李安發(fā)

(廣州市花都區(qū)秀雅學(xué)校 廣東 廣州 510800)

物理核心素養(yǎng)是指學(xué)生在接受物理教育過(guò)程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的關(guān)鍵能力和必備品格，是學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)．物理核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”4個(gè)要素構(gòu)成．發(fā)展學(xué)生的物理核心素養(yǎng)是當(dāng)前物理課程改革的新議題，促進(jìn)學(xué)生物理核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展已成為物理課程的核心目標(biāo)，如何在物理教學(xué)實(shí)踐中落實(shí)物理核心素養(yǎng)已成為物理教學(xué)研究的熱點(diǎn)問題．

課堂教學(xué)向來(lái)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，一線教師歷來(lái)非常重視．本文以人教版初中《物理》第十章第1節(jié)“浮力”的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，從確立教學(xué)目標(biāo)、趣味導(dǎo)入新課、建構(gòu)物理觀念、激活科學(xué)思維、深入科學(xué)探究、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任等方面，探討如何在物理課堂教學(xué)中落實(shí)科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)品質(zhì)的形成，提高學(xué)生的科學(xué)思維能力、科學(xué)探究能力和解決問題的能力．

1 分析內(nèi)容 確立教學(xué)目標(biāo)

1.1 教學(xué)內(nèi)容分析

“浮力”是八年級(jí)物理中理解難度和教學(xué)難度相對(duì)較大的一節(jié)課，是對(duì)力、二力平衡、壓力、液體壓強(qiáng)等知識(shí)的綜合應(yīng)用．通過(guò)學(xué)習(xí)，學(xué)生要了解浮力的概念、浮力的方向、浮力的測(cè)量方法、浮力產(chǎn)生的原因及影響浮力大小的因素．本節(jié)課運(yùn)用了多種獲得知識(shí)的方式，包括觀察了解、實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)、理論推導(dǎo)，都是初中物理中經(jīng)常使用的學(xué)習(xí)方式，綜合應(yīng)用可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維．

探究浮力產(chǎn)生的原因是本節(jié)的難點(diǎn)，教學(xué)時(shí)用自制的“浮力產(chǎn)生原因演示器”演示同一物體在水中受到水對(duì)它向上和向下的壓力不同，從而得出浮力產(chǎn)生的原因．探究“影響浮力大小的因素”是本節(jié)課的重點(diǎn)．通過(guò)學(xué)生自主探究，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、歸納總結(jié)、表述交流等能力．

1.2 學(xué)生學(xué)情分析

八年級(jí)的學(xué)生盡管對(duì)物理很好奇，但對(duì)現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)很多是感性認(rèn)識(shí)，要把有關(guān)浮力的認(rèn)識(shí)從感性提高到理性，要綜合運(yùn)用各方面的知識(shí)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)、理論分析和推理判斷歸納獲得新知識(shí)，對(duì)初二的學(xué)生來(lái)說(shuō)還是較難的．而且學(xué)生從日常生活中產(chǎn)生的感性認(rèn)識(shí)有許多是片面的甚至是錯(cuò)誤的，例如許多學(xué)生認(rèn)為下沉的物體不受浮力作用，還有學(xué)生認(rèn)為上浮的物體受的浮力大，下沉的物體受的浮力小等等．教學(xué)中要轉(zhuǎn)化這些前概念，建構(gòu)正確的浮力觀念．

1.3 確立教學(xué)目標(biāo)

物理觀念：知道什么是浮力,了解浮力產(chǎn)生的原因；知道浮力的方向是豎直向上的；會(huì)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)物體在液體中所受的浮力；知道浮力大小與哪些因素有關(guān)．

科學(xué)思維：能確定并證明浮力的方向；能邏輯清晰地講述浮力產(chǎn)生的原因；能推導(dǎo)出用稱重法測(cè)浮力的公式．

科學(xué)探究：讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，體驗(yàn)用控制變量法進(jìn)行科學(xué)探究；用實(shí)驗(yàn)探究浮力的方向及浮力產(chǎn)生的原因；用實(shí)驗(yàn)探究影響浮力大小的因素．

