朱雨紅

摘要：從操作層面來看，基于學習進階理論的物理教學，首先需要掌握進階起點，包括學生的生活經(jīng)驗、已掌握的知識及知識結構和思維特點，然后根據(jù)事實、映射、關聯(lián)、系統(tǒng)、整合五個階段分解學習歷程，最后設立本次學習進階的終點，即教學目標。以“浮力”概念教學為例，說明具體的教學分析和教學過程。

關鍵詞：學習進階 初中物理 浮力

美國國家研究理事會指出，學習進階是對學生在一段相當長的時間內(nèi)學習和探索某一主題時，所遵循的連貫的、逐漸深入的思維路徑的描述。我國學者王較過、趙萍萍認為，在時間維度上，學習進階一般需要學生經(jīng)歷一段成長歷程;在內(nèi)容維度上，進階的內(nèi)容是學生的思維建構。還有研究指出，概念學習進階通常分為經(jīng)驗（事實）、映射、關聯(lián)、系統(tǒng)、整合五個階段。

筆者以為，基于學習進階理論的物理教學，首先需要掌握進階起點，包括學生的生活經(jīng)驗、已掌握的知識及知識結構和思維特點，然后根據(jù)事實、映射、關聯(lián)、系統(tǒng)、整合五個階段分解學習歷程，最后設立本次學習進階的終點，即教學目標。本文以蘇教版初中物理八年級下冊“浮力”為例，闡述具體的教學分析和教學過程。

一、教學分析

（一）進階起點：學習“浮力”前的學情

1.學生的生活經(jīng)驗：氫氣球在空中能騰空而起;密度小于水的物體能浮在水面上，密度大于水的物體將會沉在水底;從水中提物體時用的力比在岸上提同一個物體用的力小;等等。

2.學生已掌握的知識及知識結構：會對物體進行簡單的受力分析，知道力與運動的關系，理解物體所受重力大小和方向，掌握物體的質(zhì)量大小與物質(zhì)的密度和體積的關系等。

3.學生的思維特點：初中學生經(jīng)過將近一年的物理學習，已經(jīng)能從生活現(xiàn)象向物理規(guī)律過渡，具備一定的分析、推理、歸納和應用的能力。

（二）進階歷程：“浮力”教學流程分解

由起點向終點進階的過程會經(jīng)歷事實、映射、關聯(lián)、系統(tǒng)、整合五個階段。這五個階段彼此之間緊密聯(lián)系，每一階段為下一階段的“前概念”，又為上一階段的“最近發(fā)展區(qū)”。圖1為“浮力”概念的學習進階歷程。

（1）從事實到映射：對浸在水中或空氣中的物體進行受力分析，認識浮力。

（2）從映射到關聯(lián)：用實驗引導學生定性探究浮力的影響因素，發(fā)現(xiàn)浮力大小與液體的密度、排開液體的體積有關。

（3）從關聯(lián)到系統(tǒng)：通過理論分析和實驗，定量探究浮力大小。

（4）從系統(tǒng)到整合：應用浮力解決簡單的實際問題。

（三）進階終點：“浮力”教學目標

為了給以后的教學提供類似的經(jīng)驗，須對學習進階過程的每一步（階段）做出準確的總結，修補各階段之間的斷層，形成體系化的教學。利用學習進階理論指導“浮力”概念的建構，學生應把握由簡單到復雜、由感性到理性、由淺顯到深奧的學習進階思路，并能在解決生產(chǎn)、生活實際問題中嘗試應用這種方法，提高分析問題和解決問題的能力。

二、教學過程

（一）從事實到映射：認識浮力

學生學習浮力之前，已經(jīng)能夠分析物體的受力情況。本階段，主要通過事實呈現(xiàn)，引導學生分析并感受浮力。

結合生活事實舉例：以能騰空而起的氫氣球為例，氫氣球能騰空而起，說明氫氣球除受到豎直向下的重力外，還受到空氣對它向上托的力，即浮力;以漂浮在海面上的艦艇為例，艦艇靜止在海面上，說明艦艇受到的浮力和重力相互平衡，而艦艇受到的重力方向是豎直向下的，那么海水對艦艇的浮力方向就應該豎直向上。

