“開口浮沉子原理”的任務驅動式教學

曾蓮娟 林欽

摘 ? 要：將開口浮沉子的制作及其原理探析作為教學內容，將其設計為適合學生自主探究的任務，通過任務驅動幫助學生建構物理知識，以培養學生的問題解決能力。

關鍵詞：開口浮沉子;任務驅動;問題解決能力

開口浮沉子的制作方法簡單，效果明顯，教師常常安排學生動手制作，或者用于課堂教學導入激發學生學習興趣。但筆者發現，教師講授浮沉子原理大多將其與潛水艇類比，然而浮沉子的原理與潛水艇原理具有巨大差異，僅僅給予“與潛水艇的原理相同”這一答案，不能滿足學生的求知欲，解答不了學生在學習中遇到的困難，導致學生對開口浮沉子的原理一知半解，僅僅記住了這個似是而非的答案。新時代，學生學習不再是“記住”知識，在互聯網飛速發展的年代，知識“唾手可得”，人們可以隨時隨地通過移動設備獲取海量信息，毫無疑問，我們進入了“不缺乏知識”的年代，給學生灌輸“所謂的知識”將不再滿足社會對人才的需求。早在2011年，《義務教育物理課程標準（2011年版）》（下文簡稱《標準》）中明確指出，物理課程應注意讓學生經歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高分析問題及解決問題的能力[ 1 ]。因此，面對學生一知半解的現狀，教師應該抓住時機，創設問題情境，引導學生自主探究，尋求問題解決方案，方能培養出社會所需的優秀人才。

任務驅動教學法是一種圍繞著教學任務展開的“教與學”互動形式，教學過程中需要將學科內容以任務的形式呈現出來，同時保障“小任務”形態下學科知識的顆粒化，引導學生由易到難、循序漸進地開展深度學習[ 2 ]。開口浮沉子的原理探析需要建立必要的物理模型，綜合應用相關物理知識，是學生學習的難點，將其設計為一個個由淺入深的學習任務，能夠有效降低學生自主探究的難度，激發學生的求知欲，培養交流合作的良好習慣，使學生真正成為課堂的主人。

據此，本文將開口浮沉子的原理探析作為教學內容，將教學內容以任務的形式呈現，設計課前任務、課中任務和課后任務引領學生完成教學目標，以期提高學生問題解決能力。

1 ?課前任務

課前任務能夠激發學生的學習興趣，挑戰學生的能力，節約課堂時間，課前任務的完成情況是課中任務設計的依據，為課中任務的完成做好鋪墊[ 3 ]。

【任務】通過上網觀看浮沉子制作視頻，學習制作步驟和注意事項;通過上網或查閱書籍學習開口浮沉子的原理，并能夠簡要說明。

【設計意圖】首先，在課前安排學生學習制作浮沉子的步驟和原理，為課中制作做好鋪墊，有效解決課堂時間不足問題。其次，學生自己查閱資料尋求答案，是問題解決過程中必不可少的環節，能夠有效培養學生獲取信息、理解信息和利用信息的能力。

2 ?課中任務

課中任務設計直接影響教學效果，要求設計的任務要在學生的“最近發展區”內，教師根據具體情況為學生提供適當的幫助。

【任務一】給每組同學分發滴管、圓形墊片、大頭針、鐵釘若干以及礦泉水瓶，制作開口浮沉子，見圖1。學生完成制作后各組展示作品，在展示過程中說明開口浮沉子的原理以及制作過程中遇到的困難與解決方案。

在展示過程中，大部分學生認為浮沉子的原理是通過改變自身重力實現的，理由是他們注意到，浮沉子在下沉時液體“進入”浮沉子，上浮時液體被“排出”的現象，同時他們認為浮力改變的說法是錯誤的，因為浮沉子在下沉時，排開液體體積增大，浮力變大，浮沉子不會下沉。而少部分學生認為浮沉子的原理是通過改變浮力實現的，對重力改變的說法提出質疑，認為浮沉子是開口的，與潛水艇的水倉不同，潛水艇的水倉是可以閉合的，因此他們難以理解浮沉子的重力為什么發生改變。

此外，學生在制作浮沉子過程中發現兩種異常現象，即無論怎么擠壓礦泉水瓶浮沉子都漂浮在水面上以及下沉的浮沉子在松手后不再上浮。機智的學生發現能夠通過改變浮沉子的配重來改變上述異常，但對其中蘊含的原理卻說不清楚。

【設計意圖】組織學生制作浮沉子，培養學生動手實踐能力，同時為探析浮沉子原理做好鋪墊;讓學生展示作品，發表見解，使學生思維可視化，既培養學生分析問題的能力，同時使教師掌握學生的思維誤區，為下一個任務的引入做好鋪墊。

