［摘 要］“浮力”是初中物理教學(xué)中的難點(diǎn)，將學(xué)習(xí)進(jìn)階理論運(yùn)用到“浮力”教學(xué)中，圍繞核心概念和關(guān)鍵能力，幫助學(xué)生構(gòu)建合適的進(jìn)階路徑，有助于促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)、發(fā)展學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］學(xué)習(xí)進(jìn)階；浮力；初中物理；學(xué)科素養(yǎng)

［中圖分類號(hào)］? ? G633.7? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號(hào)］? ? 1674-6058（2023）23-0028-03

學(xué)習(xí)進(jìn)階描述的是在教學(xué)影響下的學(xué)生在某領(lǐng)域認(rèn)知發(fā)展的藍(lán)圖［1］。學(xué)習(xí)進(jìn)階刻畫(huà)的是學(xué)生思維發(fā)展的過(guò)程，包括知識(shí)內(nèi)容的進(jìn)階和關(guān)鍵能力的進(jìn)階。就初中學(xué)生而言，雖然他們?cè)趯W(xué)習(xí)“浮力”這部分內(nèi)容時(shí)已初步具備了物理學(xué)科的思維方法和能力，但總體仍以形象思維為主，需要教師在教學(xué)過(guò)程中根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)際情況設(shè)計(jì)符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律的學(xué)習(xí)路徑，以幫助學(xué)生加深理解、發(fā)展思維、提升能力。

一、分析學(xué)情，把握經(jīng)驗(yàn)起點(diǎn)

（一）經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)

與浮力有關(guān)的現(xiàn)象在生活中比較常見(jiàn)，所以學(xué)生對(duì)浮力的存在與影響因素有許多生活經(jīng)驗(yàn)。例如，乒乓球能漂浮在水面，石塊會(huì)沉入水底，在水中加鹽能使下沉的雞蛋上浮等。這些生活經(jīng)驗(yàn)雖會(huì)讓學(xué)生對(duì)浮力及其影響因素有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，但也讓學(xué)生對(duì)浮力有一些錯(cuò)誤的認(rèn)知，如重的物體在水中會(huì)下沉，輕的物體在水中會(huì)上浮，物體浸沒(méi)得越深受到的浮力越大等。

（二）知識(shí)基礎(chǔ)

學(xué)生已經(jīng)對(duì)力的基本概念有比較清晰的認(rèn)識(shí)，已學(xué)過(guò)彈力、重力和摩擦力，知道力的三要素，會(huì)用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量力的大小，能對(duì)物體進(jìn)行受力分析，會(huì)解決“二力平衡”問(wèn)題，知道力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，這些都是浮力概念建立的基礎(chǔ)。但隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生需要對(duì)“非平衡狀態(tài)的物體”和“受到多個(gè)力的物體”進(jìn)行受力分析，因此對(duì)學(xué)生的思維能力和綜合運(yùn)用能力提出了更高的要求。

二、研究教材，規(guī)劃進(jìn)階路徑

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對(duì)浮力內(nèi)容的要求是：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)浮力；探究并了解浮力大小與哪些因素有關(guān)；知道阿基米德原理，能運(yùn)用物體的浮沉條件說(shuō)明生產(chǎn)生活中的有關(guān)現(xiàn)象。蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)教材安排了與“浮力”相關(guān)的兩節(jié)內(nèi)容，分別是“浮力”（第十章第四節(jié)）和“物體的浮與沉”（第十章第五節(jié)）。雖然只有兩節(jié)內(nèi)容，但是教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)還是應(yīng)該依據(jù)“單元教學(xué)”設(shè)計(jì)理念，優(yōu)化學(xué)生物理核心素養(yǎng)養(yǎng)成的思維構(gòu)建路徑，促進(jìn)學(xué)生達(dá)成知識(shí)結(jié)構(gòu)化、素養(yǎng)內(nèi)稟化、能力外顯化的目的［2］。

