怎樣突破物理難點知識的教學(xué)策略初探——以“浮力”教學(xué)為例

●陶本友

在物理教學(xué)過程中，教師試圖僅通過簡單的語言描述就能幫助學(xué)生建立起物理概念，在學(xué)生頭腦中形成正確的物理模型，是很難做到的。進行物理知識教學(xué)，教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生觀察、體悟多次實驗現(xiàn)象，學(xué)生探索這些現(xiàn)象之中隱含的關(guān)系，領(lǐng)悟變化之中存在的規(guī)律。 正是教師不斷進行著“蓄水”和“挖渠”的過程，學(xué)生才會水到渠成地掌握物理概念。 浮力被公認為初中物理教學(xué)難點。 筆者在浮力的教學(xué)實踐中有一些不成熟的做法，提出來與同行商榷。

一、浮力知識的教學(xué)策略

（一）經(jīng)歷探究實驗，理解物理原理

筆者在浮力教學(xué)過程中，先通過實驗探究，自主合作的學(xué)習(xí)方式對阿基米德原理進行教學(xué)。 我們知道， 總有部分學(xué)生不理解阿基米德原理及物體排開液體的體積這一物理量的含義。為此，筆者準備好水槽、水、大塑料瓶等，要求學(xué)生把密封的空塑料瓶慢慢地按進水里。 在操作過程中學(xué)生親身體驗到浮力的變化情況，即塑料瓶在浸入水的過程中，感受到水的托力越來越大，直到塑料瓶浸沒到水中為止。在實驗操作中還可以觀察到塑料瓶排開液體體積的變化情況，隨著塑料瓶慢慢浸入水中，水槽內(nèi)液面上升，當(dāng)塑料瓶全部浸入水中時，水槽內(nèi)液面保持不變了。教師指出： 液面不斷上升是因為塑料瓶排開了一部分液體，而且排開的體積越來越大，這樣，學(xué)生對排開液體的體積這個物理量有了初步的感知。接下來，教師提出問題：浮力大小與物體浸沒在液體中的深度是否有關(guān)呢？學(xué)生短暫交流后，很快出現(xiàn)不同的觀點。 有學(xué)生說，向水中按壓塑料瓶過程中，感覺越深越難按下去，所以浮力與物體在水中的深度有關(guān)，越深處浮力越大；立刻有學(xué)生接著說，浮力與深度在一定的范圍內(nèi)有關(guān)，超過這個范圍就無關(guān)了，因為塑料瓶浸沒到水中后，如果繼續(xù)向下按，感覺到水的托力保持不變了，并不是一直增大的，所以，當(dāng)物體浸沒在水中以后，浮力與深度無關(guān)。教師及時抓住這個難得的教學(xué)時機，因勢利導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生：請大家思考一下，為什么物體浸沒在水中之前浮力是變化的而浸沒之后卻不變了呢？是什么因素在起著決定作用？于是學(xué)生議論紛紛，有的還重復(fù)剛才的實驗操作，進一步感受、體驗浮力的變化情況。 這時，有的學(xué)生若有所悟，欲言又止，在教師點撥、引導(dǎo)下，漸漸地他們領(lǐng)悟到浮力大小與物體排開液體的體積有關(guān)， 浮力變化與否并不是深度而是排開液體的體積這個因素決定的。有了這樣的認識基礎(chǔ)，教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生思考問題：排開液體的體積越大，即排開液體越多，浮力越大，這之間有定量關(guān)系嗎？ 如果有，可能是怎樣的關(guān)系？ 力與體積能建立聯(lián)系嗎？ 根據(jù)學(xué)生的猜想情況，必要時可以提示：大家已經(jīng)知道，由密度關(guān)系式可知，體積與質(zhì)量關(guān)聯(lián)，質(zhì)量又與物重關(guān)聯(lián)，而重力和浮力都是力，那么浮力與排開液體的重力應(yīng)該可以建立聯(lián)系。在此基礎(chǔ)上，實驗探究阿基米德原理，即浮力的大小與物體排開液體的重力的關(guān)系， 并推導(dǎo)出浮力公式。經(jīng)過這些環(huán)節(jié)的教學(xué)，學(xué)生不僅深刻體會到排開液體的體積這一物理量的含義，而且真正理解了阿基米德原理及浮力公式的內(nèi)涵。 由此可見，在學(xué)生把密封的空塑料瓶慢慢地按進水里，親身體驗到浮力的變化之后， 又面對教師創(chuàng)設(shè)的新情景，提出浮力大小與物體浸沒在液體中的深度是否有關(guān)這個新問題，有效引發(fā)學(xué)生從新的角度再次思考浮力變化這個舊問題，這樣就激起創(chuàng)造性的想象力，學(xué)生必然要深層次思考問題，并因而發(fā)展了思維，提升了科學(xué)素養(yǎng)。