再通過實驗引導學生認識到下沉的物體也受到豎直向上的浮力的作用，且浮力大小可以利用彈簧測力計來測量：如圖2所示，將懸掛在彈簧測力計下的金屬塊放入水中，彈簧測力計的示數(shù)會變小。這一現(xiàn)象說明：下沉的物體受到浮力，且通過分析可知，物體所受浮力的大小等于兩次彈簧測力計示數(shù)之差。

（二）從映射到關聯(lián)：探究浮力的影響因素

在上一階段認識浮力之后，學生了解到不同的物體受到的浮力大小不同，自然生成對浮力影響因素的猜想。

引導學生觀察一些生活現(xiàn)象，如：人能自然浮在死海海面上，而不能自然浮在河水水面上;從井中提物體時，物體露出水面的部分越多，提的力越大;等等。學生可以猜想出浮力大小可能與液體的密度和排開液體的體積有關，并設計實驗完成探究。設計的3個探究實驗如下：

探究實驗1（如圖3所示）：將圓柱狀物體逐漸浸入水中，直到浸沒，觀察到彈簧測力計的示數(shù)逐漸減小，說明浮力逐漸增大;而當物體逐漸浸入水中時，排開液體體積是逐漸增大的。

分析該現(xiàn)象得到相應的結論：物體所受的浮力大小與排開液體的體積有關。

探究實驗2：在探究實驗1的基礎上，改變圓柱狀物體浸沒在水中的深度，觀察到彈簧測力計的示數(shù)不變，說明物體所受的浮力大小不變。

進一步分析得出：浸沒在液體中的物體所受的浮力大小與浸沒的深度無關。

探究實驗3（如圖4所示）：將圓柱狀物體分別浸沒在水和濃鹽水中，比較兩個彈簧測力計的示數(shù)，發(fā)現(xiàn)浸沒在濃鹽水中的彈簧測力計的示數(shù)小于浸沒在水中的彈簧測力計的示數(shù)，說明物體浸沒在濃鹽水中所受的浮力比浸沒在水中所受的浮力大。

進一步分析說明：浸在液體中的物體所受的浮力大小與液體的密度有關。

由這3個實驗，學生定性探究出影響浮力大小的因素并得出相應的結論：液體密度相同時，排開液體體積越大，物體所受的浮力越大;排開液體體積相同時，液體的密度越大，物體所受的浮力越大。

（三）從關聯(lián)到系統(tǒng)：定量探究浮力大小

1.定量測出物體所受浮力的大小。

下沉的物體所受的浮力可以用F浮=G-F測出，但此公式并不能看出浮力大小與液體密度以及排開液體體積的關系;且上浮和漂浮的物體不能用這種方法測量，存在局限。

根據(jù)質(zhì)量與密度、體積的關系，可知液體的密度和排開液體體積的乘積等于排開液體的質(zhì)量，而排開液體的質(zhì)量與重力加速度g的乘積等于排開液體所受的重力。由實驗可知，浮力大小與液體的密度和排開液體的體積有關。那么浮力大小與排開液體的重力大小是否有關？它們的關系應該是什么？為此，引導學生設計實驗，分別測出浮力大小與排開液體的重力大小，并加以比較。設計的探究實驗如下：

探究實驗4（如圖5所示）：（1）用彈簧測力計測出空小桶的重力G桶;（2）用彈簧測力計測出物體所受的重力G;（3）將物體浸沒在水中，待水停止溢出后，讀出彈簧測力計的示數(shù)F;（4）測出接水后小桶和排開水的總重力G總;（5）分別計算出物體所受的浮力F浮=G-F和排開的水的重力G排=G總-G桶。

