魯佩用 史獻(xiàn)計(jì)

(1. 南京育英第二外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，江蘇 南京 210044; 2. 南京江北新區(qū)教育發(fā)展中心,江蘇 南京 210044)

教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,“浮力”教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)主要表現(xiàn)在:浮力方向、物體浸沒(méi)液體前浮力與深度關(guān)系、浮力與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)等幾個(gè)知識(shí)的建立與形成過(guò)程．針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)與認(rèn)知需要,我們通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)來(lái)凸顯浮力學(xué)習(xí)的思維過(guò)程,從而幫助學(xué)生順利突破學(xué)習(xí)困難，收到了良好的教學(xué)效果．

1 思維啟動(dòng):設(shè)計(jì)沖突情景認(rèn)識(shí)浮力,了解浮力方向

圖1

設(shè)計(jì):圖1所示,用熱熔膠在乒乓球的底部固定一個(gè)環(huán)形強(qiáng)磁鐵并放置在透明盛液筒底部,在透明盛液筒外側(cè)底部用一同樣的環(huán)形強(qiáng)磁鐵吸住乒乓球,手掌托住透明盛液筒底部．

問(wèn)題:如果向筒內(nèi)倒水會(huì)有什么現(xiàn)象?

學(xué)生表現(xiàn):(異口同聲地)乒乓球浮上來(lái)．

操作:向筒內(nèi)緩慢地倒入水．

現(xiàn)象:乒乓球并沒(méi)有浮上來(lái)，學(xué)生驚訝之時(shí)．

操作:隱蔽而迅速移走筒下強(qiáng)磁鐵．

現(xiàn)象:乒乓球在水中上浮到水面．

剖析:學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)是乒乓球在水中會(huì)上浮．課堂教學(xué)伊始設(shè)計(jì)一個(gè)與學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)不吻合的現(xiàn)象,引起學(xué)生思維沖突,讓學(xué)生自然形成“為什么”的疑問(wèn),從而通過(guò)視覺(jué)感知啟動(dòng)其學(xué)習(xí)思維．同時(shí),也激發(fā)了學(xué)生的好奇心．

設(shè)計(jì):細(xì)線的一端用熱熔膠固定在乒乓球外側(cè),另一端用熱熔膠固定在透明水槽底部,將整個(gè)裝置放在水平放置的兩個(gè)等高的升降臺(tái)上．

操作:如圖2所所示,向水槽中持續(xù)倒水時(shí),讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．

問(wèn)題:同學(xué)們觀察到什么現(xiàn)象,這個(gè)現(xiàn)象說(shuō)明了什么?

回答:乒乓球向上運(yùn)動(dòng),說(shuō)明浮力方向向上．

問(wèn)題:靜止在水中的乒乓球受到的浮力方向是豎直向上的嗎?

分析思考:(學(xué)生)觀察到乒乓球靜止時(shí)細(xì)線處于拉直狀態(tài),并與水面垂直(如圖2),說(shuō)明浮力的方向豎直向上．

設(shè)計(jì):提供細(xì)線和金屬小錐體做成的重錘線,設(shè)計(jì)問(wèn)題“能否利用重錘線來(lái)判斷浮力的方向”.

分析:(學(xué)生思考并分析)將重錘線用金屬絲掛在水槽正前方的外側(cè)(金屬小錐體不與水槽接觸),如圖3,從水槽正前方看,發(fā)現(xiàn)重錘線與水中棉線重合,說(shuō)明浮力的方向豎直向上．再將右側(cè)的一個(gè)升降臺(tái)調(diào)高,讓水槽傾斜,如圖4,發(fā)現(xiàn)重錘線與水中棉線仍然重合,說(shuō)明靜止在水槽中乒乓球受到的浮力方向是豎直向上的．

圖3

圖4

剖析:通過(guò)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較容易判斷出浮力的方向向上;在靜止的液體中物體所受浮力是豎直向上的,學(xué)生可以根據(jù)現(xiàn)象作出猜想,但由于學(xué)生缺乏體驗(yàn),不容易通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明．教學(xué)中通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),不僅增加了可視性、操作方便,而且能夠結(jié)合具體的現(xiàn)象和分析,引導(dǎo)學(xué)生的思維向著嚴(yán)謹(jǐn)性方向發(fā)展,同時(shí)對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)新意識(shí)也是一種訓(xùn)練．

2 思維過(guò)程:過(guò)程體驗(yàn),突破難點(diǎn),探究浮力影響因素

學(xué)情:學(xué)生認(rèn)為浸沒(méi)前,物體所受到的浮力與深度有關(guān),浸沒(méi)后與深度無(wú)關(guān)(有些教師也有此類(lèi)認(rèn)識(shí))．

事實(shí)上,物體所受浮力大小與所排開(kāi)的液體(或氣體)體積有關(guān),與浸入的深度無(wú)關(guān)．如何突破這一難點(diǎn)呢?

