黃躍峰

【摘 要】 本文以“水的浮力”教學為例，借助微實驗，結合教學進階理論從“教材—學生—教師”出發(fā)，圍繞“學什么、怎么學、學到什么程度、怎么教、怎么測”5個環(huán)節(jié)進行教學設計。教師通過提供素材、提出問題，讓學生設計或參與微實驗，得出結論。

【關鍵詞】水的浮力 微實驗 科學教學 教學進階

現代教育學家波利亞指出，學習任何知識的最佳途徑都是自己發(fā)現、探索、研究，因為這種發(fā)現最深刻，也最容易把握內在規(guī)律、性質和聯(lián)系。在教學中，如何讓學生自己去發(fā)現、探索、研究，最基本的方法就是實驗。教師在教學中通過選擇取材廣泛、步驟簡潔、時間短、綠色環(huán)保、學生主體體驗性強的微實驗，讓學生獲得認知發(fā)展。筆者以“水的浮力”教學為例進行說明。

一、學什么—教材分析

“水的浮力”是《科學》八年級上冊第一章第三節(jié)“水”主題下的綜合單元。從知識基礎看，在前期的課程中，學生學習了地球上的水和水的組成，了解了地球上水體的分布、水的循環(huán)，“水的浮力”是從另外一個視角來研究浮力問題，在教學內容上起到承上啟下的作用。在本節(jié)課的教學中，教師從微實驗入手，引導學生進行探究。這樣的設計符合學生的認知規(guī)律，可以讓學生實現從感性到理性、從形象到抽象、從實踐到理論的進階。

二、怎么學—學情分析及學法指導

1. 學生的認知特點

“浮”是學生熟悉的科學現象。對于為什么能“浮”及什么情況下有“浮力”，初中生受生活經驗負遷移和認識片面性的影響，對浮力知識的了解還停留在表面，常常會認為下沉的物體沒有受到浮力。因為存在認知沖突，學生有掌握浮力深層知識的渴望。

2. 學生的思維特點

初中生有強烈的求知欲和探索欲，思維結構上的創(chuàng)造性和批判性日益明顯，思維方式由形象思維向抽象思維過渡，表現為對新學習的科學事實有很強的學習愿望，思維的主動性、創(chuàng)造性、片面性、表面性并存，這是互動的思維基礎。在概念建構方面，教師需要借助實驗等提供形象思維基礎，進而發(fā)展運用原理解決問題的具象思維與抽象思維。

3. 學生的身心特點

好動與熱情是初中生科學知識學習的性格起點。學生對“浮”這種現象本身，有直覺的操作興趣；對“力”背后的因果關系，有抽象的認識興趣。這可以引導學生把對科學現象的表層興趣轉化為對原理探究的持續(xù)興趣。

結合學生的認知、思維、身心特點，教師確定“自主、合作、探究”的學法指導，讓學生經歷“問題—實驗—結論—應用”的過程。

三、學到什么程度—教學目標的確定

筆者分以下幾個方面進行教學目標的確定。科學觀念：感受浮力的存在，用測力計測出浮力的大小，知道影響浮力大小的因素，了解阿基米德原理；科學思維：能通過分析與綜合、歸納與演繹、實驗與探究等基本思維方法，歸納浮力大小跟哪些因素有關，并概括出阿基米德原理，讓學生具有初步的思維創(chuàng)新能力；探究實踐：掌握觀察、實驗、測量、推理、解釋等基本科學方法，形成科學探究的意識，具有初步的科學探究能力、技術與工程實踐能力、自主學習能力；態(tài)度責任：通過微實驗的設計與使用，培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹的科學探究態(tài)度和保護環(huán)境、節(jié)約資源、可持續(xù)發(fā)展的責任感。

四、怎么教—教學流程

1. 創(chuàng)設情境，激趣引入—用“太空第一課中的浮力消失”引課

2021年12月9日，太空第一課的“天宮課堂”上，王亞平將乒乓球放在盛有水的杯子中，用小棒把乒乓球壓入水中任意深度，發(fā)現乒乓球“停留在水中，不再上浮”“浮力消失了”，請做出合理的解釋。在失重環(huán)境下，水沒有重力，也就沒有對乒乓球產生上下壓力差（壓強差）。浮力的本質是上下壓力差，上下壓力差消失，浮力也就消失了。

教師引導學生看完“太空第一課”的視頻后，和學生一起在教室里重復這個實驗。

微實驗1：先用乒乓球重復實驗—模擬太空實驗，但乒乓球始終不會停留在任意深度，產生認知沖突。

微實驗2：用空礦泉水瓶做實驗。每位學生都積極參與，產生普遍認知，體驗浮力的存在，而且該實驗取材方便，每位學生都可以參與。

微實驗3：教師補充一個實驗，即展示一個乒乓球，拍兩下，請學生思考這個乒乓球能浮嗎？學生異口同聲回答：“能浮?！卑阉湃爰羧テ康椎牡怪玫V泉水瓶中，瓶蓋打開，結果乒乓球并沒有浮起來。堵住瓶口，過一會兒乒乓球又浮起來了，引發(fā)學生的思考 。