（二）依托實驗情景，領(lǐng)悟浮沉條件

在浮沉條件的教學(xué)中，關(guān)鍵是如何引導(dǎo)學(xué)生對物體受力進行分析，由浮力與物體重力的大小關(guān)系來判斷物體的浮沉。在教學(xué)之前，學(xué)生憑生活經(jīng)驗已經(jīng)了解一些浮沉現(xiàn)象， 他們知道有的物體在水中上浮直至漂浮，例如：木塊就是這樣；而有的物體在水中下沉，如：投進水里的石塊則下沉到水底。 而且他們的前概念就是認為重的物體一定下沉， 輕的物體一定上浮， 往往弱化了對浮力的分析。 針對這種情況，筆者在教學(xué)中是這樣做的：先把橡皮泥捏成團投入水中，學(xué)生觀察到橡皮泥下沉；再把橡皮泥取出，捏成碗狀，這時問學(xué)生：橡皮泥的重力是否改變？ 改變了什么？ 學(xué)生知道：橡皮泥的重力不變，僅僅是橡皮泥的形狀改變了。 然后輕輕地把橡皮泥放在水面上，學(xué)生觀察到的現(xiàn)象是橡皮泥漂浮在水面上，并沒有下沉。于是學(xué)生有些疑惑了。這時又出示一個空的牙膏皮，先把它捏癟，投入水中，學(xué)生看到牙膏皮沉入水底，再把牙膏皮取出，用小木棍將它弄鼓起來，并且把牙膏蓋子旋緊，此時問學(xué)生：把牙膏皮投入水中，是上浮還是下沉？ 在學(xué)生認知沖突時，把牙膏皮再次投入水中， 牙膏皮即刻浮出水面， 漂浮在水面上。 面對這一現(xiàn)象，學(xué)生疑惑不解，必然對新知識充滿期待，求知欲大增。 至此教師可以指出：有人認為重力大的物體下沉，重力小的物體上浮，而重力沒有改變的橡皮泥和牙膏皮兩次投入水中， 出現(xiàn)的浮沉情況卻不同，這是什么原因呢？ 學(xué)生自然明白，物體的浮沉不僅僅是物體重力大小的緣故， 還有其他因素也在影響物體的浮沉。 教師引導(dǎo)、啟發(fā)學(xué)生思考、交流上述實驗現(xiàn)象。學(xué)生通過認真比較、仔細分析逐步認識到橡皮泥和牙膏皮之所以會浮在水面上，是因為通過改變形狀來增大排開水的體積， 從而增大了浮力的緣故。因此要判斷物體的浮沉，不僅要看物體重力的大小，還要看浮力的大小，即對物體受力分析， 明確浮力與物體重力的大小關(guān)系， 才能得出結(jié)果。 由此再分別研究物體上浮、下沉、懸浮及漂浮的條件，這樣學(xué)生才容易領(lǐng)悟知識。他們會主動分析物體受力的情況，用力與運動的知識判斷物體的浮沉。可見，學(xué)生在經(jīng)歷探究學(xué)習(xí)的活動中，會發(fā)現(xiàn)自己的前概念與實驗結(jié)果相矛盾，產(chǎn)生認知沖突，在物理實驗事實面前，他們不得不放棄錯誤的觀點，主動建構(gòu)新概念，產(chǎn)生新的認知過程，并且不斷反思、總結(jié)自己在科學(xué)探究過程中解決問題的措施和思維過程，最終在頭腦中形成正確的物理觀念。

