對(duì)初中物理教材中阿基米德原理和物體浮沉條件的商榷

任少鐸

(廈門(mén)市海滄區(qū)東孚中學(xué) 福建 廈門(mén) 361000)

“阿基米德原理”和“物體的沉浮條件”是初中階段的重要內(nèi)容，也是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)．目前各版本教材關(guān)于此部分的講解，均存在著一定的不足和缺陷，如此不僅會(huì)傳遞錯(cuò)誤的知識(shí)誤導(dǎo)廣大師生，而且不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維等物理學(xué)科核心素養(yǎng)．本文以人教版教材[1]為例(“阿基米德原理”和“物體的沉浮條件”分別是八年級(jí)下冊(cè)第十章第二節(jié)和第三節(jié)的內(nèi)容)，深入分析了教材中的不足和缺陷之處并給出適當(dāng)?shù)男薷慕ㄗh，供廣大師生參考，以期為新教材的編寫(xiě)提供一些建議．

1 對(duì)教材中阿基米德原理表述的商榷

1.1 教材中阿基米德原理的缺陷分析

在“阿基米德原理”一節(jié)，課本首先根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題，然后通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，并給出阿基米德原理的表述“浸在液體中的物體，受到向上的浮力，浮力大小等于它排開(kāi)液體的重力”．同時(shí)教材還給了一個(gè)信息窗提示“阿基米德原理不僅適用于液體，也適用于氣體”．

教材對(duì)于阿基米德原理的表述非常片面．阿基米德原理有其適用條件，即：(1)在靜止流體中；(2)物體的下表面與流體完全接觸．如果不滿足這兩個(gè)前提條件，那么阿基米德原理就不成立．

1.2 教材缺陷對(duì)學(xué)生影響

教材的缺陷，給學(xué)生學(xué)習(xí)浮力帶來(lái)了很大的困難．對(duì)于圖1所示情況(物體底部與容器之間沒(méi)有液體)，若根據(jù)阿基米德原理，則物體受到浮力，浮力等于排開(kāi)液體的重力．但事實(shí)卻并非如此，此時(shí)物體不僅沒(méi)有受到向上的浮力，還受到液體向下的壓力！由于學(xué)生之前學(xué)過(guò)浮力產(chǎn)生的原因，知道浮力來(lái)源于液體對(duì)物體上下表面的壓力差，若按照浮力產(chǎn)生的原因可以得出物體此刻并不受浮力．如此阿基米德原理與學(xué)生之前所學(xué)的浮力產(chǎn)生的原因相矛盾，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)錯(cuò)亂．

圖1 物體不受浮力

如圖2所示，根據(jù)阿基米德原理，水翼船在水中的部分無(wú)論形狀如何，其浮力都不變；但實(shí)際上，水翼船在水中的部分，必須為上凸下平結(jié)構(gòu)，且船在行進(jìn)時(shí)比靜止時(shí)受到的浮力大得多！根據(jù)之前學(xué)過(guò)流體壓強(qiáng)與流速的知識(shí)，可以解釋這種現(xiàn)象：當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，鑒于水翼船在水中的結(jié)構(gòu)其上表面流速大于下表面，上下表面的壓力差會(huì)變大，因此產(chǎn)生的浮力也會(huì)變大．如上所述，阿基米德原理與學(xué)生之前學(xué)的流體壓強(qiáng)與流速的知識(shí)相矛盾，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)錯(cuò)亂、思維混亂，如此不僅不利于學(xué)生深刻理解浮力和阿基米德原理，更不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維等物理學(xué)科核心素養(yǎng)．

圖2 水翼船

1.3 對(duì)教材的修改建議

之所以會(huì)出現(xiàn)這些問(wèn)題，就是因?yàn)椴](méi)有強(qiáng)調(diào)阿基米德原理的適用條件．因此，建議教材增加一個(gè)信息窗，強(qiáng)調(diào)阿基米德原理的適用條件：“(1)在靜止液體中；(2)物體下表面與液體完全接觸．”如此不僅使得教材嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)也更好地培養(yǎng)了學(xué)生良好的物理學(xué)科核心素養(yǎng)．

