引導學生從前概念走向科學概念

王璀璨

小學科學課程倡導以探究式學習為主的多樣化學習方式，促進學生主動探究，精心設計探究問題。探究問題可以來自學生，也可以來自他人。無論問題來自何方，都必須與學生探究能力的水平相符。在時空都有限的課堂上，探究問題應結構良好、容量合適、對于學生科學思維發展更有價值的真實問題也應該占有一席之地。《浮力》是教科版五年級下冊第一單元《沉與浮》第五節。

一、從前概念走向科學概念

（一）暴露前概念

當泡沫塊靜止在水面時，此時泡沫塊受到幾個力的作用？它們之間大小關系如何？學生能說出有重力和浮力，方向分別為豎直向下和豎直向上。關于兩個力之間的大小關系，筆者對所在學校五（1）和五（7）兩個平行班學生進行統計。

（二）引發認知沖突

從對學生前概念的調查結果看，93.9%的學生認為浮力>重力，6.1%的學生認為浮力=重力。絕大多數學生沒有掌握二力平衡。

（三）重構科學概念

引導學生對此問題進行討論。有學生想到校運會拔河比賽，當左方力量>右方時，繩子中間的標記往左方移動;當左方力量<右方時，繩子中間標記往右方移動;當左方力量=右方時，繩子中間標記不移動。再把知識遷移到浮在水面靜止的物體，它受到的浮力等于重力，且方向相反。

當建立起二力平衡的概念后，再讓學生把泡塊沫慢慢往下壓入水中。通過體驗活動，學生匯報：當把泡沫塊壓入水中，感覺有力量往上推泡沫塊，越往下按這個力越大;同時水位會上升;一松手，泡沫塊重新浮到水面，水位又下降。再引導學生思考：泡沫塊壓入水中并保持靜止時受到幾個力？方向如何？它們之間存在什么關系？正因為前面二力平衡的概念建立，學生能說出三個力：泡沫塊所受重力，泡沫塊所受浮力，手對泡沫塊的壓力;方向分別為豎直向下，豎直向上，豎直向下。它們之間大小關系為：重力+壓力=浮力。

二、引導學生主動探究

（一）提出問題

當泡沫塊小部分、大部分和全部浸入水中并保持靜止時，如何測量泡沫塊的浮力大小？

（二）討論設計

要求學生針對以上問題展開小組討論，并畫出設計簡圖。

（三）展示交流

對五（1）和五（7）班學習小組實驗設計簡圖進行統計分析。

對按照課本方法設計的學生課后調查發現，他們已提前預習。但是該方法很多學生不理解。該方法在課本13頁這樣描述：我們可以在杯子的底部裝上一個小滑輪，再利用一根線就可以用彈簧測力計測出泡沫塑料塊受到的拉力了。未放入水前先測量泡沫塑料塊受到的重力，再用線拉住泡沫塑料塊，使它浸入水中一定的位置，然后讀出彈簧測力計拉力的數值。把拉力加上泡沫塑料塊受到的重力，就是泡沫塑料塊在水中受到的浮力大小。

該方法不足之處：定滑輪需要在教科版六年級上冊第一單元《工具和機械》第五節《定滑輪和動滑輪》才學習。學生沒有掌握“定滑輪能改變力的方向，不省力”的相關知識。以前所教班級的學生在實驗中，由于吸盤粘貼不牢固，經常掉落，而且細線也容易從滑輪的凹槽中滑落，學生不得不重新實驗，影響了實驗進度。

學生設計的曹沖稱象的方法是利用小石子或鉤碼放在泡沫塊上，再將泡沫塊逐漸壓入水中并保持靜止，此時的受力分析為：鉤碼重量+泡沫塊重量=泡沫塊浮力。此方法得到了全班的認可。

（四）實驗

順著學生的思路，給學生準備了鉤碼、彈簧測力計，讓學生實驗。新的問題出現了：鉤碼放在泡沫塊上易滑入水中，無法讓泡沫塊大部分浸入水中，實驗無法進行。

（五）再次討論并實驗

有學生提出在泡沫塊上放一個小盤子，將鉤碼放在盤子里，并將盤子用細線或雙面膠綁在泡沫塊上。學生再次實驗后發現，泡沫塊側翻，導致盤子里的鉤碼滑入水中。

（六）原因分析

學生分析后發現：原來泡沫塊很輕，上面的鉤碼較重，重心不穩，所以實驗失敗。原來理論上行得通，實際操作不一定成功。此時一些小組有些氣餒，不知該如何進行實驗。

三、引導并鼓勵學生進行實驗創新

實驗創新方法一：推力法

學生在五年級上冊第四單元第4節《測量力的大小》學過，當物體越重，彈簧測力計讀數越大，彈簧拉伸得越長，這就是平時用的彈簧拉力計。同樣的道理：給壓簧的壓力越大，壓簧就被壓縮得越短，有這么一種儀器推力計可以測量推力的大小。

1.材料：推力計、泡沫塊、彈簧測力計。

2.方法：用彈簧測力計測量泡沫塊的重力。用推力計將泡沫塊緩緩壓入水中，當泡沫塊小部分浸入水中、大部分浸入水中、全部浸入水中時，分別讀取推力大小和排開的水量。

3.原理：浮力=重力+推力。

4.優點：不用滑輪、細線，簡單易懂，測量方便，實驗時間大大縮短，成功率高，符合學生的認識發展規律。

方法二：拉力法

有學生提出了如課本13頁插圖中一位學生的同樣提問：彈簧測力計在水下拉，不合適吧？彈簧測力計當然不能放入水中，因為受到浮力作用。但是細線可以穿過容器底部，而且不漏水，這樣不就可以測量拉力大小，從而可以順利測量浮力大小。

1.材料：帶有“瓣膜”的如農夫山泉瓶蓋、縫衣用的細線、凡士林、彈簧測力計、鐵架臺、鐵圈。

2.方法：

用彈簧測力計測量泡沫塊的重力。把一個透明塑料礦泉水瓶去掉底部，倒過來，放在帶有鐵圈的鐵架臺上。將用的細線穿過帶有“瓣膜”的礦泉水瓶瓶蓋，一端綁住泡沫塊，一端與彈簧測力計相連。將“瓣膜”兩側涂抹少許凡士林。將水倒入，提前在礦泉水瓶上標記水體積的刻度。用彈簧測力計向下拉細線，當泡沫塊小部分浸入水中、大部分浸入水中、全部浸入水中時，分別讀取拉力大小和排開的水量。

3.原理：浮力=重力+拉力。

4.優點：不用滑輪，器材方便易得，方法淺顯易懂，測量方便，符合學生的認知發展規律。

【作者單位：長沙市實驗小學? 湖南】