胡玉蓮

摘 要：教師在教學(xué)設(shè)計中注重深度學(xué)習(xí)，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，提高學(xué)生物理核心素養(yǎng).本文以“浮力”復(fù)習(xí)課為例，巧妙地利用三個蘋果，將浮力部分的知識點串聯(lián).通過深度備課，精選實驗器材;實現(xiàn)深度教學(xué)，促進學(xué)習(xí)生成;引導(dǎo)深度反思，提高思維品質(zhì).

關(guān)鍵詞：深度學(xué)習(xí);科學(xué)思維;浮力

中圖分類號：G633.7 ? ? 文獻標(biāo)識碼：B ? ? 文章編號：1008-4134（2021）16-0024-04

作者簡介：胡玉蓮（1992-），女，江蘇無錫人，碩士，中學(xué)一級教師，研究方向：基于核心素養(yǎng)的物理課堂教學(xué).

深度學(xué)習(xí)是一種注重知識建構(gòu)過程、強調(diào)學(xué)習(xí)內(nèi)容有機整合、注意學(xué)習(xí)過程建構(gòu)反思、重視知識遷移應(yīng)用的一種新型教學(xué)模式.深度學(xué)習(xí)不僅關(guān)注學(xué)習(xí)的結(jié)果，更加注重學(xué)習(xí)的發(fā)生過程，強調(diào)學(xué)生理解性的學(xué)習(xí).物理核心素養(yǎng)指的是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)過程中形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會需要的必備品格和關(guān)鍵能力.物理教學(xué)最終目的是提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，核心素養(yǎng)旨在為廣大教師提出“培養(yǎng)什么樣的人”;深度學(xué)習(xí)則為教師指明“如何培養(yǎng)人”.教師引導(dǎo)學(xué)生進行深度學(xué)習(xí)，可以更有效地幫助學(xué)生提升物理核心素養(yǎng)，切實落實物理教學(xué)的最終目標(biāo).筆者以“浮力”復(fù)習(xí)課為例，巧用三個“蘋果”，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維.

1 深度備課，精選實驗器材

浮力內(nèi)容主要包括“認(rèn)識浮力”“阿基米德原理”“物體的浮與沉”三部分.本章一直是中考的重難點，具體題目會將二力平衡、密度、壓強以及力與運動等知識結(jié)合起來，綜合性較強，對學(xué)生分析推理能力、抽象思維能力、綜合解決問題能力都有較高的要求.

中考一輪復(fù)習(xí)進行到一半，學(xué)生大多覺得枯燥無味且比較疲乏，因為很多教師在復(fù)習(xí)課時僅僅是重復(fù)地“炒冷飯”，做題、講題、考試……如此循環(huán);同時八年級內(nèi)容由于時間間隔較長，所以學(xué)生遺忘的知識較多，且這部分知識零散，教師在教學(xué)中如果缺乏整合性和系統(tǒng)性將增加學(xué)生的厭煩心理.因此教師在進行備課時要注重知識的系統(tǒng)性，幫助學(xué)生將零散的記憶碎片整合重建.

物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，實驗器材的選擇將直接影響課堂教學(xué)效果.教材中羅列和浮力現(xiàn)象相關(guān)的例子和圖片，實驗室和生活中也有很多關(guān)于浮力的器材和例子，那么如何幫助學(xué)生化繁為簡，從“五花八門”的例子和器材中選取最適合學(xué)生、最能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的實驗？筆者認(rèn)為實驗器材的選取應(yīng)越簡單越好，實驗設(shè)計應(yīng)該注重對深度的挖掘，即盡量用一個或者一類實驗或器材將所有知識點串聯(lián)起來.因此，本節(jié)課選取的主要實驗器材是空心的“蘋果”殼.如圖1所示，在1號塑料蘋果殼中裝入少量沙子，保證其能漂浮在水面上;在2號塑料蘋果殼里面放一些金屬塊，使其能沉底;教師可根據(jù)2號蘋果受到的浮力求出蘋果的體積，算出大約需要多少沙子能使3號塑料蘋果懸浮，在填充過程中可以用廚房秤進行精確測量.裝好之后為了防止蘋果殼漏水，可用防水膠帶將其纏繞，一些不密封的地方用熱熔膠密封即可.