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：經(jīng)歷觀察、實(shí)驗(yàn)以及探究等學(xué)習(xí)活動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生尊重客觀事實(shí)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)參與物理學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)的自信心；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和探索生活中物理現(xiàn)象的興趣；用飲料瓶自制學(xué)具，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和環(huán)保節(jié)約意識(shí)．

2 趣味導(dǎo)入 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，“義務(wù)教育階段的物理應(yīng)激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣”“要使學(xué)生保持對(duì)自然界的好奇，發(fā)展對(duì)科學(xué)探索的興趣”． 在新課開始的階段，一定要有一個(gè)引入新課的過(guò)程，而新課的引入必須能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．

本節(jié)課上課伊始，筆者首先展示了一張人躺在死海上悠閑地看報(bào)紙的圖片，如圖1所示．問學(xué)生：這人沒有游泳，為什么沒有掉入水中？學(xué)生說(shuō)，是由于受到浮力的作用．那為什么在普通池水中的人做不到呢？我們這節(jié)課就來(lái)探究浮力的奧秘．然后，拿出一大一小兩個(gè)羊角球，小球的直徑和一個(gè)常規(guī)籃球差不多，大球的直徑是小球的2倍，如圖2所示．叫一位學(xué)生，先后把這兩個(gè)羊角球壓入水中．小球被他輕而易舉地壓入并浸沒在水中了，而大球他卻用了九牛二虎之力仍然不能全部壓入水中．這個(gè)實(shí)驗(yàn)，引起了大家極大的興趣，有很多自認(rèn)為大力士的學(xué)生紛紛上來(lái)要試一試大球，結(jié)果都鎩羽而歸．這兩個(gè)展示和實(shí)驗(yàn)，不但引起了學(xué)生極大的興趣，為浮力的學(xué)習(xí)留下了懸念，也為接下來(lái)猜想影響浮力大小的因素做了鋪墊．

圖1 人自由地躺在死海上漂浮

圖2 一大一小的羊角球

3 創(chuàng)設(shè)情境 建構(gòu)物理觀念

關(guān)于教學(xué)情境，德國(guó)一位學(xué)者有過(guò)一句精辟的比喻：將15 g鹽放在你的面前，無(wú)論如何你難以下咽．但如果將15 g鹽放入一碗美味可口的湯中，你早就在享用佳肴時(shí)，將15 g鹽全部吸收了．情境之于知識(shí)，猶如湯之于鹽．鹽需要溶入湯中，才能被吸收；知識(shí)需要溶入情境中，才容易被理解和掌握．

物理觀念的建構(gòu)，同樣離不開情境的創(chuàng)設(shè)．為了建構(gòu)浮力的概念，筆者先播放了我國(guó)首艘國(guó)產(chǎn)航空母艦山東號(hào)的視頻，相當(dāng)于一棟20層的高樓的航空母艦?zāi)馨卜€(wěn)地浮在海面上，場(chǎng)面相當(dāng)震撼．學(xué)生可以感受到浮力的巨大力量．然后，再讓他們說(shuō)說(shuō)生活中哪些地方還體現(xiàn)了浮力．有人說(shuō)浮在水上的鴨子，有人說(shuō)江面上的竹筏，有人說(shuō)江上的輪船，有人說(shuō)浮在水面的湯圓，有人說(shuō)水上樂園浮在水上的大球，還有人說(shuō)廣場(chǎng)上放飛的氫氣球、飛艇、熱氣球等等．由這些豐富的情境，我們可以總結(jié)出浮力的概念：浸在液體或氣體中的物體受到的向上托的力就叫浮力．

4 問題導(dǎo)向 激活科學(xué)思維

著名物理學(xué)家勞厄說(shuō)過(guò)：“對(duì)學(xué)習(xí)而言，重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力．教育無(wú)非是將一切已學(xué)過(guò)的東西都遺忘時(shí)所剩下來(lái)的東西．”對(duì)物理教學(xué)來(lái)說(shuō)，這種剩下來(lái)的東西就是科學(xué)的思維方式、科學(xué)的探究方法、科學(xué)態(tài)度與價(jià)值取向等．科學(xué)思維是一種隱含在科學(xué)知識(shí)和科學(xué)探究過(guò)程中的東西，這種隱性的東西恰恰是物理核心素養(yǎng)的重要體現(xiàn)．科學(xué)思維能力是衡量物理核心素養(yǎng)的重要標(biāo)志．物理教學(xué)中，教師要設(shè)置合理的問題情境，為學(xué)生的思維發(fā)展搭建平臺(tái)，讓學(xué)生在獲取知識(shí)的同時(shí)獲得思維與能力的訓(xùn)練．本節(jié)課，筆者多次設(shè)置問題情境，從以下幾方面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維．

