趙洪慧+石堯

摘 要：針對學(xué)生在影響浮力大小因素中存在的有關(guān)前概念，我們立足學(xué)生本位觀，以學(xué)生大腦中固有的前概念作為教學(xué)流程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，以科學(xué)探究的方式作為教學(xué)設(shè)計(jì)的邏輯主線，希冀對該內(nèi)容教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)困難的破解有所裨益.

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；浮力；前概念；學(xué)習(xí)困難

1 問題的提出

《浮力》是初中物理教學(xué)的重、難點(diǎn)之一，對學(xué)生的抽象思維和邏輯推理有著較高的要求，期間包含著許多容易被忽略的細(xì)節(jié)，給學(xué)生造成了沉重的認(rèn)知負(fù)荷.進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，《浮力》教學(xué)中能否使學(xué)生合理地猜想到“影響浮力大小的因素”，并做出科學(xué)正確的假設(shè)，是設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，得出阿基米德原理的關(guān)鍵.然而在“影響浮力大小因素”內(nèi)容的教學(xué)中，干擾學(xué)生正確認(rèn)識形成的外因很多，僅憑教師講解傳授抑或?qū)嶒?yàn)演示都無法克服學(xué)生頭腦里的錯(cuò)誤觀念.

在現(xiàn)實(shí)教學(xué)中，有些教師習(xí)慣于使用“手按壓易拉罐”的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，即隨著易拉罐浸入水中體積的增大，學(xué)生將由觸覺體驗(yàn)到浮力在逐漸增大，同時(shí)由視覺感知到排開的水也在逐漸增多，從而直接得出浮力大小與排開液體體積有關(guān)的結(jié)論.雖然這一實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生建立正確的認(rèn)識，但卻不能徹底摒除學(xué)生錯(cuò)誤的前概念，從根本上解決學(xué)生學(xué)習(xí)困難的問題，大腦中錯(cuò)誤的前概念勢必會(huì)在今后的學(xué)習(xí)中混亂學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，可謂“只立而不破”.此外，該實(shí)驗(yàn)的思維過程較為復(fù)雜，同時(shí)涉及觸覺和視覺兩處感官認(rèn)知，對尚處于具體運(yùn)算階段的初中生而言，實(shí)在難以統(tǒng)籌兼顧.

前概念是指學(xué)生在進(jìn)入課堂學(xué)習(xí)之前，通過長期的經(jīng)驗(yàn)積累與辨別式的學(xué)習(xí)，對日常生活中所感知的現(xiàn)象、事物等的非本質(zhì)認(rèn)識，學(xué)生意識中的前概念多與科學(xué)相悖.因此，在教學(xué)過程中撥亂反正，輔助學(xué)生形成正確的物理概念至關(guān)重要.由于錯(cuò)誤的物理前概念具有超前性、廣泛性、頑固性和反復(fù)性等特點(diǎn)，因而使它們徹底轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)的概念并非易事.鑒于此，我們立足破除學(xué)生前概念的教學(xué)理念，以科學(xué)探究為教學(xué)設(shè)計(jì)的主線，對本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容展開系統(tǒng)研究.

2 探究影響浮力大小因素的教學(xué)流程

因初中生初涉物理領(lǐng)域，他們對物理現(xiàn)象充滿了好奇， 因此本節(jié)教學(xué)內(nèi)容是進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)的良好載體.即從探究影響浮力大小的因素入手，讓學(xué)生依次經(jīng)歷提出問題、猜想假設(shè)、制訂計(jì)劃、收集證據(jù)、分析論證、交流合作等探究環(huán)節(jié)，最終得到浮力大小與液體密度和物體浸入液體體積有關(guān)，而與物體體積、物體密度、浸入液體中深度等無關(guān)的結(jié)論，繼而為引入和學(xué)習(xí)《阿基米德原理》打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ).

首先，我們根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，編制了相關(guān)調(diào)查問卷，以便勘測學(xué)生大腦中的相關(guān)前概念.經(jīng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)可知，在影響浮力大小的因素中所涉及的學(xué)生前概念主要有物體質(zhì)量、物體浸入液體體積、物體體積、物體密度、物體浸入液體深度及液體密度六個(gè)（如下表1所示），以此作為之后開展科學(xué)探究的材料.