2 深度教學(xué)，促進學(xué)習(xí)生成

2.1 啟動思維：設(shè)計對照認(rèn)識浮力成因和方向

浮力的概念比較抽象，需要讓學(xué)生自己有一個切身的體會.先選取1號蘋果讓學(xué)生將其按入水底，仔細(xì)體會手的感覺，放手后觀察到蘋果上浮.經(jīng)過這一小環(huán)節(jié)學(xué)生能夠體驗到1號蘋果在水里應(yīng)該是受到一個向上的力.浮力屬于力的范疇，對于力的教學(xué)，我們依然從三要素入手.先分析其作用點，學(xué)生很容易得到受力物體就是1號蘋果，所以作用點就在1號蘋果上，教師順勢提問“為什么會產(chǎn)生一個向上的力”？

關(guān)于浮力產(chǎn)生的原因可以進行如下教學(xué)設(shè)計.將一個空心四面有開口的容器，在開口處固定橡皮膜，將該容器放入水中，觀察到橡皮膜發(fā)生形變，同時左右橡皮膜的形變程度相同，上下橡皮膜形變程度不同，如表1中圖2所示.根據(jù)液體壓強的知識可以知道：水對該物體具有壓力，由于左右橡皮膜在水中所處的深度相同，所以左右橡皮膜形變程度相同即所受壓力相同，由于物體下表面比上表面所在位置深，所以下面形變程度大，所以下表面受到的壓力大，據(jù)此現(xiàn)象得出浮力產(chǎn)生的原因是物體上下表面的壓力差.

關(guān)于浮力的方向，很多教師在教學(xué)時只是單純地對物體進行受力分析，例如，對1號蘋果進行受力分析，得到重力和浮力是一對平衡力，所以浮力的方向豎直向上.筆者建議在受力分析初步得到浮力的方向后應(yīng)設(shè)置對照實驗進行深度教學(xué).器材依然選取塑料蘋果殼，將空塑料蘋果底部用熱熔膠固定一段長度適當(dāng)?shù)募?xì)線，細(xì)線的另一端固定在塑料容器底部，做兩個器材以便對照.如表1中圖3所示先在第一個容器中加水，觀察到蘋果會浮起來，而且細(xì)線被拉到豎直方向，引導(dǎo)學(xué)生對蘋果進行受力分析，蘋果受重力、拉力、浮力保持平衡，因為重力和拉力的方向豎直向下，所以浮力方向應(yīng)豎直向上.“那是不是在所有情況下浮力的方向都是豎直向上的”呢？引導(dǎo)學(xué)生進行更深度的分析.將第二個塑料容器底部的一側(cè)放一小木塊，使容器傾斜，重復(fù)剛才操作，蘋果也上浮且繩子依然是豎直，進而得到浮力的方向的確是豎直向上，見表1.此時，可以拿出事先準(zhǔn)備好的氦氣球?qū)W(xué)生進行獎勵，獎勵時故意讓氣球飛走，不僅能夠吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營造輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍，還能讓學(xué)生知曉氣體也可以對浸在它里面的物體施加浮力，進而讓學(xué)生得到完整的浮力概念.

2.2 活躍思維：經(jīng)歷過程，科學(xué)探究浮力大小影響因素

初中需要掌握的計算浮力的方法有平衡法、稱重法和阿基米德原理.在進行以上教學(xué)后，根據(jù)剛才的受力分析，提出問題“如何求出1號蘋果漂浮時受到的浮力”.學(xué)生自然而然想到此時G=F浮，因此得到計算浮力的第一種方法平衡法.讓學(xué)生進行實驗，記錄數(shù)據(jù).

提供同樣外形的2號蘋果，讓學(xué)生將其放入水中，觀察此時蘋果所處的狀態(tài)與剛才有什么不同，引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，提問：“下沉的物體是否受到浮力？你有什么辦法驗證？”設(shè)置這個問題是為了引導(dǎo)學(xué)生利用受力分析提出稱重法測浮力.學(xué)生進行實驗測量出2號蘋果完全浸沒時受到的浮力.對比實驗1、2引導(dǎo)學(xué)生猜想浮力大小的影響因素，學(xué)生提出影響因素有排開液體的體積和液體的密度.