上述過程表明，學(xué)習(xí)浮力知識時，學(xué)生大致經(jīng)歷了感知、體驗、分析、歸納的過程，經(jīng)過思維加工才抽象得出的，這樣做符合學(xué)生的認識水平和認知規(guī)律。

（三）設(shè)計巧妙習(xí)題，提升思維能力

物理教學(xué)不僅要關(guān)注學(xué)生的知識有沒有掌握好，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，學(xué)生能不能解決實際問題往往是檢驗教學(xué)成敗的關(guān)鍵。 這就要求教師要設(shè)計具有思考價值的問題， 讓學(xué)生試著分析并嘗試解決。因此，筆者通過下面的幾個例題來鞏固有關(guān)知識，提升他們的思維能力。在學(xué)生剛學(xué)過阿基米德原理時，即舉例題1（如圖1 所示）：把體積相同的A、B 兩個小球都放入同一燒杯的水中，A 球漂浮在水面上，B 球浸沒在水中。 要求學(xué)生判斷A、B 兩球受到的浮力大小。因?qū)W生剛學(xué)過阿基米德原理，會自然想到運用浮力公式來解答，可以得出正確的結(jié)果。 這時我提醒學(xué)生保留此例題，以后還會用到。 在剛完成浮沉條件這節(jié)教學(xué)時，再舉一例，例2（如圖2所示）： 把質(zhì)量相等的A、B 兩個小球都放入同一燒杯的水中，A 球漂浮在水面上， 而B 球在水中懸浮。要求學(xué)生判斷A、B 兩球受到的浮力大小。 同樣的道理，因?qū)W生剛學(xué)過浮沉條件的知識，會自覺運用浮力與物體重力的大小關(guān)系，做出正確的判斷。這時我再次提醒學(xué)生把此例題保留，以后還會用到。等到學(xué)生學(xué)完浮力這一章知識，復(fù)習(xí)鞏固時，再舉一例，讓學(xué)生解答。 例3（如圖3 所示）：把同一個小球先放入A液體中，小球漂浮；再放入B 液體中，小球懸浮。 要求學(xué)生判斷A、B 兩種液體的密度大小關(guān)系。 在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)僅有少部分學(xué)生解題思路清晰， 能夠得出正確的結(jié)果， 而很多學(xué)生感到不知所措、 無從下手，一時無法做出正確的判斷。 這時，我要求學(xué)生把前面學(xué)過的例1、例2 再做一遍，并且要認真思考一下當(dāng)時是怎么解決問題的，為什么這樣做。我提醒他們：例1、例2 看上去相似，而實際上“條件”卻不同，而且解決問題時用到的知識點也不一樣， 這說明了什么道理，你從中受到什么啟發(fā)等。 學(xué)生紛紛交流、討論、發(fā)言（教師適當(dāng)點撥、指導(dǎo)）。不久，很多學(xué)生慢慢領(lǐng)悟了其中的道理：例1 是因為小球“體積相同”，根據(jù)這一條件， 即可明確它們排開水的體積大小關(guān)系，而液體的密度是一定的，這樣可以運用浮力公式做出判斷，即用阿基米德原理來解決問題；例2 是因為小球“質(zhì)量相等”，也就是它們的重力大小相等，由這一條件出發(fā)，對物體受力分析，運用浮沉條件可以解決問題；例3 不適合直接用阿基米德原理來解答。這是因為僅僅知道小球在不同液體中排開液體的體積大小關(guān)系，而不知道小球受到的浮力大小關(guān)系，也就是說浮力公式中浮力和排開液體的體積這兩個物理量都可能是變量， 所以我們無法判斷出兩種液體密度的大小。但是我們仔細分析題意可知，同一小球在不同的液體中保持平衡時，它的重力是不變的，分別對小球進行受力分析，運用浮沉條件容易得出浮力的大小關(guān)系。 而知道浮力大小關(guān)系后， 再運用浮力公式，可以判斷出結(jié)果。 由此可見浮沉條件是解決這一問題的突破口。 學(xué)生明白了來龍去脈，掌握了解題思路，這類問題應(yīng)該不難解決。

