巧建模型突破浮力教學(xué)難點(diǎn)

徐若芹 徐兵田

摘 要：對初中生來說，物理模型的構(gòu)建應(yīng)從學(xué)生常見的現(xiàn)象或可觀察、可操作的器材出發(fā)，結(jié)合基礎(chǔ)知識的運(yùn)用逐步形成.通過密度計構(gòu)建的漂浮模型，能夠幫助學(xué)生領(lǐng)悟漂浮現(xiàn)象背后的規(guī)律，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)解決較復(fù)雜問題的思想方法，在逐步深入的問題解決過程中，讓學(xué)生感受到學(xué)科學(xué)習(xí)的樂趣，提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：物理模型;浮力;物理學(xué)科素養(yǎng)

在中學(xué)物理學(xué)習(xí)過程中，構(gòu)建合適的物理模型，可以把復(fù)雜的問題簡化，幫助學(xué)生對相關(guān)問題進(jìn)行歸納總結(jié)，從而形成基于理解的學(xué)習(xí)內(nèi)容，更好地促進(jìn)學(xué)生展開學(xué)科深度學(xué)習(xí)，有利于提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng).

浮力知識是初中物理綜合性較強(qiáng)的內(nèi)容，特別是浮沉問題中的“漂浮”現(xiàn)象，有時會牽涉多個力的分析，對學(xué)生解決問題的能力要求較高，是浮力教學(xué)的重點(diǎn).義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)中也明確指出：要運(yùn)用物體的浮沉條件說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象[1].教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生形成學(xué)習(xí)困惑的原因，除了知識掌握的熟練程度不夠之外，主要是對知識背后的規(guī)律、思想方法沒有很好的領(lǐng)悟，運(yùn)用所學(xué)知識時，停留在簡單的“就題論題”機(jī)械思維中.實(shí)際上，教材關(guān)于物體浮沉條件的應(yīng)用部分，為浮力及相關(guān)知識的綜合應(yīng)用提供了一種儀器——密度計[2]，借助它的原理及使用情況，可以據(jù)此構(gòu)建重要的物理模型并逐步將知識拓展并引向深入.當(dāng)然，這一過程需要教師在教學(xué)中進(jìn)行有效的示范和引導(dǎo).

1 利用熟悉的原型構(gòu)建物理模型，完成基礎(chǔ)知識的歸納提升

對初中生來說，物理模型的構(gòu)建應(yīng)從學(xué)生常見的現(xiàn)象或可觀察、可操作的器材出發(fā)，結(jié)合基礎(chǔ)知識的運(yùn)用逐步形成.密度計的教學(xué)過程，在展示密度計的實(shí)物及使用過程之后，要引導(dǎo)學(xué)生思考并討論核心問題：密度計是怎樣測出液體密度的？學(xué)生利用阿基米德原理及漂浮時的平衡狀態(tài)，易得：F浮=G排=ρ液V排g及F浮=G物，顯然，同一個密度計因重力不變，其在不同液體中所受浮力都與自身重力相同保持不變，即在不同液體中，ρ液、V排、g三者的乘積相同，當(dāng)密度計浸入液體體積（V排）越大，液體密度越小，反之則越大.這里要與學(xué)生一起展開詳細(xì)的分析，旨在從直觀的實(shí)物具象過渡到代表普遍存在的漂浮現(xiàn)象模型.因此，要提醒學(xué)生明確“漂浮”這一類現(xiàn)象的背后的規(guī)律，讓密度計不僅僅是教材中呈現(xiàn)的一種儀器，更是解決漂浮問題的物理模型，這樣就放大了學(xué)生的知識背景，歸納了學(xué)生的所學(xué)，但知識的重心仍然是源于教材、需要掌握的基礎(chǔ)知識.

向?qū)W生強(qiáng)調(diào)密度計可看作解決漂浮問題的模型，實(shí)際上是一種顯性的科學(xué)方法教育，其著眼于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成，植根于方法教育的確定，落腳于學(xué)生科學(xué)方法的掌握，在實(shí)踐上是可行的科學(xué)方法教育方式[3].

在本題中，由于兩物體在水中的位置發(fā)生變換，從形式上非常容易干擾學(xué)生的思路.但通過分析，很快就可以形成基于“密度計模型”的思考方向：兩物體無論如何顛倒，它們在水中始終處于漂浮狀態(tài)，其浮力與排開液體的體積沒有改變，容器中液體的深度保持不變，問題就迎刃而解了.

例4 如圖4所示，在底面積為S的圓柱形水槽底部有一個金屬球，圓柱型的燒杯漂浮在水面上，此時燒杯底受到水的壓力為F1.若把金屬球從水中撈出放在燒杯里使其底部保持水平漂浮在水中，此時燒杯底受到水的壓力為F2，水的密度為ρ水.當(dāng)金屬球撈起放入燒杯后，求燒杯排開水的體積變化.

該題所創(chuàng)設(shè)的情景中，金屬球從沉在杯底到放入燒杯，將不同物體的下沉、飄浮綜合在一起，學(xué)生分析時受次要信息影響，考慮多較為復(fù)雜，形成思維阻塞.教師在引導(dǎo)學(xué)生分析這類問題時，應(yīng)讓學(xué)生嘗試透過現(xiàn)象看到問題的實(shí)質(zhì)：燒杯在球放入的前后，都處于漂浮狀態(tài)，其浮力大小分別等于其自身的重力.當(dāng)球放入燒杯時，此時浮力與總重力（燒杯與球重力之和）相同，放球前后兩次浮力的變化，正是燒杯排開水的體積變化原因.根據(jù)浮力是由液體的壓力差引起，通過兩次杯底受到的壓力情況容易求出浮力的變化，相應(yīng)的體積變化就可以解決.

當(dāng)然，物理模型的構(gòu)建以及學(xué)生基于此解決問題，教師要避免將偏難、偏怪的繁雜題型投放給學(xué)生，學(xué)生因長時間解決困難，效果只會適得其反，從而打擊了學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣.教師需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)科基礎(chǔ)、知識儲備等情況來開展教學(xué)，要小步子、慢節(jié)奏，讓學(xué)生感悟到學(xué)習(xí)物理、鉆研問題的成功樂趣，這也是在物理課堂上讓核心素養(yǎng)落地的重要一步.

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗教科書編寫組.八年級物理[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2012： 179.

[3]邢紅軍.初中物理科學(xué)方法教育[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社，2015.

[4]黃永順.加強(qiáng)習(xí)題教學(xué)研究，培養(yǎng)學(xué)生物理思維[J].物理教學(xué)，2018，40（02）：53-56.

（收稿日期：2020-01-02）