淺談初中物理“浮力”模塊教學策略

杜海峰

(甘肅省平涼市第四中學,甘肅 平涼 744000)

1 教材分析

通過分析教材編排特點可看出,教材的編排循序漸進、層層遞進.第一節先是通過生活中幾個與浮力有關的現象,讓學生感知浮力的存在和浮力方向,引入浮力的概念并講解測量浮力的方法.接著分析浮力的產生原因,為探究影響浮力大小的因素做鋪墊,就浮力大小影響因素給出猜想和假設,介紹控制變量法,讓學生深入分析探究浮力大小與哪些因素有關,使學生對浮力產生一個定性的認識,為第二節實驗做好知識儲備.在第二節中通過實驗探究總結得出阿基米德原理和其物理表達式,使學生對浮力大小有了更加明確和理性的認識,掌握了比較、計算浮力大小最基本最常用的方法.第三節則是對前兩節的應用和升華,將浮力與物體運動結合起來,讓學生了解浮沉條件在生活中的應用.整體上體現了“從生活中來,到生活中去”的理念.

2 學情分析

八年級學生在學習浮力時,已經學習了有關力的基礎知識,包括力的基本概念和三要素等,也學習了二力平衡和受力分析的方法,對液體壓強有了一定的掌握,本章所涉及的學習、探究和實驗方法在之前的學習內容中也有所涉及,學生有一定的知識儲備.但從學生的認知特點和學習方式上還存在諸多矛盾,學生雖然已經形成了一定的對生活現象的觀察能力和較強的獨立思維能力,對生活中遇到的物理現象會思考其背后的物理原理,但受年齡、智力發展水平和生活閱歷等因素的限制,在學習中依然需要通過具體形象的圖片、視頻和與生活相關的事例幫助理解所學知識.

3 考題分析

分析近五年平涼市中考物理試題可以發現,浮力依舊是中考考查的熱點,所占分值較大,考查內容與生活聯系密切,形式靈活多樣,對學生思維能力和對知識融會貫通能力要求較高.

從命題形式來看,選擇題和填空題主要是結合日常生活實例考查浮力大小的比較和物體的浮沉條件,實驗探究題主要是浮力大小影響因素的探究和阿基米德原理的實驗驗證,計算題則是結合密度、壓強和浮力知識進行綜合考查.

4 教學策略

4.1 通過問題引導思考,在體驗中“悟”理

浮力教學策略重在引導學生深入思考和體驗,在思考體驗中慢慢感悟浮力的存在及其規律,這種“悟”理的過程是學生最真實、最原生態、最有效的學習方法,也是學生構建知識網絡、培養科學思維與科學態度的關鍵途徑.

比如在浮力概念引入時,可以死海為例,給學生展示一段死海不死的視頻,借此發問:游客為什么能在死海里自由的看書?游客在其他大海里能不能自由的看書?游客在其他大海里受浮力嗎?借助這些問題激發學生的興趣.接著設計幾個體驗活動,比如將一個乒乓球和一個小石塊用細線連在一起放入水中,基于學生的自身體驗,可讓學生真實直觀地感知浮力方向,并提問學生:剛才與乒乓球綁在一起的石塊是否受到浮力作用?如何驗證自己的猜想?教師可邊演示邊發問:如果一個浸入水中的石塊受到浮力作用,它會怎么樣?啟發學生學會類比與轉換思維,當學生將掛在彈簧測力計下面的石塊慢慢放入水中時,一切便豁然開朗,學生也能很快理解掌握“稱重法”測浮力的方法.

4.2 肯定學生的合理猜想,讓探究真中有智

學生的實驗猜想是學生發散性思維的表現,是基于學生思考后而生成,不能隨意否定.對于不合理的猜想,通過學生與學生之間的討論爭辯和思維碰撞便會不攻自破,若不能攻破,正好說明這個錯誤是學生思維誤區的共識,是容易形成教學盲區的地方,也將是教學重點,值得一起探究并突破.這種教學策略可真正促進學生思維的再生長.

比如在探究浮力大小與物體浸入液體中的深度的關系時,很多學生把浸沒前和浸沒后的測量結果放在一起去總結結論,對此筆者讓學生相互討論完善.這樣的交流與討論不僅能讓學生再次反思在剛才進行控制變量法過程中的具體操作細節,還能讓學生深刻理解影響浮力大小的本質是排開液體的體積發生了改變,達成讓學生知其然并知其所以然的效果.

4.3 改進創新實驗方案,讓實驗現象更加直觀

在本章的探究實驗中,學生普遍認為較難的是“探究浮力大小與排開液體重力的關系”.該實驗在中考實驗題中出現的頻次較高,經常還會結合相關計算一起考查.經調查發現學生覺得困難的原因主要有:一是該實驗結論比較簡單,與浮力影響因素實驗結論前后呼應,很多老師便會直接給出阿基米德原理,致使學生缺失了科學探究和實踐體驗的過程;二是該實驗操作步驟比較繁瑣,需要測量的量較多,學生容易混亂,實驗時間用時長,同時受測力計量程和分度值的限制,以及學生做實驗過程不夠細致,導致實驗誤差較大.