問題1：浮力的影響因素有2個，所以本實驗采用什么實驗方法？

問題2：探究浮力是否和ρ液有關(guān)時，如何控制V排相同？研究浮力是否和V排有關(guān)時，如何控制ρ液相同？

問題3：本實驗用什么方法測出每一次所受到的浮力大??？

引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計表3，進行實驗.

2.3 培養(yǎng)思維：巧設(shè)問題，理解阿基米德原理

根據(jù)以上實驗得到浮力的影響因素是ρ液和V排，很多教師會直接給出阿基米德原理，但是這種授人以魚的方式不利于學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng).或者還有一部分教師先給出阿基米德原理后再利用溢水杯裝置分別測出G排和F浮對其進行驗證.然而在實際的教學(xué)中會出現(xiàn)：溢水杯實驗存在的誤差較大、器材短缺、學(xué)生實驗“臟亂差”等現(xiàn)象，所以筆者認(rèn)為選取塑料袋裝水來驗證阿基米德原理優(yōu)于溢水杯實驗.在普通的保鮮袋中裝入適量有顏色的水，便于學(xué)生觀察袋中水面與燒杯中水面關(guān)系，如圖6所示.測水袋實驗簡單易操作，但是要切實解決問題就必須要教師精心設(shè)計問題鏈，逐步引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)阿基米德原理.

問題1：塑料袋在浸入水中的過程中彈簧測力計的示數(shù)如何變化？

問題2：浸入水中的過程水袋所受浮力的影響因素是？

問題3：袋中水逐步浸沒在水中時，對水袋進行受力分析，寫出幾個力的關(guān)系式.

問題4：測力計示數(shù)最終會變?yōu)槎嗌伲?/p>

問題5：根據(jù)關(guān)系式，測力計示數(shù)為0，說明F浮與G袋是什么關(guān)系？

問題6：測力計示數(shù)為0時，袋中水面與容器中水面有什么關(guān)系？

問題7：袋中水與容器中水面相平時，G袋與G排是什么關(guān)系？

問題8：結(jié)合問題2、3，F(xiàn)浮與G排的關(guān)系？

問題1、2是讓學(xué)生再次體驗浮力的影響因素是V排，起到呈上啟下的作用.問題3-5是為了得到F浮=G排;問題6、7是引導(dǎo)學(xué)生得到袋中水與容器中水面相平時V排=V袋水，又因為ρ排=ρ袋水，所以m排=m袋水，進而推導(dǎo)出G排=G袋水;結(jié)合F浮=G袋水=G排，從而得到F浮=G排.利用簡單的水袋實驗，可以讓每個學(xué)生都參與探究過程，提高學(xué)習(xí)的積極性.結(jié)合精心設(shè)計的問題鏈，逐步引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)阿基米德原理，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維.

實際上學(xué)生有一個錯誤的前概念認(rèn)為浮力與深度有關(guān)，因為根據(jù)生活經(jīng)驗他們認(rèn)為游泳時越往水中走，深度變深時浮力變大.在用水袋實驗驗證完阿基米德原理后，

教師可以引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出F浮=G排=m排g=ρ液V排g，所以浮力的影響因素的確是ρ液和V排，在浸沒之前浮力隨深度改變實際上也是因為他的V排在改變.可以將一個空塑料瓶慢慢壓入水中，引導(dǎo)學(xué)生體驗在逐步壓入塑料瓶的過程中手受到的向上的力在逐漸變大，同時注意觀察隨著塑料瓶壓入，容器中的液面在逐漸上升，如圖7所示.

2.4 拓展思維：妙用器材，比較浮力大小

比較浮力的大小是中考中經(jīng)常出現(xiàn)的考點，筆者巧妙地利用三個蘋果設(shè)計好情境和順序，對學(xué)生進行引導(dǎo)，整理歸納出解題的一般模型，幫助學(xué)生降低難度，提高知識的整合性，提高復(fù)習(xí)效率.