基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的教學(xué)設(shè)計(jì)有兩大核心要素：進(jìn)階內(nèi)容和進(jìn)階層級(jí)。教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，明確進(jìn)階起點(diǎn)，再根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)后的預(yù)期表現(xiàn)和獲得的關(guān)鍵能力確立進(jìn)階終點(diǎn)。學(xué)生在進(jìn)階過(guò)程中容易產(chǎn)生一些錯(cuò)誤思維，需要教師設(shè)計(jì)出合理的學(xué)習(xí)路徑，幫助學(xué)生搭建“思維臺(tái)階”突破迷思，真正實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階［3］。“浮力”內(nèi)容新授課的進(jìn)階過(guò)程見(jiàn)表1，一般需要2～3個(gè)學(xué)時(shí)。

三、設(shè)計(jì)活動(dòng)，指向素養(yǎng)發(fā)展

（一）創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)情境，喚醒已有經(jīng)驗(yàn)

［教學(xué)片段1］

教師將一個(gè)密度略大于水的土豆放入水中后，土豆沉入水底。

師：有什么辦法讓沉在水底的土豆浮起來(lái)？

生：往水里加鹽。

師：（往水中加鹽并攪拌）土豆果然浮起來(lái)了，你們知道土豆為什么會(huì)浮起來(lái)嗎？

生：因?yàn)槭艿礁×Φ淖饔谩?/p>

師：浸在液體中的物體受到液體對(duì)它向上托的力，這個(gè)力叫浮力，那浸在氣體中的物體是否也受到浮力的作用呢？

生：應(yīng)該也受到，我們小時(shí)候買的氫氣球（實(shí)際充的是氦氣），如果沒(méi)抓牢會(huì)往天上飄。

師：浸在液體或氣體中的物體都會(huì)受到向上的浮力作用，那這個(gè)力的方向是豎直向上還是斜向上？有辦法驗(yàn)證你們的想法嗎？

生：土豆漂浮在水面保持靜止，此時(shí)浮力與重力是一對(duì)平衡力，因?yàn)橹亓Φ姆较蚴秦Q直向下的，所以浮力的方向應(yīng)該是豎直向上。

……

評(píng)析：小學(xué)科學(xué)課關(guān)于浮力的知識(shí)，雖然可以讓學(xué)生想到“往水里加鹽，使土豆上浮”的辦法，但學(xué)生對(duì)浮力的方向并不十分明確。教學(xué)中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“二力平衡”知識(shí)來(lái)判斷漂浮物體所受浮力的方向，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和運(yùn)用。此外，教師還可以提醒學(xué)生回憶“判斷重力方向”的方法，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出如圖1所示的實(shí)驗(yàn)。雖然“浮力概念的建立”和“浮力方向的判斷”不是本節(jié)課的重點(diǎn)，但在條件允許的情況下，適當(dāng)?shù)貙⒔虒W(xué)過(guò)程“復(fù)雜化”一些，有助于加深學(xué)生對(duì)概念的理解，也有助于發(fā)展學(xué)生的多元化思維。

（二）科學(xué)推理，建構(gòu)物理模型

［教學(xué)片段2］

教師將漂浮在鹽水中的土豆拿出，再次放入清水中。

師：在液體中上浮的物體受到浮力的作用，那下沉的物體是否也受到浮力的作用？

生：可能也受到浮力的作用，我和某同學(xué)一起去游泳，在水中感覺(jué)人變輕了。

師：這位同學(xué)說(shuō) “物體浸入水中會(huì)變輕”，你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證嗎？

生：用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出物體的重力，再將其浸入水中，觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)是否發(fā)生改變。

師：注意，選取的研究對(duì)象應(yīng)該是放在水中會(huì)下沉的物體。

……

評(píng)析：這部分教學(xué)及其主要目的，一是讓學(xué)生明確下沉的物體也受到浮力的作用，二是讓學(xué)生掌握“稱重法”測(cè)浮力?！胺Q重法”的本質(zhì)是“同一直線上的三力平衡”的受力分析模型。在學(xué)生看到“將物體浸入水中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)變小”后，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該物體進(jìn)行受力分析并思考，此時(shí)物體受到的拉力小于重力，但物體處于平衡狀態(tài)，依據(jù)“平衡力”的知識(shí)分析可知，該物體必然還受到一個(gè)向上的力，這個(gè)力就是浮力，大小等于重力與拉力之差，以此讓學(xué)生在觀察、分析、推理的過(guò)程中發(fā)展模型建構(gòu)和推理論證的能力。