研究表明，理論演繹對保持學(xué)生思維的嚴(yán)密性和一貫性有著不可替代的作用，是指引人們行為的風(fēng)向標(biāo)[1].因此在實(shí)際探究開始之前，教師可引導(dǎo)學(xué)生對影響因素進(jìn)行理論辨析，觀察各因素之間有無包含關(guān)系，進(jìn)而將其拆解到其他因素的探究中.在此，結(jié)合所學(xué)知識，學(xué)生大都會(huì)發(fā)現(xiàn)，由于質(zhì)量等于密度與體積的乘積，如果浮力大小與物體體積有關(guān)，肯定與物體質(zhì)量有關(guān)；同時(shí)如果浮力大小與物體密度有關(guān)，也肯定與物體質(zhì)量有關(guān).于是便把質(zhì)量這一因素拆解到體積和密度的探究之中.這樣，通過對影響因素的理論辨析，就可以減少不必要的操作程序，為接下來的實(shí)驗(yàn)探究理清方向.

基于教學(xué)過程的自組織轉(zhuǎn)變理論[2]，將教學(xué)過程可以看作是學(xué)生認(rèn)知系統(tǒng)從被組織階段向自組織階段轉(zhuǎn)變的過程.在被組織階段，教師的示范與引導(dǎo)扮演著重要的角色，因此在學(xué)生提出可探究的問題及猜想后，教師就應(yīng)先帶領(lǐng)學(xué)生一起設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使其大腦中形成理想的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)模板及規(guī)范的科學(xué)探究流程.從而為后續(xù)自組織階段學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的開展做好充足的準(zhǔn)備.

比如，教師可以探究浮力與物體浸入液體體積大小是否有關(guān)為例，帶領(lǐng)學(xué)生一起尋找實(shí)驗(yàn)中的控制量、自變量與因變量.在此，為直觀而清晰地理清實(shí)驗(yàn)中的各種變量，可以采用填寫表格（如表2所示）的形式.

隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)法對這些變量進(jìn)行控制.譬如，用同一物體做實(shí)驗(yàn)可以保證物體的體積、密度一樣，將物體浸入水中能夠確保液體密度相同，然而怎樣才能使物體浸入深度相同，浸入體積不同呢？可謂本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，這就需要選擇特定的物體作為實(shí)驗(yàn)對象，這里我們使用的是長方體物塊，將長方體三個(gè)不同側(cè)面依次浸入水中，以某一浸入深度為準(zhǔn)，在其他側(cè)面做出相應(yīng)的標(biāo)記.

在此，教師要演示實(shí)驗(yàn)操作，并帶領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表格，敘述實(shí)驗(yàn)步驟，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).值得強(qiáng)調(diào)的是，教師一定要注意操作的規(guī)范性，并用語言強(qiáng)調(diào)諸如“不要使物體接觸杯底或杯壁”等操作事項(xiàng)，從而幫助學(xué)生大腦中形成直觀的表象，為后面自行實(shí)驗(yàn)奠定良好的基礎(chǔ).最終通過學(xué)生對數(shù)據(jù)的分析歸納，得出“浮力大小與物體浸入液體體積有關(guān)，物體浸在液體中的體積越大，浮力越大”的結(jié)論.

接下來的教學(xué)過程將進(jìn)入由被組織向自組織轉(zhuǎn)變的過程，屆時(shí)教師要將其他因素的探究“放權(quán)”于學(xué)生.鑒于課堂時(shí)間有限，其余四個(gè)猜想因素的驗(yàn)證不可能由一組設(shè)計(jì)完成，因此將任務(wù)進(jìn)行分配，每組研究一個(gè)因素.在這期間教師由教學(xué)設(shè)計(jì)者瞬間變身為課程設(shè)計(jì)者，悉心為學(xué)生安排相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)儀器，如在探究浮力大小與液體密度關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，提供密度較大的硫酸銅溶液和密度較小的酒精溶液；在探究浮力大小與物體密度關(guān)系實(shí)驗(yàn)中，給學(xué)生準(zhǔn)備了體積相同的銅塊和鐵塊等.

