李才義

威寧彝族回族苗族自治縣麻乍第二中學 （貴州省畢節(jié)市 553105）

1 引言

在現(xiàn)實生活中，初中生相較于高中階段的學生，科學思維能力比較薄弱，因此在物理學習過程中，面對清晰直觀的實驗現(xiàn)象時，要轉而過渡到抽象的思維理論分析，具有一定的難度。因此，在初中物理的教學過程中，教師注重培養(yǎng)學生的科學思維以幫助其進行深度的學習，促進全面發(fā)展至關重要。本文從人教版初中物理“物體的浮沉條件及應用”入手，分析教學實踐，探討教學過程中如何培養(yǎng)學生的科學思維。

2 初步判斷分析，關聯(lián)“物體浮沉變化”與“力和運動關系”

在教學時，若教師給學生展示“物體浮沉變化”現(xiàn)象時，會發(fā)現(xiàn)學生在觀察過程中很難將該現(xiàn)象與以前學習過的“力和運動的關系”、“二力平衡條件”等物理規(guī)律聯(lián)系起來。這時，教師應從學生的日常生活體驗著手，引導學生運用學過的相關知識來分析物體在空氣中運動時的狀態(tài)變化，進而分析判斷物體在水中的運動狀態(tài)。這使學生有了一個從感知到判斷，再到分析的正向遷移思維過程，在構建“物體浮沉與變化”與“力和運動的關系”的邏輯聯(lián)系的過程中，使受力分析的思維方式得到鞏固。

比如教師首先可以運用下面的圖片想學生提問：

提問1：如圖1，該靜止在水平桌面上的物體將如何運動？

圖1

提問2：物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變的原因是什么？

接著教師可以為學生演示以下現(xiàn)象：1.氣球在空氣中上?。?.雞蛋在水中下沉；3.乒乓球在水中上浮。然后向學生提問：

提問3：以上物體在運動過程中的受力情況是怎樣的，請分析并畫出受力示意圖。

提問4：根據(jù)力和運動的關系，分析判斷F浮與G物之間的大小關系。

提問5：說說物體都有哪幾種浮沉狀態(tài)？其中平衡狀態(tài)有哪些？非平衡狀態(tài)有哪些？

提問6：分析“物體浮沉變化”與“力和運動關系”之間的邏輯關系是怎樣的？

從這個教學過程來看，教師在教學中從學生學習過的概念入手來導入新課，通過創(chuàng)設情境讓學生從從熟悉的舊知識過渡到新知識，并設計層層問題一步步引導學生從物理的表象中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的實質，思維有了層層遞進，從現(xiàn)象中抽象、概括出關于上浮、漂浮、平衡狀態(tài)、非平衡狀態(tài)、下沉、沉底等概念的實質，從而反映出物理運動中浮沉狀態(tài)的本質，如圖2所示：

圖2

3 模型的構建，通過力的示意圖概括、抽象出物體的浮沉條件

模型是對真實事物的表征，作為科學發(fā)展的一個重要元素，是科技人員不斷進行創(chuàng)造和探索的基礎。物理建模過程是充分運用物理語言和研究方法，通過對物理問題進行抽象、假設、推理來刻畫物理量之間的關系，形成物理模型[1]。構建模型是學習物理過程中所必須具備的一個環(huán)節(jié)，教師在教學中要讓學生明白這一點，同時還要引導學生借助實驗器材，親自動手，經歷建模的過程，增加學生的體驗感。在學習“物體的浮沉條件及應用”時，物體的浮沉狀態(tài)就是一種物理模型。上一輪教學環(huán)節(jié)中，學生經過學習已經對物體的浮沉狀態(tài)的知識有了直接性的體驗和經驗，了解到了物體所受重力和浮力的大小關聯(lián)著物體浮沉狀態(tài)，物體浮沉狀態(tài)的變化，其本質就是在于物體運動狀態(tài)變化的原因。教師在引導學生構建模型時，可先讓學生充分發(fā)揮科學的洞察力和想象力，自主分析該浮沉裝置，通過初步判斷，抽象出液體、容器、浮沉物的模型，接著幫助學生去分析浮沉的物體在浮沉狀態(tài)中的受力情況并畫出受力示意圖，這樣就把復雜的物體或經歷現(xiàn)象完整地簡化了，在其中抽象出了這一物體或現(xiàn)象中最主要的元素，一個正確簡單的物理模型就被構建出來了。比如以下通過以下教學片段引導學生構建出物體浮沉條件的物理模型：