（三）科學(xué)方法，關(guān)注思想內(nèi)核

探究影響浮力大小的因素是浮力教學(xué)的難點(diǎn)，而控制變量法的思想內(nèi)核是教學(xué)的重點(diǎn)。對(duì)于控制變量法，三個(gè)問(wèn)題非常重要：如何測(cè)量因變量？怎樣改變自變量？如何控制變量？在教學(xué)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)：受“影響液體壓強(qiáng)因素”實(shí)驗(yàn)的影響，總會(huì)有學(xué)生提出“浸入液體的深度越深，物體所受浮力越大”的猜想。針對(duì)這種猜想，一般的處理方式是：在物體完全浸沒(méi)后，增加物體浸沒(méi)的深度（不碰底），彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)不變，從而證明浮力與物體浸沒(méi)的深度無(wú)關(guān)。但由此也讓學(xué)生產(chǎn)生了一個(gè)新的疑惑：未完全浸沒(méi)時(shí)，物體受到的浮力大小與深度有關(guān)嗎？針對(duì)這個(gè)疑惑，教師可以設(shè)計(jì)如下進(jìn)階問(wèn)題串：如何測(cè)量物體受到的浮力？需要保持哪些量不變？在物體不完全浸沒(méi)的情況下，怎樣保證物體排開(kāi)液體的體積相同但浸入液體的深度不同？通過(guò)討論，最終可以設(shè)計(jì)出如下實(shí)驗(yàn)（如圖2）：先將一塊長(zhǎng)方形的鋁塊豎著懸掛，一半浸入水中；再將其橫著懸掛，一半浸入水中（保證排開(kāi)水的體積不變）；最后測(cè)得鋁塊兩次受到的浮力大小，并進(jìn)行比較，從而證明“當(dāng)物體未完全浸沒(méi)時(shí)，物體受到的浮力也與物體浸入液體的深度無(wú)關(guān)”。探究教學(xué)不能只關(guān)注最終結(jié)論的獲得，還應(yīng)重視設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中科學(xué)方法的思想內(nèi)核是關(guān)鍵，它決定了學(xué)生對(duì)科學(xué)方法的理解和遷移。

（四）多措并舉，鼓勵(lì)創(chuàng)新

［教學(xué)片段3］

師：根據(jù)剛才的活動(dòng)，我們知道了“浸在液體中的物體受到的浮力大小與液體的密度和物體排開(kāi)液體的體積有關(guān)”，能否將這兩個(gè)因素合并，提出新的猜想？

生：根據(jù)公式“[m=ρV] ”，物體受到的浮力大小可能與排開(kāi)液體的質(zhì)量有關(guān)。

師：浮力是一種力，能和質(zhì)量相等嗎？

生：可以測(cè)量物體排開(kāi)液體的質(zhì)量后計(jì)算出這部分液體的重力，或者直接測(cè)量物體排開(kāi)液體的重力，再與物體受到的浮力進(jìn)行比較。

師：你們能想到哪些辦法測(cè)量物體排開(kāi)液體的質(zhì)量或重力？

……

評(píng)析：考慮學(xué)生能力及課堂容量，蘇科版教材的編寫者在編排內(nèi)容時(shí)直接呈現(xiàn)阿基米德原理的內(nèi)容及公式，并在本章結(jié)束后的“反思與評(píng)價(jià)”中安排了一個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)際教學(xué)中，教師不妨在課堂上多花一點(diǎn)時(shí)間，讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出阿基米德原理。這樣不僅可以加深學(xué)生對(duì)原理的理解，還有助于發(fā)展學(xué)生的推理能力和創(chuàng)新精神。