2 對(duì)教材中物體浮沉條件的商榷

2.1 教材中物體浮沉條件的缺陷分析

在“物體的浮沉條件及應(yīng)用”一節(jié)，課本對(duì)于浮沉條件的表述如下：“浮力大于重力時(shí)，物體上??；浮力等于重力時(shí)，物體受力平衡，可以懸浮在液體內(nèi)；浮力小于重力時(shí)，物體下沉．”

教材的表述缺陷明顯．事實(shí)上，任何物體都具有慣性，物體的沉浮，不僅受到浮力和自身重力的影響，還會(huì)受到原來(lái)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響！即使物體受到的浮力大于其重力，但若物體有向下的速度，其仍不會(huì)立刻上浮，而是向下減速到靜止然后再上?。?/p>

2.2 教材的缺陷分析及其對(duì)學(xué)生的影響

教材的缺陷，給學(xué)生理解并分析浮力帶來(lái)了很大的困難．跳水是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)項(xiàng)目，在各種國(guó)際比賽中獲獎(jiǎng)無(wú)數(shù)．學(xué)生在觀看跳水比賽時(shí)，發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)員從跳臺(tái)跳入水中后，在剛浸沒(méi)入水中時(shí)，浮力大于重力，按照教材中的知識(shí)，運(yùn)動(dòng)員應(yīng)當(dāng)上浮，但運(yùn)動(dòng)員仍然會(huì)向下運(yùn)動(dòng)一段距離……，教材中物體的浮沉條件此刻不成立．

有涉及到浮力的試題，也經(jīng)常會(huì)有物體的浮沉條件解釋不了的情況，如下題所示．

【題目】(2016年中考岱岳區(qū)模擬)潛水艇在水中勻速上浮，不計(jì)水的阻力，在未露出水面之前，下列說(shuō)法正確的是( )

A．潛水艇的浮力變大，其重力小于浮力

B．潛水艇的浮力不變，其重力小于浮力

C．潛水艇的浮力不變，其重力等于浮力

D．潛水艇的浮力和重力同時(shí)變小，但浮力和其重力始終相等

按照教材中物體的浮沉條件，潛水艇上浮，則可以得出浮力大于重力，但根據(jù)平衡力的知識(shí)，則可以得出潛水艇的浮力等于其重力，如此相互矛盾，導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)和思維錯(cuò)亂．

由于教材的缺陷，加之很多教師對(duì)于物體的浮沉條件講解得并不深透，導(dǎo)致學(xué)生在運(yùn)用浮力解決相關(guān)問(wèn)題時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到困難，這不僅不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)，更不利于培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)思維等物理學(xué)科核心素養(yǎng)．

2.3 對(duì)教材的修改建議

之所以會(huì)出現(xiàn)這種矛盾，是因?yàn)檎n本在講解沉浮條件時(shí)并沒(méi)有強(qiáng)調(diào)物體的初始狀態(tài)．建議教材加上一個(gè)初始狀態(tài)：“當(dāng)物體靜止時(shí)”，即“靜止在水中的物體，當(dāng)浮力大于重力時(shí)，物體將上浮……”，這樣就非常嚴(yán)謹(jǐn)了．

3 總結(jié)與思考

教材是學(xué)生獲取知識(shí)、教師傳授知識(shí)的重要參考，教材可以簡(jiǎn)化相關(guān)知識(shí)，但絕不可過(guò)度簡(jiǎn)化以致傳遞錯(cuò)誤的知識(shí)[2]．物理學(xué)是一門(mén)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖匀豢茖W(xué)，通過(guò)其嚴(yán)密的知識(shí)體系和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究過(guò)程，學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)可以得到巨大提升．但若因?yàn)檫^(guò)度簡(jiǎn)化而導(dǎo)致不嚴(yán)謹(jǐn)甚至錯(cuò)誤，那就適得其反了．

教材不應(yīng)當(dāng)是教師教學(xué)的枷鎖，作為一線教師，在新授課時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)教材上的知識(shí)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，只有這樣才能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)睦硇运季S和敢于質(zhì)疑的科學(xué)精神，學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)才會(huì)得到真正提升．