類型一：比較同種液體中的不同物體所受浮力大小.先將三個蘋果都放入清水中比較它們受到的浮力.引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)阿基米德原理分析ρ液一定時，V排越大，F(xiàn)浮越大，比較此時三個蘋果受到浮力的大小關(guān)系F浮2=F浮3>F浮1.類型二：比較同一物體在不同液體中的浮力大小.將三個蘋果依次從清水中拿到鹽水中，比較每個蘋果在不同液體中受到的浮力.依然先引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)剛才的思路去分析ρ液和V排，發(fā)現(xiàn)此時ρ水<ρ鹽水，但是V排水>V排鹽水，若依然利用阿基米德原理無法得到浮力大小關(guān)系.激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，教師此時應(yīng)該給予學(xué)生足夠的時間思考和討論，讓學(xué)生自行建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生思維.經(jīng)過討論和思考學(xué)生可以得到1號漂浮蘋果在水中和鹽水中都是漂浮的，所以F浮=G，G不變所以浮力不變，因此F水=F鹽水.同理也可以得到3號懸浮蘋果也是利用這個解題模型.2號沉底蘋果，從清水到鹽水中，根據(jù)阿基米德原理分析V排一定時，ρ液越大，F(xiàn)浮越大.經(jīng)過以上四個情境總結(jié)比較浮力大小的解題模型：先根據(jù)阿基米德原理分析ρ液和V排，若無法比較，再考慮根據(jù)浮沉狀態(tài)分析.

2.5 遷移思維：遷移應(yīng)用，改變物體浮與沉

給學(xué)生提供鹽水、塑料袋等器材，讓學(xué)生分組合作討論并實驗改變蘋果的浮與沉.經(jīng)過討論得到可以通過在1號蘋果中再加一些金屬塊增加其重力使其從漂浮狀態(tài)變?yōu)槌恋谞顟B(tài);可以將3號蘋果從水中拿到鹽水中通過增大ρ液來增大浮力，使他從懸浮變?yōu)槠?將2號蘋果裝進塑料袋里，在袋中吹氣并扎緊塑料袋，通過增大V排來增大浮力，使其從沉底變?yōu)閼腋?至此為學(xué)生整合改變物體浮沉的方法，并總結(jié)該方法在生活中對應(yīng)的應(yīng)用，物理學(xué)習(xí)要來源于生活并最終回歸生活.以此來提高學(xué)生思維的廣度，使學(xué)生零散的知識碎片得到系統(tǒng)化的整合，增加思維的邏輯性（如圖14所示）.

總結(jié)過程中發(fā)現(xiàn)通過改變ρ液來改變浮力的例子比較少，此時教師可以拿出事先準(zhǔn)備好的伽利略彩球溫度計，為學(xué)生介紹該裝置的原理和特點：外界溫度改變時，容器中液體密度發(fā)生改變，從而改變帶有標(biāo)志牌的玻璃球的浮沉狀態(tài);該裝置是通過讀取懸浮在最上面的最下端那一個玻璃球的標(biāo)志牌來實現(xiàn)溫度測量.教學(xué)中不僅要注重對學(xué)生思維的啟動和發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生思維時還要注重對思維深度和廣度的培養(yǎng)，伽利略溫度計的引入可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生用物理知識解決實際問題的能力，促進思維深度的提升.

3 深度反思，提高思維品質(zhì)

布萊克（Black P）說：“學(xué)生學(xué)習(xí)的重要收獲來源于關(guān)于他們學(xué)習(xí)的反饋，尤其是能引導(dǎo)學(xué)生不斷努力的具體反思，會強烈地促進學(xué)生學(xué)習(xí).”深度反思無論是對教師提高自身教學(xué)水平，還是學(xué)生提高自己思維品質(zhì)都具有非凡的意義.教師也要不斷自我反思教學(xué)方法、教學(xué)策略等.例如本堂課，在探究浮力產(chǎn)生原因時，實驗器材的組裝比較有難度，實驗現(xiàn)象學(xué)生觀察得不是特別明顯，所以在后續(xù)教學(xué)中應(yīng)該思考如何進行改進.同時教師要引導(dǎo)學(xué)生進行深度反思，反思自己的學(xué)習(xí)狀況、學(xué)習(xí)方法等，如有不當(dāng)之處，教師應(yīng)及時幫助學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)策略，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提高自身思維品質(zhì).

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（收稿日期：2021-04-28）