4.1 建構(gòu)模型

物理學(xué)家費(fèi)曼有句名言：“你能認(rèn)出真理，因?yàn)樗让烙趾?jiǎn)單．”模型思維法就是對(duì)研究對(duì)象加以合理的簡(jiǎn)化，突出主要因素忽略次要因素，從而解決問題的方法．

在學(xué)習(xí)浮力時(shí)，筆者提出問題：“浮力是怎么產(chǎn)生的？”為了幫學(xué)生搭建思維的腳手架，筆者制作了浮力產(chǎn)生原理的演示模型．在一個(gè)圓筒的兩端各蒙上一個(gè)橡皮膜．當(dāng)圓筒水平放入水中時(shí)，如圖3所示，橡皮膜的凹陷程度相同，但凹陷方向相反，左側(cè)的向右，右側(cè)的向左．說(shuō)明同一深度物體左右兩邊受到液體的壓力大小相等，方向相反．而當(dāng)圓筒豎直放時(shí)，如圖4所示，下面橡皮膜的凹陷程度明顯大于上面橡皮膜的凹陷程度，而且凹陷方向相反．這說(shuō)明圓筒下表面受到的液體壓力大于上表面受到的液體壓力，上表面受的液體壓力向下，下表面受的液體壓力向上．于是，我們把物體的受力示意圖畫出來(lái)，如圖5所示．這幾個(gè)模型，很形象地把浮力產(chǎn)生的原因展示出來(lái)了：液體在物體兩側(cè)對(duì)物體的壓力相互抵消了，而物體上下表面受到的液體壓力卻不相等，有一個(gè)壓力差，浮力就是物體上下表面受到的液體的壓力差，即F浮=F向上-F向下．

圖3 水平放的圓筒

圖4 豎直放的圓筒

圖5 浮力產(chǎn)生的原理圖

4.2 科學(xué)推理

科學(xué)推理能力是科學(xué)思維的重要組成部分．學(xué)生需要把物理公式的來(lái)龍去脈推導(dǎo)出來(lái)，才能真正理解公式的內(nèi)涵，才不至于靠死記硬背學(xué)物理．例如，為了給“探究影響浮力大小的因素”做準(zhǔn)備，筆者提問：“我們應(yīng)該怎樣來(lái)測(cè)量浮力大小呢？”先讓學(xué)生用繩子系一個(gè)小石塊，手提細(xì)繩將物體浸沒在水中，讓學(xué)生分析石塊的受力情況，并畫出石塊的受力示意圖，如圖6所示．根據(jù)物體受力平衡可知，在豎直方向上，向上的力大小之和等于向下的力，即F浮+F拉=G，變形可得F浮=G-F拉，這就是測(cè)浮力的公式．

圖6 用稱重法測(cè)浮力的受力分析

4.3 科學(xué)論證

科學(xué)論證是促進(jìn)學(xué)生概念理解和概念轉(zhuǎn)變的必由之路．學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過(guò)程中，新的概念會(huì)與原有經(jīng)驗(yàn)發(fā)生沖突，學(xué)生要經(jīng)歷澄清認(rèn)識(shí)、理清思路、修正認(rèn)識(shí)等一系列的認(rèn)知過(guò)程方可將新概念納入其知識(shí)體系．在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以打破錯(cuò)誤的前概念，重新建構(gòu)科學(xué)的物理概念．

在研究浮力的方向時(shí)，筆者提問：“浮力的方向是豎直向上的還是斜向上的？”接下來(lái)用細(xì)繩分別系住一個(gè)乒乓球和一個(gè)小鐵球．如圖7所示讓兩個(gè)球靜止在水中，結(jié)果從正面看兩根繩子重合(側(cè)面看兩繩子平行)．然后將水缸傾斜，從正面看兩根繩子依然重合(側(cè)面看依然平行)，如圖8所示．由此可見，浮力和重力的方向在同一直線上，而重力永遠(yuǎn)是豎直向下的，所以浮力方向永遠(yuǎn)是豎直向上的．