此時學生的興趣既有源于太空的，也有源于模擬參與的，能激發(fā)學生的深度思考，充分暴露出學生的前概念、迷失慨念。

2. 實驗探究，獲取新知—如何研究浮力的大小、方向

上述實驗中用到了浮力的知識，教師請學生舉出生活中浮力的例子。那么浮力的方向是怎樣的呢？

（1）感知浮力方向的微實驗

微實驗4：乒乓球用一段細線固定在容器底部，注入水后和細線一起浮在水中。容器邊上固定一重錘，直觀地展示重力的方向。由于乒乒球的浮力對細線產生拉力，拉力的方向就是細繩子的方向—豎直向上。什么是豎直向上呢？旁邊放著一個重錘，兩者進行直觀對比。教師慢慢傾斜小燒杯，讓學生觀察浮力的方向與杯底的關系，不再垂直，但仍和水（平）面垂直，再次和重錘進行對比。

利用微實驗直觀展示浮力的方向是豎直向上，豎直向上與垂直向上很容易混淆，再次利用同一套裝置，直觀地展示豎直是各水平面垂直，而垂直向上是和支撐面的關系。利用類比，展示兩者的共同點和不同點，加深了理解，學生的思維得到進階。

（2）測量浮力大小的微實驗

教師將乒乓球改成彈簧測力計即可，分別測出小石塊在空氣中的重力和小石塊在水中的讀數。兩者示數的差值就是小石塊在水中受到的浮力。從力的三要素（方向、大小、作用點）來看承接非常順暢，有利于學生延續(xù)探究的熱情。在微實驗4的基礎上，只變動了一樣小東西，做好了情景、器材、思維的鋪墊，降低了難度。利用兩次實驗數據分析，得出測量浮力大小的一類方法，針對問題情境，設計實驗得出了可解釋的數據。教師追問：這類方法是否適用所有物體？學生回答：僅適合下沉的物體。教師追問：我們是否就能夠據此得出物體在液體中有浮力呢？我們應該多取幾種液體，用酒精、煤油等其他幾種液體重做實驗，得出普遍規(guī)律，加深理解，而且在氣體中，物體也受到了浮力，也就是說物體浸在流體都受到了浮力。實驗探究是指學生經歷與科學家相似的探究過程，是科學的本質特征，讓學生在思考、經歷中學習與體驗。

3. 分析歸納，獲得結論—研究浮力大小的影響因素

教師從微實驗中提出問題：請分析一下影響浮力大小的因素有哪些？小石塊浸入水中體積增大，彈簧測力計的示數變小，是否與浸入的深度有關？完全浸入后彈簧測力計示數不變，分析歸納出浮力的大小與浸入的深度無關，與排開液體的體積有關。小石塊浸入水中和浸入酒精中示數不同，分析歸納出浮力的大小與排開液體的密度有關。引導學生進一步思考，浮力的大小與排開液體的什么科學量有關。可能的猜想是體積、質量、重力。我們知道浮力是力學科學量，應該與重力的單位是一致的，據此排除體積與質量，那么就應該是重力。事實是否如此？我們分別測量一下浮力與排開液體重力的大小。設計探究阿基米德實驗。

4. 學以致用，鞏固提升—用浮力知識解釋生活中的簡單現象

科學源于生活，用于生活。教師利用生活化的事例，拉近了學生間的距離，體現學科學、用科學的理念，也滲透了STEM理念。教科書中抗洪搶險中的竹筏就是一個生活化的例子，激發(fā)學生興趣，產生解決問題的動力。

教師最后設問：回應太空第一課中的浮力現象，乒乓球為什么沒有浮起來？浮力是如何產生的？我們下一課時再來學習。前后呼應，也為后面課時內容的學習埋下了伏筆。

五、怎么測—作業(yè)布置

作業(yè)布置是為了檢測學得怎么樣。如何檢測呢？筆者認為應該設計更多的實踐性、綜合性作業(yè)。本節(jié)課后布置學生安排制作浮力稱，然后思考如何讓浮力稱量更廣，測量精度更大。這樣設計既是對阿基米德原理的運用，也為后續(xù)浮沉條件的學習奠定了基礎。

參考文獻

[1] 姚建欣，郭玉英.為學生認知發(fā)展建模：學習進階十年研究回顧及展望[J].教育學報，2014，10（5）：35-42.

[2] 林絢鈺.基于學習進階的初中物理概念建構策略研究[J].中學物理教學參考，2019，48（14）：6-8.

（作者單位：浙江省金華市義烏市稠江中學）

責任編輯：李莎