在學(xué)生真正領(lǐng)悟這一知識的基礎(chǔ)上， 還可以把上面的例1進行拓展，如：再增加一個小球C，下沉到水底。讓學(xué)生思考三個小球受到的浮力大小，而且進一步判斷小球的質(zhì)量、密度等的大小關(guān)系。例2 也是如此，讓學(xué)生思考三個小球受到的浮力大小，而且進一步判斷小球的體積、密度等的大小關(guān)系。這樣不僅鞏固了浮力知識，還復(fù)習(xí)了以前學(xué)過的密度等知識。由此可以看出，在這樣的幾個例子引導(dǎo)下，在遇到浮力問題時，學(xué)生學(xué)會了用阿基米德原理，還自覺想到用浮沉條件的知識，有時必須把二者結(jié)合在一起思考這樣來解決問題。

二、由浮力知識教學(xué)引發(fā)的思考

（一）科學(xué)探究在浮力教學(xué)中的作用

在課堂教學(xué)中，教師試圖通過簡單語言描述就能幫助學(xué)生建立起物理概念，形成正確的物理模型，這是很難做到的。因此，課堂教學(xué)應(yīng)以學(xué)生親身體驗為基礎(chǔ)而展開?？茖W(xué)探究是新課程的核心理念，是獲取體驗的有效方式，在探究過程中，學(xué)生可以掌握控制變量法、類比法、分析綜合法等科學(xué)研究方法，領(lǐng)悟科學(xué)思想和科學(xué)精神， 更重要的是在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生經(jīng)歷了獲取知識的全過程，獲得真實、全面而深刻的體驗，對知識的理解和實驗操作技能的掌握是不斷深化的。 學(xué)生在步步為營的探究活動中，對物理現(xiàn)象的認識有序深入、漸入佳境。因而，通過探究活動， 可以引導(dǎo)學(xué)生由形象思維向邏輯思維跨越，對物理概念的理解變得豁然開朗，清晰而透徹，可見，具有一定思維深度的真探究可以有效提升思維品質(zhì)。

（二）浮力教學(xué)過程遵循學(xué)生的認知規(guī)律

物理知識教學(xué)要與學(xué)生的感性認識相聯(lián)系，要充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、生活經(jīng)驗，做好新舊知識的銜接，引導(dǎo)學(xué)生溫故知新， 發(fā)揮知識的正遷移作用；要創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，讓學(xué)生的思維處于積極的準備狀態(tài)，學(xué)習(xí)目標設(shè)計成階段性要求，小坡度、拾階而上式進行，學(xué)生由淺層次思考問題逐漸向深層次過渡、發(fā)展。同時注重科學(xué)方法的指導(dǎo)，讓學(xué)生養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)和自我反思的習(xí)慣，學(xué)會體驗、梳理、探究、分析和綜合。本節(jié)的浮力知識教學(xué)過程中，遵循了認識事物的教學(xué)邏輯，不僅解決了是什么的問題，更重要的是要闡明“為什么”的道理，教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，逐步深入，整個教學(xué)流程達到水到渠成的效果， 學(xué)生對知識的形成過程和來龍去脈認識清晰。 此外，在了解物理知識的基礎(chǔ)上，還要加強應(yīng)用訓(xùn)練，加深對知識的理解和鞏固，促進知識的內(nèi)化和提高，達到知識的升華，以便發(fā)展學(xué)生的智力，提高學(xué)生的能力。