體，教師的教學設計、預設的學習過程不一定完全準確、合理，不一定和學生的思維完全同步。所以，在教學過程中，教師不能刻板按照事先編好的“程序”“按部就班”進行教學，不能把預設當作“紅頭文件”，要求學生必須“落到實處”，而應該允許學生“節外生枝”，及時發現學生智慧的火花，不斷調整教學思路，使學生的思維與預設發生共鳴。完成教學之后，教師還要回顧學生的學習過程，反思其中的不足，進行總結、優化。