【任務二】簡化物理模型，分析開口浮沉子的原理。

該任務難度較大，如若讓學生獨立完成將存在很大困難，因此可為學生提供如下“支架”。

（1）忽略次要因素，建立物理模型，將浮沉子簡化為上端封閉，下端開口，其中封閉一部分空氣的模型，如圖2所示。請同學們注意觀察，浮沉子漂浮在水中時排開水的體積大小，思考浮沉子排水體積與實心物體排水體積有何不同？

【設計意圖】根據【任務一】中學生出現的思維誤區，為學生創設良好情境，轉變錯誤前概念，引導學生理解浮沉子排水體積的計算方法，確定浮沉子漂浮在水面上時排水體積為V排=Sh0（S為浮沉子的橫截面積），突破難點，為原理分析做好鋪墊;學生能否解決實際問題的關鍵在于能否將實際問題轉化為可研究的物理問題，因此，在教學中應注意培養學生建立物理模型的意識，為問題解決做好鋪墊。

（2）請同學們緩慢增大擠壓礦泉水瓶的力度，注意觀察擠壓礦泉水瓶過程中，引起什么發生變化？請畫出變化后（浮沉子還未完全浸沒時）的模型圖，仔細比較前后模型圖的差異，總結出在浮沉子下沉過程中發生變化的是什么？

【設計意圖】首先該任務要求學生緩緩擠壓礦泉水瓶，讓學生仔細觀察前后的變化，學生通過觀察容易發現擠壓礦泉水瓶時水進入浮沉子，同時浮沉子露出水面的高度變小，學生合作討論后可畫模型圖如圖3，為問題的分析做好鋪墊。其次，讓他們自主分析擠壓前后的變化，使學生明確其中變化的是浮沉子的排水體積，排水體積變小，浮力變小，當浮力小于重力時，浮沉子下沉，從而判斷出浮沉子下沉是通過改變浮沉子所受浮力實現的。因此該任務既培養了學生的觀察能力，也培養了學生的問題分析能力。

（3）請同學們繼續擠壓礦泉水瓶，讓浮沉子緩慢下沉至礦泉水瓶底端，認真觀察并畫出浮沉子完全浸沒在水中時的物理模型圖，判斷此時浮沉子的排水體積等于多少？

【設計意圖】該任務引導學生進一步觀察浮沉子在完全浸沒后排水體積的變化，通過觀察，學生容易畫出物理模型圖如圖4所示，進一步分析容易發現，浮沉子的排水體積為封閉氣體的體積，而此時排水體積明顯小于初始狀態下浮沉子的排水體積，因此浮沉子所受浮力小于重力，浮沉子下沉，這為分析浮沉子為什么上浮做好鋪墊。

（4）擠壓礦泉水瓶讓浮沉子緩慢下沉至礦泉水瓶底端，認真觀察松手后浮沉子浸沒在水中時的排水體積如何變化？

【設計意圖】該任務讓學生認真觀察松手后浮沉子的排水體積變化情況，自主發現松手后封閉氣體體積增大，浮沉子的排水體積變大，浮力變大，從而分析出浮沉子上浮的原因。

課中任務通過一系列的問題和任務“支架”，使學生在“支架”的引導下自主探究，讓學生自己解決重力說法的錯誤之處，突破思維誤區，轉變有關排水體積的錯誤前概念，提高學生認知水平，有利于培養學習分析問題和解決問題的能力。

3 ?課后任務

課后任務是課堂任務的延伸，課后任務的探究有助于學生將所學知識應用于解決實際問題，是培養問題解決能力必不可少的重要環節。

【任務】請你僅改變浮沉子的配重，重新制作兩種異常浮沉子（包含浮沉子A：無論怎么擠壓礦泉水瓶，浮沉子都漂浮在水面上;浮沉子B：下沉后的浮沉子在松手后不再上浮），如圖5所示，將他們與正常浮沉子放在同一個礦泉水瓶中，嘗試逐漸增大擠壓力度擠壓礦泉水瓶，看看你有什么發現？請你借助網絡資源、書籍、或者詢問“專家”畫出三種浮沉子的模型圖，嘗試分析浮沉子異常的原因。

【設計意圖】讓學生重新制作異常浮沉子，使學生通過實驗提出合理的猜想，引導學生從實驗中獲得解決問題的靈感，使他們能夠像科學家們一樣思考，在不斷尋求答案中培養學生的批判性思維。

4 ?結束語

開口浮沉子原理探析是培養學生問題解決能力的一個契機，合理創設任務，驅動學生自主探究，能夠有效轉變學生錯誤前概念，使學生獲得科學的物理知識和思維方法。因此，注重將開口浮沉子原理探析作為教學內容，仔細探究其中蘊含的科學原理，可以為學生未來的學習打下堅實的基礎！

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2] 黃佳羽.任務驅動教學法在初中物理教學中的應用[J].中學教學參考，2021（9）：42-43.

[3] 華永平.任務目標驅動下初中物理規律課的教學策略及意義——以北師大版“物體的浮沉條件”教學為例[J].中學物理，2020，38（8）：26-28.