汪金花

(江蘇省運河中學,江蘇 徐州 221300)

物理課程旨在促進學生核心素養(yǎng)的養(yǎng)成與發(fā)展，[1]即通過物理課程學習，學生逐步形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，物理學科核心素養(yǎng)主要包括物理觀念、科學思維、科學探究以及科學態(tài)度與責任四個方面。如何在教學中將先進的課程理念轉變?yōu)榍袑嵉慕逃虒W行為，將美好的課程目標轉化為支撐學生終身發(fā)展的核心素養(yǎng)？郭華教授認為：“深度學習是核心素養(yǎng)培育與發(fā)展的基本途徑，是我國課程教學改革走向深入的必需?！盵2]

深度學習是指在教師的引領下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發(fā)展的有意義的學習過程。在此過程中，學生掌握學科的核心知識，把握科學本質及思想方法，形成積極的內在學習動機、高級的社會性情感、積極的態(tài)度、正確的價值觀；成為既具獨立性、批判性、創(chuàng)造性又有合作精神、基礎扎實的優(yōu)秀學習者，成為未來社會歷史實踐的主人。[2]深度學習具有以下五個特征：聯(lián)想與結構、活動與體驗、本質與變式、遷移與應用、價值與評價，它們是彼此關聯(lián)、內在一致的。[3]

筆者以蘇科版物理教材八年級下冊中“浮力”的教學為例，基于物理課程理念，有機融合深度學習的五個特征與物理學科核心素養(yǎng)的四個方面，促進學生的深度學習，培育學生的核心素養(yǎng)，圖1是本節(jié)教學的融合結構與流程。

圖1

1 講述中國故事，感受古人智慧，厚植文化認同

設計思路：讓學生感受中國古人的聰明才智，體會我國古代科技對人類文明發(fā)展的重大貢獻，增強民族自信心，體現(xiàn)了教育部頒發(fā)的《中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化進中小學課程教材指南》的要求。

利用傳統(tǒng)文化創(chuàng)設情境：元朝胡炳文在《純正蒙求》中寫道：“宋文潞公彥博，子寬夫，幼時與群兒擊球，入柱穴中，不能取，公以水灌之，球浮出?！敝袊]政為慶祝國際兒童節(jié)、弘揚中華民族的優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，以“文彥博灌水浮球”為主題，于2010年發(fā)行了特種郵票(圖2)。

圖2

師：球入樹洞，拿不出來，文彥博“以水灌之，球浮出”，借助了什么神秘力量？你能否利用桌上的器材，通過實驗模擬該現(xiàn)象？

學生回答：借助了浮力。他們選用器材模擬演示上述現(xiàn)象。

師：生活中還有哪些類似的現(xiàn)象或者事例能夠說明浮力的存在？

學生列舉了水上竹筏、救生圈、漂流瓶等事例。

師：只有液體能對浸在其中的物體產生浮力的作用嗎？試舉例說明。

學生又列舉了熱氣球、孔明燈、飛艇等事例。

師：可見液體或氣體都能對浸在其中的物體產生浮力的作用。

設計意圖：以“文彥博灌水浮球”的故事引入課題，以圖文并茂的形式，啟發(fā)學生的思維，引發(fā)學生的“聯(lián)想”，讓物理知識與生活相關聯(lián)，在個體經驗的基礎上建構科學概念，再由科學概念統(tǒng)領生活事例，活化概念。在弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化的同時，打破學科壁壘，讓學生學會從物理學視角審視古文獻敘述中蘊含的科學原理。同時借助多媒體技術，展示精美的郵票或者與浮力相關事例圖片，在潛移默化中給予學生以美的熏陶，讓學生能夠感受美、欣賞美，進而發(fā)現(xiàn)美、描述美、創(chuàng)造美。

2 聯(lián)系已有經驗，突出問題解決，促進知識融通

設計思路：關注學習生長點，突出問題導向。在浮力所屬的“運動與相互作用”的主題教學中，引導學生把新知識跟已學的知識聯(lián)系起來以實現(xiàn)聯(lián)想，同時以融會貫通的方式對學習內容進行組織，建構知識結構。[4]