首先教師利用教學資源將一些物體如雞蛋、塑料瓶、薄金屬片、土豆等浸沒在水中，松開手之后讓學生觀察它們的浮沉狀態(tài)的變化過程，然后進行提問：

提問1：物體浮沉狀態(tài)的變化是怎樣的？請描述出來，并用力的示意圖描述出各個物體浮沉狀態(tài)變化過程中的受力情況，初步構建物理模型。

提問2：請從力和運動的關系的角度出發(fā)，歸納分析出物體的浮沉條件。

提問3：請從平衡狀態(tài)與非平衡狀態(tài)的角度出發(fā)，歸納分析出物體浮沉狀態(tài)的物理模型之間有什么邏輯關聯(lián)。

由于八年級的學生正處于直覺形象思維到抽象推理概括的過渡階段，因此在學習過程中建立模型的能力、勾畫示意圖的能力以及歸納分析物理模型的能力比較欠缺，所以教師在教學中要有針對性地啟發(fā)學生回想與物體浮沉狀態(tài)有關的知識和經驗，通過鋪墊來讓學生更好地建立相關物理模型。同時也要引導學生充分利用科學的想象力，分析比較，更加有效地建立物理模型。其思維過程如圖3 所示：

圖3

4 數(shù)理推導，推理分析出浮力與密度之間的物理關系

在學生構建出物體浮沉條件的物理模型的基礎上，教師可繼續(xù)引導學生進行深度思考，啟發(fā)學生不斷加深對知識的理解和想象，首先引導學生通過觀察物理表象判斷懸浮和漂浮之間的區(qū)別和聯(lián)系；接著讓學生根據(jù)現(xiàn)有的現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，推導出物體浮沉條件中ρ物與ρ液的關系；最后啟發(fā)學生的數(shù)理思維，繼續(xù)進行公式推導，從剛才的ρ物與ρ液的關系的角度概括出物體的浮沉條件。比如以下教學過程：

教師將一只雞蛋置于鹽水中，逐漸往杯中加入清水，這時雞蛋由漂浮狀態(tài)逐漸變?yōu)閼腋顟B(tài)。

提問1：通過剛才的觀察，請說出漂浮和懸浮之間的區(qū)別和聯(lián)系。

將雞蛋、塑料瓶、薄金屬片、土豆、清水、鹽水等物體的密度表展示出來。

提問2：觀察密度表，結合已觀察到的浮沉現(xiàn)象，說出物體的浮沉條件還與什么因素有關。

提問3：假設物體均為實心體，請結合學過的阿基米德原理、力和運動的關系原理等有關知識論證你的猜想。

往鹽水中加清水后，雞蛋由漂浮變?yōu)閼腋。l(fā)學生猜想物體的浮沉狀態(tài)變化可能與液體的密度有關；接著在對物體和液體的密度表以及浮沉現(xiàn)象的比較中，啟發(fā)學生進一步提出質疑，并猜想物體的浮沉條件不僅可以從物體和液體的密度角度思考，還可以從G物與F浮之間的大小的角度進行思考，使學生的科學思維進一步過渡到對復雜的事實數(shù)據(jù)的邏輯推理。這個過程引導學生充分利用了已有的認知，對漂浮和懸浮這一對易混淆概念做出了辨析，不僅鞏固了原有知識，還運用了原有知識去進行數(shù)理推導，比較物體在不同浮沉狀態(tài)下該物體和液體之間密度的大小，從而從多個角度去判斷物體的浮沉條件。其思維過程如圖4 所示：

