羅宏衛(wèi)

（湖北省宜昌市五峰縣采花中學(xué)）

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談『探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)』的實驗設(shè)計

羅宏衛(wèi)

（湖北省宜昌市五峰縣采花中學(xué)）

“控制變量法”是初中物理探究實驗的基本方法，該設(shè)計思想貫穿初中物理教材的始終。這樣，會讓學(xué)生在探究涉及多個變量的物理問題時，把“控制變量”作為實驗設(shè)計的首要選項，讓“控制變量”的意識在學(xué)生大腦中根深蒂固。

人教版初中物理教材中，第一次明確提出“控制變量”的是八年級下冊《浮力》中“探究浮力的大小跟哪些因素有關(guān)”的實驗設(shè)計。

教材首先根據(jù)三個有關(guān)實例提出猜想；浮力的大小可能跟固體的密度、液體的密度、固體浸入液體中的體積和固體浸入液體中的深度有關(guān)。然后提出“在檢驗浮力的大小與其中某一個量的關(guān)系時，必須使其他量保持不變”。而在具體的探究設(shè)計過程中，則是先把彈簧測力計下懸掛的圓柱體“浸沒在一種液體中”，分別在液體內(nèi)不同深度來探究浮力的大小是否跟深度有關(guān)。這就控制了固體的密度、液體的密度和浸入液體中的體積，只改變了深度，從而確定浮力的大小與深度無關(guān)。

我曾經(jīng)也是按照教材的設(shè)計思路來引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計的。上述實驗設(shè)計看似無懈可擊，但在探究浮力的大小跟物體浸在液體中的體積有關(guān)時，就出現(xiàn)了狀況。教材是這樣設(shè)計的：“把彈簧測力計下懸掛的圓柱體浸在液體中的體積逐漸增大”。由于前面已經(jīng)得出了浮力與深度無關(guān)的結(jié)論，因而可以得到“物體浸在液體中的體積越大，浮力越大”的結(jié)論。當時，我遇到一個較真的學(xué)生，他提出：該實驗設(shè)計中出現(xiàn)了兩個變量——深度和浸入的體積，根據(jù)實驗現(xiàn)象也會得出浸沒前的物體所受浮力的大小與深度有關(guān)的結(jié)論。我被他問得一愣，而后，在非常嚴肅的表情下用“前面已經(jīng)得到了浮力的大小與深度無關(guān)的結(jié)論”搪塞過去。

看著該同學(xué)帶著不滿意的表情轉(zhuǎn)身離去的背影，我心中似打翻了五味瓶：前面說的“與深度無關(guān)”是在“浸沒”的情況下得出的，而現(xiàn)在是“浸沒前”的情形。學(xué)生雖被我唬住了，但其心中不滿意，仍有疑問啦！何況本節(jié)明確提出“控制變量”，該設(shè)計沒有把變量控制下來，才會讓該同學(xué)產(chǎn)生這樣的疑問，他的問題是對的！如果按這樣的設(shè)計思路引導(dǎo)學(xué)生進行實驗設(shè)計，會造成學(xué)生在規(guī)律的認知上的混亂，不能正確地認識浮力大小的有關(guān)因素。學(xué)生在今后的物理探究實驗時，會出現(xiàn)一些不夠嚴密的設(shè)計方法，不能養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度。不論是于知識的傳承還是于學(xué)生品質(zhì)的發(fā)展，都是不利的。

后經(jīng)周密的思考，對實驗進行了如下的改進。

第一步，探究浮力的大小與浸在液體中的體積的關(guān)系：

分別用懸掛在彈簧測力計下的三個大小不同的鋁塊（體積相差較明顯）浸沒在同一種液體中的同一深度處，可以得到“物體浸在液體中的體積越大，浮力越大”的結(jié)論。該設(shè)計控制了其他三個變量，只改變了“浸在液體中的體積”。

第二步，探究浮力的大小與物體浸在液體中的深度的關(guān)系：

首先，用一個長高比明顯相差大的長方體鋁塊，分別在其豎面和側(cè)面刻出體積的1/3、1/2和2/3的標記。然后，分別把長方體鋁塊豎著和側(cè)著掛在彈簧測力計下，讓其體積的1/3刻線處與液面相平（長方體鋁塊的下表面與液面平行），通過測量算出浮力的大小，加以比較；后依次測出液面位于1/2和2/3處時，豎放和側(cè)放的浮力，加以比較。這樣，在每次測量過程中，都控制了其他因素而改變了深度。但由于浸入液體內(nèi)的體積相同，因而每次測得的浮力也相同，從而得出“浸沒前”的物體受到的浮力大小與深度無關(guān)的結(jié)論。

接著，按照教材所述方法，探究“浸沒后”的物體受到的浮力大小與深度無關(guān)的結(jié)論和其他有關(guān)因素的探究。

上述前兩步的探究，不但嚴格控制了變量，而且每一步都是通過測量，得出三組數(shù)據(jù)后分析得出的結(jié)論，讓所得的結(jié)論更具說服力。從實驗的設(shè)計到分析論證更加嚴密，學(xué)生更加信服得出的結(jié)論。同時，培養(yǎng)了其嚴謹?shù)膶W(xué)習(xí)研究品質(zhì)和一絲不茍的生活習(xí)慣。

我對實驗進行改進后，面向全體學(xué)生向原先提出問題的同學(xué)致以真誠的道歉，同時感謝他的提問，讓我們找到了解決問題的辦法。通過嚴密的實驗設(shè)計，讓學(xué)生在科學(xué)探究中更加嚴謹，使他們勤于思考，勇于探索真理，成為學(xué)習(xí)的真正主人。使老師在今后的教學(xué)活動中，讓學(xué)生多思考、多動手，善于挖掘?qū)W生的智慧，通過縝密的研討后，求得最佳的教與學(xué)的方法，成為學(xué)生學(xué)習(xí)的真正主導(dǎo)者。

·編輯謝尾合