強化實驗探究主體 提升科學探究能力*
——以阿基米德原理教學設計為例

張秋紅

(保定市第十七中學 河北 保定 071000)

1 教材分析

阿基米德原理屬于物理課程標準的第二個主題“運動和相互作用”,是該主題下的二級主題“機械運動和力”中的部分內容.教材安排在學生學習了什么是浮力、彈簧測力計法測浮力、浮力的產生原因等知識之后,為阿基米德原理的學習做好了知識鋪墊.阿基米德原理是求浮力大小的重要方法,是解決浮力有關問題的主要途徑.通過對阿基米德原理的探究學習使學生體驗科學探究的樂趣、提升學生的探究能力、培養學生實事求是的科學態度,同時也為進一步學習浮力知識打下基礎.

2 設計目的

通過阿基米德原理的探究學習,得出并理解阿基米德原理,進一步熟悉彈簧測力計法測量浮力.通過學生對實驗步驟的設計和數據記錄表格的制定,促進學生探究能力的提升.

3 實驗器材

每組器材:溢水杯、接水小桶、彈簧測力計、固體(密度大于水、可用掛鉤鉤住)、燒杯、水若干.

4 課堂主要活動的設計及分析

活動1：設置情境,引出猜想.

活動內容：教師展示一裝水的塑料袋浸沒在水中靜止,并提問:這袋水都受到什么力?學生觀察分析得出:這袋水現在受到重力和浮力,并且浮力等于重力.教師提問:如果把這袋水換成固體,所受浮力大小和固體自身重力大小還相等嗎?學生進行猜想:不一定,固體所受浮力等于和其同體積的水所受的重力.

設計意圖：設置情境引起學生注意,引出阿基米德原理的實驗探究.忽略塑料袋重力的情況下,學生根據二力平衡知識,分析得出袋里的水所受浮力和重力大小相等.把袋中的水換成固體后,學生會根據浮力的產生原因猜想得出:浸沒在水中的固體所受浮力等于和固體同體積的水所受的重力,把固體所受浮力和排開的水所受重力聯系在一起,順利引出實驗探究的開展.

活動2：設計實驗步驟、制定計劃.

活動內容：教師提問:對于浸沒在水中的固體,如何測量其所受浮力?如何測量和其同體積的水的重力?學生以小組為單位討論交流,得出答案:用彈簧測力計法測量其所受浮力.關于如何測量和其同體積的水的重力,學生提出多種方法,教師介紹溢水杯及其使用方法后,學生會想到并提出使用排水法可取得和固體同體積的水并測量其重力.教師提問:這些需要測量的實驗步驟有前后順序嗎?學生再次討論交流并分析得出測量步驟的先后順序.

設計意圖：在制定實驗步驟計劃中強化實驗探究主體,提升學生自主探究能力.在解決如何測量浮力時,學生比較容易想到在前面剛剛學到的彈簧測力計法.如何測量固體排開的水所受的重力是這個實驗的關鍵,教師在此時介紹溢水杯,學生會比較容易聯想到用排水法取得和固體同體積的水,把固體排開的這部分水單獨分離出來,再測量這部分水的重力就變得很容易,突破這個實驗的難點.探究過程中需要測量的量有4個:固體重力G,固體浸沒在水中時彈簧測力計示數F液、空桶重力G桶、溢出的水和桶的總重G水+桶,以方便實驗操作和減小誤差為目的讓學生安排這4個量測量的先后順序,學生分析后會得出:先測空桶重力G桶,再測溢出的水和桶的總重G水+桶會減小實驗誤差;先測空桶重力G桶、再測固體重力G會方便實驗操作.

活動3：進行實驗、記錄數據.

活動內容：學生進行實驗、記錄實驗數據.教師巡視.教師提問:同學們如何記錄實驗數據?引導學生可以自己設計記錄數據的表格,也可參照教師給出的空白表格,鼓勵學生自己動腦動手.

設計意圖：在數據記錄的過程中,突出學生對表格的設計,強化實驗探究主體,提升學生探究能力.實驗探究中需要記錄的量有4個,需要計算出的量有兩個,學生可參考教師給出的空白表格,也可以在教師鼓勵下自己重新制定,使學生在制定表格的過程中提升收集記錄數據的能力.

活動4：分析數據、得出結論.

活動內容：教師引導學生分析實驗數據,在一定的誤差范圍內引導學生得出結論:浸沒在水中的固體受到豎直向上的浮力,浮力的大小等于它排開的水受到的重力.

設計意圖：提升學生分析和概括總結的能力.實驗數據會存在一定的誤差,教師引導學生正視誤差的存在,尊重事實,從現在就告訴學生,切不可弄虛做假,提升學生科學處理數據的能力.

活動5：歸納交流、總結提升.

活動內容：教師補充演示實驗:部分浸入水中的固體受到豎直向上的浮力,浮力的大小等于它排開的水受到的重力,并補充實驗說明:浸在其他液體中的固體受到豎直向上的浮力,浮力的大小等于它排開的液體受到的重力.教師引導學生將實驗內容與教師補充的內容結合起來,歸納得出阿基米德原理的內容:浸在液體中的物體受到豎直向上的浮力,浮力的大小等于它排開的液體受到的重力.師生共同交流實驗注意事項.

設計意圖：補充實驗,使結論具有普遍性;提升學生歸納總結的能力.在這個過程中使學生經歷歸納總結得出結論的過程;交流分析實驗中產生誤差的環節、歸納實驗操作步驟中的注意事項——使學生經歷反思的過程.

5 總結

科學探究分為7個環節,本設計中阿基米德原理的實驗探究突出的是實驗步驟的制定和數據記錄表格的設計,這兩個環節在探究的過程中,強化學生的主體作用,讓學生體驗到實驗探究步驟和數據的收集是按照自己的思考而制定的,這樣使學生對探究活動更感興趣、有很好的成就感,增強學生探究的欲望,提升學生的探究能力.除此之外學生還經歷動手操作、分析數據、評估交流的過程.這個探究過程本身比結果更重要,既培養了學生從物理的視角看問題、用物理知識解釋有關現象、解決有關問題的能力,凸顯物理學科的育人功能,又培養了學生提出創造性見解的能力,推動學生的可持續發展,成為國家需要的合格人才.