圖4

5 遷移聯(lián)想，構筑實驗原理模型與實際應用之間的關聯(lián)

高階思維的標志特征是遷移應用，評價創(chuàng)造、抽象概括，能對所探究的問題進行方案的設計與表達，選擇合適的器材，制定嚴謹?shù)牟襟E，逐步運用系統(tǒng)思維去認識和解決問題[2]。在這一階段，教師可在教學環(huán)節(jié)中幫助學生將學生已有的碎片化的知識信息加以整理，構建完整的知識體系，同時引導學生突破常規(guī)的思維，不斷進行聯(lián)想、猜測、推理，將實驗探究活動與STS 實際應用聯(lián)系起來，進一步訓練學生的發(fā)散性思維和科學思維。

在這一教學片段中，教師可將外形相同的雞蛋在鹽水中分別保持漂浮、懸浮、沉底狀態(tài)，如圖5 所示：

圖5

提問1：請猜想，雞蛋在同樣的液體中，為什么會呈現(xiàn)出漂浮、懸浮、沉底三種不同的狀態(tài)？

組織學生自主活動：利用不同的物體和器材改變物體的浮沉狀態(tài)。

學生交流討論：歸納出改變物體浮沉狀態(tài)的方法并進行評價。

遷移聯(lián)想：找出實際應用的實驗原理模型。

帶領學生了解關于密度計、輪船、潛水艇是浮力的應用。

教師展示：同一個雞蛋在鹽水中為漂浮狀態(tài)，在清水中為懸浮狀態(tài)；外形相同的三個雞蛋在同一杯鹽水中分別為漂浮、懸浮、沉底狀態(tài)；將金屬片折成船行后漂浮在水面。

提問2：在分析對比，聯(lián)想遷移之后，說出浮力應用的實際例子與實驗原理模型中的哪一個相對應？

這一環(huán)節(jié)通過不同的學生活動，引導學生思考影響物體浮沉狀態(tài)的因素是G物與F浮，并且二者的改變可導致物體浮沉狀態(tài)的改變。根據(jù)公式F浮=ρ液gV排，可通過改變ρ液和V排兩種途徑來改變物體的浮力。在帶領學生實驗和觀察的時候，教師要引導學生突破固有的思維定式，啟發(fā)學生科學地運用聯(lián)想、猜測、想象等將實驗現(xiàn)象和物理規(guī)律聯(lián)系起來，結合它們之間的本質規(guī)律所體現(xiàn)出來的相關特性、因果邏輯關系，構筑實驗原理模型與實際應用之間的關聯(lián)，幫助學生加深對抽象規(guī)律、概念的理解，搭建起實際應用與實驗原理模型的階梯，促進思維的創(chuàng)造性、開放性、發(fā)散性發(fā)展。思維過程如圖6 所示：

圖6

6 結論

一堂好課不是看教師教得多么精彩，而是看學生是否以主人的身份全程參與課堂，是否學得主動、快樂、有效，這些都能從學課堂各環(huán)節(jié)、各要素、各細節(jié)的表象中反映出來[3]。素質教育理念提出以來，要求在課程教學中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，具備創(chuàng)新精神和時代的位置才能適應當下社會的發(fā)展需要[4]。在人教版“物體的浮沉條件及應用”的教學設計中，教師要注意從科學思維的角度出發(fā)，不斷引導學生進行思考、猜測、質疑和創(chuàng)新，在需學生思維訓練當中，要善于發(fā)現(xiàn)其中存在的思維障礙并提煉出來作為教學素材。同時教師也可以讓學生運用常規(guī)的思維方法如歸納、抽象、概括、分析、推理、綜合、論證等，將科學思維貫穿其中，讓學生在傳統(tǒng)中發(fā)展出科學思維，培養(yǎng)學生的綜合能力，促進學生全面發(fā)展。