讓學生再次演示灌水浮球的模擬實驗。

師：你認為物體所受浮力的方向是怎樣的？

生：豎直向上。

師：聯(lián)系已經做過的實驗或者已經學過的知識，怎樣探究或分析浮力的方向？

學生遷移曾經做過的“判斷重力的方向”實驗所用方法，設計方案，探究浮力的方向(圖3)。應用學過的“二力平衡”等知識，分析浮力的方向(圖4)。

圖3

圖4

設計意圖：引導學生根據(jù)當前的學習活動，調動、激活以往的知識、經驗，組織學習內容，建構自己的知識結構。[4]通過問題驅動，啟發(fā)學生遷移已有經驗、知識和方法，從實驗探究與理論分析兩個角度，外顯先前的學習成果，自主探究浮力的方向，并以此豐富知識的意義，促進知識的融通，發(fā)展學生的能力。

師：乒乓球在水中一定會受到浮力的作用嗎？一定會漂浮在水面上嗎？

教師采用變式演示的方式，將去底的飲料瓶倒置，擰下瓶蓋，放入乒乓球，向其中注水，觀察乒乓球的沉底現(xiàn)象(圖5)。

圖5

圖6

師：此時，乒乓球在豎直方向受到哪些力的作用？乒乓球為什么會沉在水底？怎樣才能讓乒乓球浮起來？

學生一時難以回答。

教師取容積為100 mL的注射器，切掉注射口，拔出活塞，將圖5中的去底飲料瓶的瓶口插入注射器的針筒尾部，使兩者恰好貼合，再用熱熔膠沿四周焊接固定，保證兩者相聯(lián)通。用圖釘在針筒尾部靠近飲料瓶的瓶口處，扎上一到兩個小孔，用于排氣。將乒乓球放入倒置的飲料瓶中，向瓶內注滿經紅墨水染色以后的水，再用手堵住注射器下端的出水口，觀察紅色液體逐漸累積，液面緩慢上升，當液面上升至乒乓球下表面時，乒乓球立即浮起(圖6)。

師：你能總結出浮力產生的原因嗎？

引導學生基于實驗現(xiàn)象，運用已學的壓強相關知識，分析浮力產生的原因(圖7)，深化對浮力本質和浮力方向的認識，為阿基米德原理的學習埋下伏筆。

圖7

設計意圖：以變式實驗引發(fā)認知沖突，啟發(fā)學生思考，激發(fā)學習動機，再以圖8所示實驗揭示浮力產生的原因。最后以理論推理的方式，強化知識應用，發(fā)展科學思維，使實驗現(xiàn)象與科學本質在學生的心智中實現(xiàn)有機統(tǒng)一，促進新舊知識的聯(lián)結與融通。完成從實驗到理論，由感性體驗到理性思維，讓學生運用多種方式對知識進行深度加工，逐步實現(xiàn)思維進階，深化對知識的理解。

3 體驗科學探究，發(fā)展高階思維，培育核心素養(yǎng)

設計思路：注重科學探究，引導學生不斷探索，全身心投入有目的的活動，提高分析問題、解決問題的實踐本領和科學思維能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。

將乒乓球與實心銅塊同時浸入水中，松開雙手，觀察現(xiàn)象。

師：像實心銅塊這樣在水中下沉的物體是否受到浮力？你有哪些經驗能夠支持你的猜想？

讓學生用手依次在空氣和水中托舉一個質量較大的啞鈴，對比感受用力大小。

師：在兩次托舉中，你有什么不一樣的感受？誰在暗中幫助你往上托舉啞鈴？這說明什么問題？

給學生一杯水、一只彈簧測力計和250 mL的量筒(便于學生觀察物塊所處深度以及液面高度的變化)，要求他們設計實驗，判斷浸入水中的銅塊是否受到浮力的作用。

師：你觀察到了什么現(xiàn)象？這說明什么問題？你能對浸在水中的銅塊進行受力分析嗎？物體此時處于什么狀態(tài)？這三個力滿足什么關系？浮力的表達式應該怎樣寫？

