精心設計教學 凸顯核心素養
——以“物體的浮與沉”教學為例

劉 源

(江蘇省南京市第一中學初中部,江蘇 南京 210000)

1 以科技成果為導入,激發好奇之心,增強科學情感

師:請大家觀賞“蛟龍號”潛水艇的視頻(如圖1),思考：潛水艇為什么能在海水中自由地上浮與下沉?

圖1

課改強調學生的學習不是被動的、機械的接受學習,而是主動的、探索的發現學習,能夠基于真實的問題情境觀察、提問、制定解決方案,通過一系列的思索、探究,最終解決問題,提升核心素養。諾貝爾獎得主李遠哲說過:科學家就是充滿好奇心的、長不大的兒童。足見好奇心的重要性。“蛟龍號”潛水艇的引入,為學生提供了鮮活的問題情境,激發學生的好奇之心,促使學生開動腦筋,帶著問題來學習,并且能夠使學生觸碰科學前沿,感受科學發展帶給人類的便捷,培養學生的愛國熱情,增強科學情感。

2 以實驗為載體,體驗動手之樂,培養科學態度

師:大家的桌上有三個物體：帶蓋的小瓶子、被鐵夾子夾住的氣球、小西紅柿。如果把這三個物體浸沒在水中,松手后,它們是上浮還是下沉呢?大家動手試一試。

生:如果把這三個物體浸沒在水中,松手后,帶蓋的小瓶子會浮上來,被鐵夾子夾住的氣球會沉下去,小西紅柿也會沉下去。

師:很好,你的觀察很仔細。

師:那么如何改變這些物體在水中的浮沉狀態呢?大家用桌上的其他實驗材料再試一試。

生:在帶蓋的小瓶子里加入螺絲,帶蓋的小瓶子會下沉,向氣球里面吹氣,被鐵夾子夾住的氣球會浮上來,向水中加鹽攪拌后小西紅柿也會上浮。

師:在實驗中你是改變了什么因素，從而改變了這些物體的浮沉狀態?

生1:在帶蓋的小瓶子中加入螺絲，增加了整個物體的質量,從而增大了重力,使重力大于浮力。

生2:吹大氣球，增大了排開水的體積,增大了浮力,使浮力大于重力。

生3:在水中加鹽，增大了液體的密度,增大了浮力,使浮力大于重力。

師:大家能夠通過動手與思考，總結出改變物體浮沉狀態的方法,你們得到了什么結論？

生:物體在液體中有兩種狀態：第一種是上浮,浮力大于重力;第二種是下沉,重力大于浮力。

伊利諾伊州芝加哥大學的神經生物學家魏巍正使用GEVIs研究不同的電輸入信號是如何在小鼠視網膜神經元內被整合的。魏巍的研究興趣涉及一類能夠對一定方向運動的視覺刺激產生強烈反應的神經元。通過觀測這些神經元不同部位膜電位的變化，她希望可以理解細胞如何處理輸入信號，以探測刺激的運動方向。

師:物體在液體中上浮,最后會處于什么狀態?

生:最后會有一部分露出液面,靜止在液面上。

師:它受力情況如何?

生:因為物體靜止,滿足二力平衡條件,重力與浮力大小相等。

師:我們把物體有一部分露出了液面并且靜止在液面上的這種狀態叫做漂浮,那么有沒有一種物體浸沒在液體中也能靜止?老師手上有一個雞蛋,浸沒在水中,松手后,大家看到雞蛋是什么狀態？

生:下沉。

師:如何使雞蛋上浮?

師:不錯,根據剛才我們學到的方法,可以通過加鹽，增大液體的密度來增大浮力,如果我們慢慢加鹽,會不會加到剛好使物體懸停在液面以下?哪位同學上臺試一試?

學生上臺向水中加鹽并攪拌,通過慢慢加鹽,最終使雞蛋懸停在液面以下的位置(如圖2)。

圖2

師:這位同學的動手能力非常強,真的使雞蛋懸停在液面以下了。浸沒在液體中的物體,既不上浮也不下沉,可以在液體中的任何位置處于平衡狀態,這種狀態稱為懸浮。那么此時物體的受力情況如何?