為此,筆者在教材所給實驗的基礎上,進行了適當創新和改進(如圖1).具體有兩方面:一方面是把接水的小桶換成了一個輕質盤子,并懸掛于彈簧測力計下方,只要被測物體浸入溢水杯,水會直接流入下方的盤子內,這樣學生就會發現,不管物體浸入水中多深,彈簧測力計示數始終不變,因為彈簧測力計原本應該減小的值(即物體所受浮力)等于溢出水的重力,這大大降低了測量數值的難度,實驗現象也更加直觀,便于學生理解;另一方面為了使物體能緩慢穩定的進入水中,減小溢出水的流失,減小實驗誤差,筆者用螺桿為懸掛物體的彈簧測力計設計了升降裝置,只需學生輕輕轉動上方搖柄,即可使彈簧測力計和物體緩慢穩定的從水面上下降,使實驗過程和現象更加直觀.

圖1

4.4 重視題型歸納講解,提升學生解題能力

浮力模塊試題雖然涉及到了填空、選擇、實驗和計算等各種題型,但對學生來說難點主要集中在三個方面:一是浮力大小比較,二是實驗探究,三是浮力計算.其中實驗探究在上述內容中已詳細論述,不再贅述,下面就浮力大小比較和浮力計算策略進行總結分析.

4.4.1 浮力大小比較.浮力大小比較主要有兩種方法:一是利用阿基米德原理展開式F浮=ρ液gV排分析比較,該方法使用的關鍵是通過題目要能確定待比較的幾個物體的ρ液或V排兩個物理量必須是其中一個恒定相等,另一個已知具體的大小關系.如圖2中比較三個小球所受浮力大小關系,若題目中已知三個小球體積相等,通過圖示又可知ρ液均相同,V排大小關系V甲=V乙>V丙明確,便可用此方法分析可知F浮甲=F浮乙>F浮丙;二是利用浮沉條件中力的關系分析比較,待比較的幾個物體的ρ液或V排兩個物理量大小都不相同或其中一個大小關系不明確,又如圖2中比較三個小球所受浮力大小關系,若題目中未明確物體體積相等,只已知質量相等,則需要用重力作為相互比較的橋梁分析比較浮力大小,即F浮甲

圖2

4.4.2 浮力大小計算.中考涉及浮力大小計算的題目比較靈活,計算浮力的方法也較多,但不同的方法又有著不同的特點和局限性,要想快速選擇方法進行計算,首先應明確各種方法的特征.具體為:

(1)原因法:F浮=F向上-F向下,要用這種方法必須知道或能求解出物體上下表面的壓力大小,題中往往出現的關鍵詞有“液體深度”“物體上下表面受到的壓強(或壓力)”等.

(2)稱重法:F浮=G-F拉,這種方法中物體必須沉在液體中,不能受到容器底部的支持力,題目中一定出現的關鍵詞有“彈簧測力計示數”.

(3)阿基米德原理法:F浮=G排液,運用這種方法必須已知物體浸入液體中后溢出液體的質量或重力,題目中一定出現的關鍵詞有“溢出”.

(4)影響因素法:F浮=ρ液gV排,要用此方法必須已知液體密度和物體排開液體的體積,題中往往出現的關鍵詞有“水”“物體體積”等.

(5)平衡法:F浮=G物,能用此方法的物體必須處于漂浮或者懸浮狀態,題目中往往出現的關鍵詞有“物體的質量”“物體的重力”等.

浮力大小計算題目從易到難可分為三個層次.第一層次是直接利用上述5種方法中的一種求解浮力,常見于基礎題中.第二層次則是通過一道題同時考查兩個或更多的浮力公式,此類題往往需要以物體的浮力作為解題的中間橋梁,先求解出浮力,再用浮力求解其他待求量.如某題中已知物體重力為G,浸沒在水中后彈簧測力計的示數為F,求物體體積和物體密度.該題考查了稱重法和影響因素法兩種計算浮力的方法,同時考查密度的計算公式,學生需要先用稱重法計算出浮力大小,再利用影響因素法結合已知的浮力大小計算物體排開液體的體積V排,因物體浸沒V排=V物,最后再用物體重力和物體體積求解物體密度.第三個層次是在第二層次的基礎上少些已知量而增加難度,此類題可分為兩類,一類是漂浮,該類題目需要抓住核心關系式F浮=G物,并根據需求展開為ρ液gV排=ρ物gV物進行約分化簡求解,如某題已知一木塊漂浮在水中,露出水面的體積是物體總體積的2/5,求木塊的密度.該題的已知量非常少,只有一個“2/5”,仔細審題可知水的密度ρ水也算一個已知量,再無其他已知量,很多學生無從下手,此時如果學生能抓住解題的關鍵點,列出等式ρ液gV排=ρ物gV物,約去等式兩邊g,利用已知量“2/5”找到關系V排=0.6V物,代入等式約去V物,等式即變為0.6ρ液=ρ物,此題也是迎刃而解.另一類是浸沒,物體在液體中若不是漂浮,則一定是浸沒,該類題目需要抓住核心關系式V排=V物,并根據需求展開為F浮/(ρ液g)=G物/(ρ物g)進行約分化簡求解,具體過程與上述例題相似不再贅述.