圖7 水缸水平放時(shí)的浮力方向

圖8 水缸傾斜時(shí)的浮力方向

為了讓學(xué)生對(duì)浮力有全面的認(rèn)識(shí)，筆者提問：“下沉的物體受不受浮力？”馬上叫學(xué)生思考．有的說(shuō)下沉的物體不受浮力，因?yàn)楦×κ窍蛏系?；有的說(shuō)下沉的物體也受浮力，因?yàn)樗ビ斡緯r(shí)越往深處走，感覺身體越輕．為了探究這個(gè)問題，筆者讓學(xué)生用橡皮筋系住一個(gè)小石塊，然后測(cè)量一下放入水中前和放入水中后橡皮筋的長(zhǎng)度，結(jié)果放入水中后，橡皮筋變短了．這樣學(xué)生就都知道了，原來(lái)下沉的物體也會(huì)受到浮力．

5 自主實(shí)驗(yàn) 深入科學(xué)探究

學(xué)生學(xué)習(xí)物理，不是靠老師教會(huì)的，而是通過(guò)他們自身的認(rèn)知活動(dòng)學(xué)會(huì)的．有效的物理教學(xué)，是指教師能夠激起學(xué)生的探究欲望，并能促使他們運(yùn)用已有知識(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、分析、推理，去主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)．在物理教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)注重科學(xué)探究，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和科學(xué)態(tài)度有重要意義． 本節(jié)課，學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)按以下步驟進(jìn)行．

5.1 問題與猜想

提出問題：影響浮力大小的因素有哪些呢？先讓學(xué)生回顧引入新課時(shí)在死海上看報(bào)紙的圖片和按羊角球的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)說(shuō)自己的猜想．為了讓大家對(duì)按壓物體進(jìn)入水中有直接體驗(yàn)，每組學(xué)生都用飲料罐做了如圖9所示的實(shí)驗(yàn)．猜想階段，有學(xué)生猜想浮力與液體密度有關(guān)，因?yàn)樗篮：}量高，海水密度大，所以浮力大；有的說(shuō)飲料罐越往下壓阻力越大，所以猜想浮力與深度有關(guān)；還有說(shuō)越往下按，排出的水越多，猜想浮力與排開液體的體積有關(guān)；有的說(shuō)與物體密度有關(guān)，與物體體積有關(guān)，還有的說(shuō)與物體的輕重有關(guān)等等．

圖9 浮力與排開液體體積的關(guān)系體驗(yàn)

5.2 設(shè)計(jì)與探究

面對(duì)學(xué)生這么多的猜想，教師先肯定大家的積極思考，然后安排各小組分工，有的探究浮力與液體密度的關(guān)系，有的探究與排開液體體積的關(guān)系，有的探究與物體輕重的關(guān)系，有的探究與物體密度的關(guān)系，還有探究與深度的關(guān)系．為了應(yīng)對(duì)學(xué)生可能有的猜想，教師事先要準(zhǔn)備齊全足夠的實(shí)驗(yàn)器材供學(xué)生探究．同時(shí)提醒學(xué)生，做實(shí)驗(yàn)時(shí)，要用控制變量法進(jìn)行探究，用稱重法測(cè)量浮力大?。?/p>