教材給出的實(shí)驗(yàn)方案如圖3所示。但實(shí)際上，學(xué)生往往還會(huì)提出一些其他的設(shè)計(jì)方案，如“先用量筒測(cè)出物體的體積，再測(cè)出等體積水的重力，最后與物體完全浸沒(méi)在水中時(shí)受到的浮力進(jìn)行比較”“在燒杯中放入適量的水并用筆標(biāo)記出此時(shí)水面的位置，把物體浸沒(méi)在水中，先測(cè)出物體此時(shí)受到的浮力，再用注射器吸出燒杯中的一部分水直至液面再次回到標(biāo)記處，測(cè)出被吸出水的重力，并與物體受到的浮力進(jìn)行比較”……教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生大膽地說(shuō)出自己的想法，并讓學(xué)生從可行性的角度對(duì)這些方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，如果確定幾種方案都可行，可以在條件允許的情況下讓學(xué)生自行選擇方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再一起交流結(jié)論、驗(yàn)證猜想。思維的培養(yǎng)需要一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，課堂教學(xué)中，多留出一點(diǎn)時(shí)間，讓學(xué)生進(jìn)行交流、思考和嘗試，有利于學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中發(fā)展科學(xué)思維、培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

（五）知識(shí)整合，追求真正理解

［教學(xué)片段4］

情境1：將一個(gè)較小的土豆放入水中后，土豆下沉。

師：能否利用所學(xué)知識(shí)解釋“土豆在清水中下沉、在鹽水中上浮”的原因。

生：鹽水的密度比清水的大，土豆在清水中受到的浮力小，在鹽水中受到的浮力大。

情境2：將一個(gè)較大的土豆將放入水中，土豆仍然沉入水底。

師：是否如同學(xué)所言“受到的浮力小，所以物體下沉；受到的浮力大，所以物體上浮”？浸沒(méi)在水中的大土豆受到的浮力比小土豆大，但為什么大土豆還是沉入水底了呢？

生：因?yàn)榇笸炼沟闹亓Ω笠恍?/p>

師：那能否說(shuō)“重力大的物體放入液體中就會(huì)下沉，重力小的物體就會(huì)上浮”？

生：這種說(shuō)法不對(duì)，物體的浮沉情況與物體受到的重力和浮力都有關(guān)系。

師：具體是什么關(guān)系？

生：重力小于浮力時(shí)會(huì)上浮。

師：能設(shè)計(jì)個(gè)方案用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證一下嗎？上浮的物體好像沒(méi)辦法用“稱重法”測(cè)浮力呀！

生：（思考后）先測(cè)出土豆的重力，再測(cè)出土豆的體積和鹽水的密度，用阿基米德原理計(jì)算出土豆受到的浮力，再與土豆的重力進(jìn)行比較。

……

評(píng)析：“物體的浮沉條件”這節(jié)內(nèi)容整合了“密度”“阿基米德原理”“力與運(yùn)動(dòng)”等相關(guān)知識(shí)，對(duì)學(xué)生的思維能力和綜合運(yùn)用能力要求比較高。教師可以展現(xiàn)如圖4所示的思維導(dǎo)圖，幫助學(xué)生厘清概念邏輯、構(gòu)建相關(guān)知識(shí)脈絡(luò)，并讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋生產(chǎn)和生活中的一些現(xiàn)象，從而真正達(dá)到整合知識(shí)內(nèi)容、提升學(xué)生素養(yǎng)的目的。

四、結(jié)語(yǔ)

教學(xué)實(shí)踐表明，學(xué)生的思維發(fā)展不是一個(gè)自發(fā)的過(guò)程，需要教師幫助學(xué)生搭建必要的進(jìn)階平臺(tái)、設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)階路徑，引導(dǎo)學(xué)生在促進(jìn)發(fā)展的有意義的物理學(xué)習(xí)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，不斷發(fā)展高階思維，從而促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)［4］。課堂的腳步無(wú)須太快，這樣教師才能“聽(tīng)到”學(xué)生思維“拔節(jié)”的聲音。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］? 姚建欣，何春生.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的中學(xué)物理教學(xué)改進(jìn)研究：機(jī)械運(yùn)動(dòng)與力［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2020.

［2］? 忻賢灝，鄧志文.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的物理教學(xué)單元設(shè)計(jì)實(shí)踐探索：從課時(shí)設(shè)計(jì)走向單元設(shè)計(jì)［J］.中學(xué)物理，2023（11）：10-15.

［3］? 黃冠.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的初、高中物理銜接教學(xué)策略［J］.中學(xué)物理，2022（16）：14-17.

［4］? 李昕.基于深度學(xué)習(xí)的初中物理教學(xué)策略：以初中“浮力”教學(xué)為例［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2021（14）：46-47，60.

（責(zé)任編輯 易志毅）