生:重力與浮力大小相等。

物體在液體中的四種狀態的引出,是通過學生的動手實驗,在教師的引導下逐步總結出來的,并進一步認識漂浮與懸浮,在整個過程中學生通過真實的現象、真實的結果構建概念，這是求“真”與務“實”的過程。課堂中會出現學生看到奇妙的物理現象時萬分疑惑的表情,會出現為尋求答案而深深思索的目光,還會出現經歷自主探究、解決問題之后發出的豁然開朗的歡呼。

“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”,要“躬行”包含兩層意思:一是學習過程中要“躬行”,力求做到“口到、手到、嘴到、腦到”；二是獲取知識后要“躬行”,通過親身實踐化為己有,轉為己用。任何物理概念、規律的得出都不是一蹴而就的,需要科學家們不斷探索,不斷搜集證據,需要堅韌的科學意志與毅力,需要求真務實的科學態度,物理教學的過程應該體現科學態度培養的要求。

3 理論與實際相結合,體驗活用之樂，提升科學應用能力

師:請大家觀看河鲀“生氣”的視頻(如圖3),用剛才學到的知識解釋河鲀是如何改變浮沉狀態的。

圖3

生:河鲀剛開始在水中處于下沉狀態,拿出來之后吸入了很多空氣,增大了排開水的體積，從而使浮力大于重力,逐漸上浮,最后漂浮在水面上,當河鲀放出體內的空氣后,減小了排開水的體積,減小了浮力,使浮力小于重力,河鲀又下沉了。

書本不是學生獲得知識的唯一來源,生活、實踐以及實驗也是學生獲取物理知識的來源，而這種來源更能使學生產生學習興趣,因為現實世界是豐富多彩、生動活潑的。學生對于河鲀的認識僅僅停留在“味道鮮美”,尚不清楚河鲀魚的上浮、下沉與物理有關,在課堂上看到這一景象,都嘆為觀止,自己嘗試用學到的知識解釋了現象，并能獲得教師與同學的贊許，增強了學習物理的信心,并感覺收獲滿滿。

4 以模型設計為依托,體驗操作之樂,提升動手能力

師:河鲀能在水中自如地上浮與下沉,回到我們課上提出的問題：“蛟龍號”潛水艇是如何做到上浮和下沉的?我們可以自己設計并制作一個“蛟龍號”模型,然后研究“蛟龍號”在水中的浮與沉。

器材準備:帶蓋的空塑料瓶子、60ml注射器、鉤碼、塑料皮管、鐵絲等。

學生完成制作后，請一位同學帶著自己的作品上臺展示,并解釋“蛟龍號”潛水艇是如何實現上浮與下沉的(如圖4)。

圖4

生:活塞往外抽時,從塑料瓶內吸氣,瓶內氣壓降低,往瓶內充水,重力大于浮力,潛水艇下沉；活塞往內壓時,向塑料瓶內充氣,往瓶外排水,重力小于浮力,潛水艇上浮；通過抽氣與排氣,也可以使重力與浮力大小相等,達到懸浮狀態。

師:那么我們的潛水艇實際上是在改變哪一個力來實現浮與沉的？

生:重力。

“蛟龍號”潛水艇的模型主體是帶蓋的瓶子,給學生以親切感,依托剛才學習的浮與沉的知識,對學生設計模型更有導向性,在設計并制作潛水艇的過程中能培養動手能力、小組協作能力和知識應用能力。潛水艇模型的制作和課堂導入首尾呼應,使得教學的整體性得到彰顯。

對于學生而言,一項科學任務的完成,往往需要精心構思設計方案,需要運用所學的知識,需要尋求合適的科學方法,需要向同伴、教師、書本求助。在完成過程中會遭遇挫折與失敗,只有具備百折不撓的品格,不畏艱難,才能完成任務,在此期間構建的知識、領悟的方法、建立的同學情,是學生一生的財富。

5 結語

“凡事預則立,不預則廢”,高效的物理課堂需要教師科學的預設,課堂的精彩與否與教師的教學理念有莫大的關系。首先教師應該根據教學內容,創設真實的物理情境,激發學生的好奇心,再運用合適的科學方法與策略激發學生的學習動機,并通過巧妙設計的活動維持學生的學習動機與求知欲望,最后利用所學知識促進學生活學活用,提升問題解決的能力。在“引起—激發—維持—促進”的過程中循序漸進，提升學生的核心素養。