5.3 結(jié)論與交流

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，要安排學(xué)生上臺(tái)展示自己組的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和實(shí)驗(yàn)結(jié)論．展示浮力與液體密度及排開液體體積關(guān)系的小組獲得了大家的一致認(rèn)同，展示浮力是否與物體輕重有關(guān)的小組的結(jié)論卻遭到了其他小組的反對(duì)．第一個(gè)小組認(rèn)為浮力與物體重力有關(guān)，第二個(gè)小組卻認(rèn)為浮力與物體重力無(wú)關(guān)．大家一起分析原因，原來(lái)是第一小組沒有控制物體的體積相同，導(dǎo)致結(jié)論錯(cuò)誤．在研究浮力與深度的關(guān)系的小組之間也出現(xiàn)了不同的意見，有的說(shuō)浮力與深度有關(guān)，有的說(shuō)浮力與深度無(wú)關(guān)．為了解開大家的疑惑，教師在講臺(tái)上演示了這個(gè)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)投影，展示給大家，如圖10所示．往杯中逐漸加水，先讓大家觀察物體浸沒前彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化，再觀察物體浸沒后彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)．雖然深度一直在增大，但浸沒前示數(shù)變小，說(shuō)明浮力逐漸增大，浸沒后，示數(shù)不變，說(shuō)明浮力不變了．再讓學(xué)生思考這其中的原因．很快有學(xué)生發(fā)現(xiàn)，浸沒前，深度越深，排開液體的體積越大，所以浮力越大，浸沒后深度增加，排開液體的體積卻不變，所以浮力不變，歸根結(jié)底，是排開液體的體積在影響浮力的大小．

圖10 浮力與深度關(guān)系的探究

6 學(xué)以致用 培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任

在核心素養(yǎng)4個(gè)要素中，科學(xué)態(tài)度和責(zé)任是必備品格，但也恰好是我們教學(xué)中最容易忽視的環(huán)節(jié)．在教學(xué)活動(dòng)中，我們要不失時(shí)機(jī)地滲透科學(xué)本質(zhì)、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的教育．要讓學(xué)生形成學(xué)習(xí)和研究物理的好奇心與求知欲；主動(dòng)與他人合作，實(shí)事求是，不迷信權(quán)威，能基于證據(jù)和推理發(fā)表自己的見解；理解科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的關(guān)系，熱愛自然，具有保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的責(zé)任感．

例如，在學(xué)習(xí)了浮力產(chǎn)生的原因后，筆者給學(xué)生變了個(gè)魔術(shù)，先把一個(gè)木塊放入水中，木塊漂浮在水面．然后拿出一個(gè)有魔法的玻璃箱，先把木塊放在箱底，用手先壓著木塊，然后往里面加水，等水浸沒木塊后，松開手，木塊卻并沒有浮上來(lái)，而是穩(wěn)穩(wěn)地停在水底，如圖11所示．再讓學(xué)生往大箱里加水，當(dāng)大箱的水位升高到一定水位時(shí)，木塊很快就浮上來(lái)了．學(xué)生都覺得很新奇．筆者讓學(xué)生思考其中的原理，為魔術(shù)揭密．思考后，有很多學(xué)生踴躍舉手．原來(lái)，這個(gè)魔術(shù)箱由大小兩個(gè)玻璃箱組成．小的放在大的里面，小箱底部鉆了一個(gè)和木塊底面積差不多大的孔，往小箱加水時(shí)，木塊底部并未受到水向上的壓力，所以并沒有產(chǎn)生浮力．當(dāng)往大箱里加水后，木塊底部也受到了水的壓力，于是就產(chǎn)生了浮力．學(xué)生學(xué)以致用，能為魔術(shù)揭密，都有滿滿的成就感，對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣更濃了．

圖11 魔術(shù)：浮與不浮都聽話的木塊

在展示浮力的應(yīng)用時(shí)，筆者播放了我國(guó)第一艘國(guó)產(chǎn)航空母艦山東艦的宣傳視頻，如圖12所示．山東艦雄偉壯觀的氣勢(shì)把學(xué)生深深地吸引住了，他們?yōu)樽鎳?guó)強(qiáng)大的科技和軍事實(shí)力感到自豪．在談感想時(shí)，學(xué)生表示，要努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，將來(lái)為祖國(guó)的繁榮昌盛做出自己的貢獻(xiàn)．

圖12 我國(guó)第一艘國(guó)產(chǎn)航母山東艦

7 結(jié)束語(yǔ)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培育是物理教學(xué)的終極目標(biāo)，讓學(xué)生通過(guò)物理學(xué)習(xí)形成必備的品格和關(guān)鍵能力是每一位物理教師的責(zé)任和使命．我們要不斷研究物理教學(xué)內(nèi)容，深入挖掘其中的育人價(jià)值，能夠圍繞核心素養(yǎng)制定出每一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)設(shè)計(jì)方案，這樣才能實(shí)現(xiàn)物理教學(xué)從注重學(xué)科知識(shí)本位向關(guān)注學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的有效轉(zhuǎn)變．