由一個實驗教學片斷引發(fā)的教學思考

江耀基 鄢軍武

摘 要：本文從一個實驗教學片斷入手，指出實驗教學中存在的問題，就其問題產(chǎn)生的原因進行深入剖析，并設計實驗進行實驗驗證，然后針對問題原因?qū)Υ藢嶒炑b置進行改進，最終達到優(yōu)化實驗教學的目的.

關(guān)鍵詞：浮力產(chǎn)生的原因;實驗教學;教學思考

文章編號：1008-4134（2019）16-0025 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

基金項目：江西省教研室課題“‘三管齊下助力提高初中物理實驗教學質(zhì)量的實踐研究”（項目編號：AFWL2018-889）.

作者簡介：江耀基（1976-），男，江西安福人，本科，中學高級教師，吉安市名師、物理學科帶頭人，研究方向：物理教學和實驗教學;

鄢軍武（1974-）男，江西吉水人，本科，中學一級教師，研究方向：中學物理教學.

1 回顧片斷，提出問題

在前不久的一次物理教研活動中筆者有幸聽取了一節(jié)“浮力”公開課，授課教師在突破“浮力產(chǎn)生的原因”這個教學難點時采用如下教學片斷進行實驗教學活動：

【教學片斷】

師：同學們，你們知道浮力是怎樣產(chǎn)生的嗎？想不想用實驗探究浮力產(chǎn)生的原因？

生：想！

師：好，各個小組的桌子上準備了一個去底的礦泉水瓶（瓶口直徑略小于乒乓球的直徑）、一個乒乓球、一個水槽，一杯帶顏色的水，請你們利用這些器材按照如下步驟進行操作：（1）把乒乓球放到瓶中，保持瓶口朝下，然后向礦泉水瓶中注水，使瓶中的水位高于乒乓球，觀察乒乓球的狀態(tài);（2）用手掌堵住瓶口，再觀察乒乓球的狀態(tài).

生：學生活動……

如圖1甲、乙、丙所示（教師用手機拍攝照片，并通過希沃授課助手上傳一體機）.

師：通過實驗，你們知道乒乓球從靜止水底到上浮的原因嗎？

生：乒乓球受到浮力的作用.

師：恩，解釋不錯，但不全面，如圖1乙所示的實驗中，乒乓球靜止不動，這是因為乒乓球只受到水給它向下的壓力，但在圖1丙所示的實驗中，乒乓球向上運動，這是因為乒乓球下面積滿了水，乒乓球既受到水對它向下的壓力，又受到水對它向上的壓力，并且向上的壓力大于向下的壓力，即乒乓球受到浮力的作用，所以乒乓球就浮起來了，由此可見，乒乓球上浮的原因是上、下表面受到的壓力差.

生：掌聲……

這段實驗教學片斷是多數(shù)教師采取的一種授課方式，人民教育出版社出版的義務教育教科書《教師教學用書》八年級下冊物理中也列舉此實驗教學片斷，如圖2所示[1].那么這個實驗教學片斷到底能不能準確地說明浮力產(chǎn)生的原因呢？在后面評課過程中，大多數(shù)教師認為是可以的，但也有少部分教師提出反對意見，認為此實驗不能直接說明浮力產(chǎn)生的原因.那么，到底誰的觀點正確呢？

2 原因剖析，實驗驗證

2.1 問題原因剖析

上述實驗教學片段中導致乒乓球上浮的原因一定是上、下表面的壓力差即浮力的作用嗎？其實大家仔細觀察塑料瓶瓶口與乒乓球的位置關(guān)系時就會發(fā)現(xiàn)，它們之間存在一定的距離，當用手掌堵住塑料瓶口時，瓶口與乒乓球之間就密封了一段氣體在里面，隨著漏下的水越來越多，就會壓縮密封氣體體積，導致密封氣體的氣壓驟然增大，氣體膨脹后會對乒乓球做功，把乒乓球向上托起，空氣也隨之往上走，大量的水漏下填滿空間.此時，乒乓球上、下表面才會產(chǎn)生向上的壓力差，這時乒乓球才受到浮力的作用繼續(xù)上浮.可見，上述實驗教學片段中導致乒乓球上浮是由空氣氣壓變大膨脹后托起乒乓球離開瓶口和浮力的共同作用實現(xiàn)的.

2.2 設計實驗驗證

為了更好地說明導致乒乓球上浮的原因之一是密閉空氣受擠壓后氣壓增大，膨脹托起乒乓球向上離開瓶口所致，筆者設計如下實驗：用一個去底礦泉水瓶和一個完好的礦泉水瓶口對口用透明膠密封好，然后用錐子在完好的礦泉水瓶側(cè)壁上鉆一個小孔（如圖3甲所示），實驗裝置組裝完畢;接著把乒乓球放入瓶中，然后向礦泉水瓶中不斷注水，使瓶中的水位遠遠高于乒乓球，觀察到乒乓球被水壓在瓶口靜止不動（如圖3乙所示），且有少量的水漏到下面的礦泉水瓶中;此時用手指堵住下面礦泉水瓶側(cè)壁上的小孔，立馬就會觀察到乒乓球上浮（如圖3丙所示）.