由此，各組學(xué)生從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到數(shù)據(jù)收集，再到分析論證，一以貫之.最后各組選派一名代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而匯總得到實(shí)驗(yàn)結(jié)論——浮力大小與物體自身體積、密度及浸入液體深度無關(guān)，而與液體密度和物體浸入液體體積有關(guān).為以后的阿基米德原理的得出做好鋪墊

3 思考與啟示

3.1 學(xué)生親身體驗(yàn)，糾正錯(cuò)誤概念endprint

物理概念是物理學(xué)的基礎(chǔ)和核心，而錯(cuò)誤的前概念則可謂物理概念學(xué)習(xí)的絆腳石，如果不能進(jìn)行有效的概念轉(zhuǎn)變，物理概念的學(xué)習(xí)便會(huì)退化為死記硬背的機(jī)械學(xué)習(xí)，使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣.然而錯(cuò)誤前概念的轉(zhuǎn)變，不能采用說教式地強(qiáng)行灌輸，而應(yīng)設(shè)法巧妙地融入到整個(gè)教學(xué)過程之中.因而我們立足學(xué)生本位觀，以學(xué)生大腦中固有的前概念作為教學(xué)流程設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，使學(xué)生親歷知識的形成過程.當(dāng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中發(fā)現(xiàn)，客觀事實(shí)與自己的相異構(gòu)想產(chǎn)生了沖突，就會(huì)暴露出其錯(cuò)誤的前概念，造成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的失衡，從而使之正確看待自己原有的生活經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行對比性反思，最終促成原有知識結(jié)構(gòu)的順應(yīng)，用科學(xué)概念替換原有的錯(cuò)誤概念，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)誤前概念的有效轉(zhuǎn)變.

3.2 教師以身作則，學(xué)生模仿操作

科學(xué)探究屬于一種特殊的技能，既涉及操作層面，又涉及心智層面，其掌握對于初中學(xué)生而言有著不小的困難.因此教師的示范作用與學(xué)生的主觀能動(dòng)要配合得當(dāng)，才能取得預(yù)想的效果.如何處理好這二者的辯證關(guān)系，既發(fā)揮教師在課堂上的主導(dǎo)地位，又能夠體現(xiàn)學(xué)生在課堂中的主體意識呢？在此，我們以教學(xué)過程的自組織轉(zhuǎn)變理論為理論依托，將本節(jié)課劃分成被組織過程與自組織過程兩個(gè)階段，在被組織階段，教師從教學(xué)論角度，充分發(fā)揮其示范作用，而在自組織階段，教師從課程論角度為學(xué)生籌備實(shí)驗(yàn)器材，為其提供學(xué)以致用的機(jī)會(huì)，從而促使學(xué)生大腦中“生成“科學(xué)探究的操作程序，使學(xué)生在今后的探究中無需搜腸刮肚，便能迅速找到研究問題的有效途徑.

3.3 使用具體事物，克服想象困難

大量一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明，很多學(xué)生對于物體浸入液體體積（V排）的理解都不盡如人意，而更傾向于物體浸入液體體積（V浸）的理解.這是因?yàn)槲矬w排開液體體積不如物體浸入液體體積直觀，需要借助想象思維才能充分理解.所謂想象思維是指根據(jù)現(xiàn)有知識和事實(shí)，發(fā)揮高度的抽象和聯(lián)想能力，超脫現(xiàn)實(shí)，設(shè)想未知的變化過程[3]，是形式運(yùn)算階段所應(yīng)具有的思維能力.而初中生大都處于具體運(yùn)算水平，想象力較弱，對外界事物的理解難以具體事物的支持.因此，在因素猜想中選用了具體而易觀察的物體浸入體積，并在后續(xù)教學(xué)中，鑒于“V浸易于觀察，難于測量；V排不易觀察，易于測量，難于理解”的研究結(jié)論[4]，再借助體積守恒的思想，用“排水法”完成由V浸到V排的合理過渡.

參考文獻(xiàn)：

[1][4] 石堯.蠡測阿基米德原理教學(xué)的邏輯[J].課程教學(xué)研究，2016（10）：63～66.

[2] 邢紅軍.自組織表征理論：一種物理問題解決的新理論[J].課程·教材·教法，2009，29（4）：60～64.

[3] 邢紅軍. 中小學(xué)思維教學(xué)的深化研究[J].課程·教材·教法，2016，36（7）：33～39.endprint