發(fā)現(xiàn)：F浮=G排。再利用其他物體多次實驗后發(fā)現(xiàn)：浮力與排開液體的重力大小總是相等的。

2.了解阿基米德原理。

阿基米德原理是“浮力”相關知識的重要內(nèi)容。這一環(huán)節(jié)，應讓學生知道物理學不僅含有物理知識，而且還含有科學研究的過程與方法、科學態(tài)度與科學精神，因而，補充介紹如下相關的物理學史：

傳說，古希臘學者阿基米德洗澡時受水從澡盆中溢出現(xiàn)象的啟發(fā)，解決了鑒定純金王冠真?zhèn)蔚碾y題。這實際上是運用了密度的知識，將質(zhì)量相等的王冠和純金分別放在盛滿水的容器中，由于王冠摻入銀后密度減小而（相等質(zhì)量）體積增大，所以溢出的水就多一些。阿基米德還展開了深入研究，測試各種形狀和質(zhì)量不同的固體排開的液體體積，從而得到了著名的阿基米德原理：浸在液體中的物體所受的浮力大小等于被物體排開液體所受的重力，即F浮=G排。

3.推理論證浮力公式的定量關系。

引導學生經(jīng)歷對浮力公式的推理論證過程，加深對浮力與排開液體的體積以及液體密度關系的理解。

由G排=m排g=ρ液V排g，得F浮=ρ液V排g。公式表明，物體所受的浮力大小與物體排開液體的體積和液體的密度成正比關系，物體排開液體的體積越大，液體的密度越大，物體所受的浮力越大。由此，也進一步證明了影響浮力大小的因素是排開液體的體積和液體的密度。

（四）從系統(tǒng)到整合：不同情境下浮力的計算

浮力大小計算一直是學生學習的難點。本課整合階段，設置相關練習，列舉在不同的物理情境下如何根據(jù)已知條件選擇合適的浮力計算公式，來解決實際問題。

問題1一同學在岸上最多能搬起質(zhì)量為30 kg的石塊。若石塊的密度是2.5×103 kg/m3，則該同學在水中最多能搬起質(zhì)量為_____________kg的石塊（石塊不露出水面），這時石塊受到的浮力是____________N（ρ水=1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg）。

讓學生從實際問題中找出與物理知識點相關的信息，并能用浮力知識予以解決。

問題2將一個密度為0.9×103 kg/m3的實心小球，先后浸沒在水和酒精中，小球靜止時排開水和酒精的體積分別為V1和V2。小球在水和酒精中所受的浮力分別為F1和F2，以下判斷正確的是（）。（ρ酒精=0.8×103 kg/m3）

A. V1∶V2=1∶1，F(xiàn)1∶F2=5∶4

B. V1∶V2=4∶5，F(xiàn)1∶F2=1∶1

C. V1∶V2=9∶10，F(xiàn)1∶F2=9∶8

D. V1∶V2=8∶9，F(xiàn)1∶F2=10∶9

物體在液體中的狀態(tài)不同，求解浮力大小的思考角度也就不同。當物體在液體中浮沉狀態(tài)不明時，需要先判斷物體的浮沉狀態(tài)，再求浮力。

問題3農(nóng)民需要密度為1.15×103 kg/m3的鹽水選種。小華制作了一個簡易密度計：用一根長16 cm的飲料吸管，將一些鐵絲從下端塞入并用石蠟封口，使吸管在液體中漂浮時能保持在____________方向。把簡易密度計放入水中，露出水面的長度為9.7 cm;再將其放入所配的鹽水中，露出鹽水的長度為10 cm。根據(jù)算出的結果，小華應向鹽水中加適當?shù)腳___________（選填“鹽”或“水”），才能配置出符合要求的鹽水。

讓學生在建立浮力概念、認識阿基米德原理及物體的浮沉條件后，用掌握的浮力知識來分析解決生活中的實際問題，如鹽水選種、打撈沉船、測定人體血液的密度等。

參考文獻：

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