在上述實驗教學片斷中，由于瓶頸短，封閉的氣體體積小，漏水后壓縮密閉空氣，導致密閉空氣的氣壓增大，空氣驟然膨脹后托起乒乓球向上離開瓶口，這個過程很短，實驗效果不是很明顯，操作者不細心也難以觀察到，致使很多教師感覺好像就是水托起乒乓球的，忽略了空氣壓縮后膨脹將乒乓球托起這個事實的存在.圖3所示的實驗只是把空氣被壓縮后膨脹托起乒乓球上浮的原因“放大”了，它能讓大家清楚地認識到“空氣壓縮后膨脹托起乒乓球”這個因素存在.可見，上述實驗教學片段中僅用上、下表面的壓力差來解釋乒乓球上浮的原因略有牽強，即不能直接說明浮力產(chǎn)生的原因.

3 改進實驗，優(yōu)化教學

部分教師認識到“空氣壓縮后膨脹托起乒乓球”這個潛在因素給實驗教學帶來影響后，于是就拋棄這個實驗裝置，另行設計一些創(chuàng)新實驗，如李運魁老師設計的“包裹透明膜的立方體”自制浮力產(chǎn)生的原因演示儀[2]，又如程生銀老師設計的“雙水槽型浮力產(chǎn)生的原因演示儀”[3]，這些實驗裝置雖然設計巧妙，實驗效果也很明顯，但制作工藝要求很高，不是一般教師自己能做出來的，需要專門的儀器廠家定制生產(chǎn).那么，我們能不能就上述實驗教學片段中的實驗裝置進行些許改進，做出“完美”的浮力產(chǎn)生原因的實驗裝置呢？為此，筆者嘗試設計兩種實驗改進方案，介紹如下：

3.1 實驗方案一

按照圖4甲所示，將塑料瓶口突出的部分用剪刀剪掉，然后將乒乓球放入瓶中;接著往瓶中不斷注水，然后放入透明水槽上（用玻璃杯代替），乒乓球被水壓在瓶口靜止不動，如圖4乙所示;接著往水槽中加水，當水槽中的水位與塑料瓶中的水位差不多時，乒乓球上浮，如圖4丙所示.

3.2 實驗方案二

保留瓶口不變，在瓶口側(cè)邊鉆個圓孔，孔的位置盡量靠近乒乓球所在位置，但不能碰到乒乓球，然后將一段輸液管插入小孔（輸液管的直徑盡量大一點，有利于排出被密閉的空氣）用熱熔膠封好，再用透明膠將輸液管的另一端粘在塑料瓶的側(cè)壁上，如圖5甲所示;接著在塑料瓶中放入乒乓球，往瓶中注水，讓水位遠遠高于乒乓球，乒乓球被水壓在瓶口靜止不動，如圖5乙所示;接著用手掌慢慢地將瓶口堵住（有利于排空氣），過一段時間，我們就會看到部分水從輸液管口上升，乒乓球立即浮起來，最后瓶中的水位與輸液管中的水位相平，如圖5丙所示.

以上兩個改進實驗是眾多實驗改進方案中的兩個縮影，器材雖簡單，但能說明問題，更重要的是兩個實驗都適合學生做分組實驗，制作簡單，實驗改進的目的都是為了排除密封氣體壓縮后膨脹托起乒乓球上浮的因素，讓乒乓球上、下表面壓力差是乒乓球上浮的唯一原因.

4 結(jié)束語

實驗是物理教學的基礎，也是學生建構(gòu)物理概念和物理規(guī)律，發(fā)展科學思維，提升科學探究能力、培養(yǎng)科學態(tài)度和責任的有效手段.所以我們在設計實驗方案時一定要仔細推敲，認真揣摩，看看實驗方案中有沒有科學錯誤，有沒有多因素影響實驗結(jié)果，實驗方案是否可行等問題.總之，在平時的實驗教學實踐中，我們既要制作出取材方便、操作簡單、視覺效果良好、簡單直觀的實驗裝置，幫助學生加深認識，提升學生的觀察能力，分析和表達能力等，同時又要能準確說明實驗結(jié)論，無科學錯誤，因為這是我們每個物理教師應該具備的最基本的學科核心素養(yǎng)，也是優(yōu)化實驗教學，提升實驗教學質(zhì)量的必經(jīng)之路.

參考文獻：

[1]汪海，孫新.義務教育教科書教師教學用書八年級物理（下冊）[M].北京：人民教育出版社，2016.

[2]李運魁.自制浮力產(chǎn)生的原因演示儀 [J].實驗教學與儀器，2014，31（10）：55.

[3]程生銀.改進實驗：探究浮力產(chǎn)生的原因[J].學周刊，2016（32）：233-234.

（收稿日期：2019-04-21）