學生設計、完成實驗，交流結論。

師：這種測量物體所受浮力的方法稱為稱重法，即：F浮=G-F拉。重復剛才的實驗，再仔細觀察，當我們把銅塊逐漸浸入水中時，你觀察到了哪些現(xiàn)象？測力計示數(shù)的變化說明誰在改變？量筒內的液面為什么會上升？你能聯(lián)想到之前的哪個測量實驗？由此，你認為物體所受浮力的大小可能與什么因素有關？再聯(lián)系先前所列舉的與浮力相關的事例，你認為浮力的大小還可能與什么因素有關？

基于猜想，學生進行分組實驗，合作探究，填寫表1。在有效突破“深度h與V排對浮力大小的影響”這個難點之后，再逐一探究液體的密度等其他因素對浮力大小的影響，在教學中顯化科學方法教育。尤其要注意的是：針對學生提出的“浮力還可能與物體的密度、物體的形狀有關”等猜想，教師不應該簡單地予以否定，可以借助同體積的銅塊與鋁塊、易改變整體形狀的磁力珠，利用DIS(數(shù)字化實驗系統(tǒng))的力傳感器，設計實驗，探究浮力與物體密度的關系(圖8)、與物體形狀的關系(圖9)，科學地加以論證說明，通過教師的身體力行、言傳身教，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力與嚴謹認真、實事求是的科學態(tài)度。

表1 探究浮力大小與深度以及排開液體體積的關系

圖8

圖9

完成實驗探究后，學生明確了浮力大小的影響因素，但他們仍然很難將物體所受浮力的大小與物體排開液體所受重力的大小關聯(lián)起來。因此，在常規(guī)教學中，教師直接給出阿基米德原理，往往生硬而突兀。對此，筆者引導學生從浮力產生的原因出發(fā)，利用壓強知識，將圖7中的浮力計算公式逐項展開：F浮=F向上-F向下=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液gV物。再結合V排與V物的關系，自然導出阿基米德原理的表達式。接著利用問題鏈引導學生設計實驗方案，并基于DIS搭建了如圖10所示的探究裝置，最終驗證了阿基米德原理。

圖10

問題1：怎樣測量浸在液體中的物體所受的浮力？

問題2：怎樣測量物體排開液體所受的重力？

問題3：怎樣使液面恰好達到溢水杯的杯口，以準確測量物體排開液體的體積？怎樣更合理地安排實驗步驟？

設計意圖：學生在親歷操作、思考、加工學習素材的過程中，真正成為學習的主體，自主完成知識建構，把握科學本質與思想方法，發(fā)展高階思維，實現(xiàn)自我成長。

4 關注科技前沿，滲透思政教育，喚醒使命擔當

設計思路：注重物理課程的時代性，加強與生產生活、社會發(fā)展及科技進步的聯(lián)系，凸顯我國科技成就，引導學生增強文化自信，樹立科技強國的遠大理想。幫助學生形成正確的價值觀，將課程思政教育具體化。

教師依次展示并介紹與浮力應用相關的國之重器(圖11)，引用毛主席的《水調歌頭·重上井岡山》中詩句：“可上九天攬月，可下五洋捉鱉。”回顧新中國成立初期，積貧積弱的中華大地滿目瘡痍，百廢待興，無法想象那時的中國是一幅怎樣的光景。隨著我國社會經濟的飛速發(fā)展，毛主席在詩詞中描繪的宏偉藍圖，在一代又一代中國人的不懈奮斗中正一一變成現(xiàn)實。

圖11

設計意圖：堅持正確價值導向，切實踐行“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念。領略偉人詩句，品鑒國之重器，觸摸科技前沿，滲透思政教育，加深學生對科學、技術、環(huán)境之間聯(lián)系的認識，感受物理學在增強國家安全、推動科技發(fā)展、促進社會進步、改善民生福祉等方面的作用，明確知識的發(fā)現(xiàn)與發(fā)展以及應用的價值取向，培養(yǎng)學生的家國情懷，增強他們的民族自豪感，激發(fā)其為實現(xiàn)中華民族偉大復興而不懈奮斗的責任感與使命感，使其成為有理想、有本領、有擔當?shù)臅r代新人，落實立德樹人根本任務。