設(shè)計(jì)與操作:如圖5和6,先用熱熔膠將兩節(jié)干電池固定在一起,再在一端固定一個(gè)掛鉤,彈簧測(cè)力計(jì)拉著干電池并慢慢浸入水中．發(fā)現(xiàn)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)先變小后不變．(這正是學(xué)生得出“浸沒(méi)前,物體所受到的浮力與深度有關(guān),浸沒(méi)后與深度無(wú)關(guān)”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ).)

設(shè)計(jì)與分析:如圖7,將下面1節(jié)干電池浸沒(méi)水中,記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1;如圖8,用熱熔膠將掛鉤固定在與圖7相同的2節(jié)干電池正中間,彈簧測(cè)力計(jì)拉著干電池浸入水中,保持與圖7浸入水中體積相同,深度不同,再次記下此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2,發(fā)現(xiàn)兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1=F2.這說(shuō)明浸沒(méi)前,物體所受到的浮力也與深度無(wú)關(guān)．

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

設(shè)計(jì)與思考:教師再通過(guò)圖9手壓礦泉水瓶實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生分析,浸沒(méi)前浮力變大的原因是物體浸在液體中的體積發(fā)生了改變,即物體排開(kāi)液體的體積發(fā)生了改變．圖7和圖8實(shí)驗(yàn)中浮力不變的原因是控制了兩次電池排開(kāi)水的體積相同,說(shuō)明浮力與物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)．

剖析:圖5～圖9的設(shè)計(jì)過(guò)程,通過(guò)展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程,先通過(guò)圖5和圖6的體驗(yàn)活動(dòng)引出學(xué)生頭腦中的錯(cuò)誤前概念,然后巧妙地用2節(jié)干電池進(jìn)行探究,不僅解決了物體排開(kāi)液體體積太小,導(dǎo)致浮力測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題,同時(shí)方便控制物體排開(kāi)液體體積相同,再結(jié)合圖9的體驗(yàn)活動(dòng),師生共同分析,不僅順利突破浮力與物體排開(kāi)液體體積有關(guān)這一教學(xué)難點(diǎn),而且順利解決了物體浸沒(méi)前浮力與深度是否有關(guān)這一疑惑．

3 思維拓展:注重知識(shí)拓展應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力提升

教學(xué)中,通過(guò)師生共同探究得出浮力與液體的密度和物體排開(kāi)液體體積有關(guān)的定性關(guān)系后,出示圖10所示的工藝品,并介紹該裝置:密封容器中注入某種液體,液體中放入多個(gè)玻璃球,球內(nèi)注入種類(lèi)和顏色都不同的液體,球的下方金屬片上標(biāo)注各種數(shù)值．

實(shí)驗(yàn):如圖11和12,將該裝置放入冰水混合物中,發(fā)現(xiàn)所有的玻璃球都漂浮在液面,然后將該裝置放入溫水中,慢慢發(fā)現(xiàn)標(biāo)有“18”“20”“22”的玻璃球依次下沉,直到所有的玻璃球都沉入底部．

交流與討論: (1) 該裝置實(shí)質(zhì)是一個(gè)溫度計(jì); (2) 原理是當(dāng)該裝置由冰水混合物移入溫水中后,密封容器中液體受熱膨脹,液體密度減小,小球所受浮力變小,當(dāng)浮力小于重力時(shí),小球下沉．如圖12,當(dāng)標(biāo)有28 ℃的玻璃球漂浮在液面,標(biāo)有26 ℃的球懸浮在液體中,并處于穩(wěn)定狀態(tài),則液體的溫度以及外界溫度在這兩者之間．

圖10

圖11

圖12

剖析:教學(xué)中不僅要引起思維發(fā)生、還要維持思維發(fā)展,也需要促進(jìn)思維向深度提升．學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的目的是要解決實(shí)際問(wèn)題,教學(xué)中通過(guò)該實(shí)驗(yàn),學(xué)生不僅了解該工藝品的實(shí)質(zhì)和原理,更重要的是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力．