凸顯思維過程 培養(yǎng)思維能力
——“浮力”創(chuàng)新實驗串聯(lián)課堂結(jié)構(gòu)案例剖析

魯佩用 史獻計

(1. 南京育英第二外國語學校，江蘇 南京 210044; 2. 南京江北新區(qū)教育發(fā)展中心,江蘇 南京 210044)

教學實踐經(jīng)驗表明,“浮力”教學重點與難點主要表現(xiàn)在:浮力方向、物體浸沒液體前浮力與深度關(guān)系、浮力與物體排開液體的體積有關(guān)等幾個知識的建立與形成過程．針對學生學習特點與認知需要,我們通過創(chuàng)新實驗來凸顯浮力學習的思維過程,從而幫助學生順利突破學習困難，收到了良好的教學效果．

1 思維啟動:設計沖突情景認識浮力,了解浮力方向

圖1

設計:圖1所示,用熱熔膠在乒乓球的底部固定一個環(huán)形強磁鐵并放置在透明盛液筒底部,在透明盛液筒外側(cè)底部用一同樣的環(huán)形強磁鐵吸住乒乓球,手掌托住透明盛液筒底部．

問題:如果向筒內(nèi)倒水會有什么現(xiàn)象?

學生表現(xiàn):(異口同聲地)乒乓球浮上來．

操作:向筒內(nèi)緩慢地倒入水．

現(xiàn)象:乒乓球并沒有浮上來，學生驚訝之時．

操作:隱蔽而迅速移走筒下強磁鐵．

現(xiàn)象:乒乓球在水中上浮到水面．

剖析:學生的生活經(jīng)驗是乒乓球在水中會上?。n堂教學伊始設計一個與學生生活經(jīng)驗不吻合的現(xiàn)象,引起學生思維沖突,讓學生自然形成“為什么”的疑問,從而通過視覺感知啟動其學習思維．同時,也激發(fā)了學生的好奇心．

設計:細線的一端用熱熔膠固定在乒乓球外側(cè),另一端用熱熔膠固定在透明水槽底部,將整個裝置放在水平放置的兩個等高的升降臺上．

操作:如圖2所所示,向水槽中持續(xù)倒水時,讓學生觀察實驗現(xiàn)象．

問題:同學們觀察到什么現(xiàn)象,這個現(xiàn)象說明了什么?

回答:乒乓球向上運動,說明浮力方向向上．

問題:靜止在水中的乒乓球受到的浮力方向是豎直向上的嗎?

分析思考:(學生)觀察到乒乓球靜止時細線處于拉直狀態(tài),并與水面垂直(如圖2),說明浮力的方向豎直向上．

設計:提供細線和金屬小錐體做成的重錘線,設計問題“能否利用重錘線來判斷浮力的方向”.

分析:(學生思考并分析)將重錘線用金屬絲掛在水槽正前方的外側(cè)(金屬小錐體不與水槽接觸),如圖3,從水槽正前方看,發(fā)現(xiàn)重錘線與水中棉線重合,說明浮力的方向豎直向上．再將右側(cè)的一個升降臺調(diào)高,讓水槽傾斜,如圖4,發(fā)現(xiàn)重錘線與水中棉線仍然重合,說明靜止在水槽中乒乓球受到的浮力方向是豎直向上的．

圖3

圖4

剖析:通過物體的運動狀態(tài)較容易判斷出浮力的方向向上;在靜止的液體中物體所受浮力是豎直向上的,學生可以根據(jù)現(xiàn)象作出猜想,但由于學生缺乏體驗,不容易通過實驗來證明．教學中通過創(chuàng)新實驗,不僅增加了可視性、操作方便,而且能夠結(jié)合具體的現(xiàn)象和分析,引導學生的思維向著嚴謹性方向發(fā)展,同時對學生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)新意識也是一種訓練．

2 思維過程:過程體驗,突破難點,探究浮力影響因素

學情:學生認為浸沒前,物體所受到的浮力與深度有關(guān),浸沒后與深度無關(guān)(有些教師也有此類認識)．

事實上,物體所受浮力大小與所排開的液體(或氣體)體積有關(guān),與浸入的深度無關(guān)．如何突破這一難點呢?

設計與操作:如圖5和6,先用熱熔膠將兩節(jié)干電池固定在一起,再在一端固定一個掛鉤,彈簧測力計拉著干電池并慢慢浸入水中．發(fā)現(xiàn)彈簧測力計的示數(shù)先變小后不變．(這正是學生得出“浸沒前,物體所受到的浮力與深度有關(guān),浸沒后與深度無關(guān)”的實驗基礎(chǔ).)

設計與分析:如圖7,將下面1節(jié)干電池浸沒水中,記下此時彈簧測力計的示數(shù)F1;如圖8,用熱熔膠將掛鉤固定在與圖7相同的2節(jié)干電池正中間,彈簧測力計拉著干電池浸入水中,保持與圖7浸入水中體積相同,深度不同,再次記下此時彈簧測力計的示數(shù)為F2,發(fā)現(xiàn)兩次彈簧測力計的示數(shù)F1=F2.這說明浸沒前,物體所受到的浮力也與深度無關(guān)．

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

設計與思考:教師再通過圖9手壓礦泉水瓶實驗,幫助學生分析,浸沒前浮力變大的原因是物體浸在液體中的體積發(fā)生了改變,即物體排開液體的體積發(fā)生了改變．圖7和圖8實驗中浮力不變的原因是控制了兩次電池排開水的體積相同,說明浮力與物體排開液體的體積有關(guān)．

剖析:圖5～圖9的設計過程,通過展現(xiàn)實驗過程,先通過圖5和圖6的體驗活動引出學生頭腦中的錯誤前概念,然后巧妙地用2節(jié)干電池進行探究,不僅解決了物體排開液體體積太小,導致浮力測量不準確的問題,同時方便控制物體排開液體體積相同,再結(jié)合圖9的體驗活動,師生共同分析,不僅順利突破浮力與物體排開液體體積有關(guān)這一教學難點,而且順利解決了物體浸沒前浮力與深度是否有關(guān)這一疑惑．

3 思維拓展:注重知識拓展應用,實現(xiàn)學生能力提升

教學中,通過師生共同探究得出浮力與液體的密度和物體排開液體體積有關(guān)的定性關(guān)系后,出示圖10所示的工藝品,并介紹該裝置:密封容器中注入某種液體,液體中放入多個玻璃球,球內(nèi)注入種類和顏色都不同的液體,球的下方金屬片上標注各種數(shù)值．

實驗:如圖11和12,將該裝置放入冰水混合物中,發(fā)現(xiàn)所有的玻璃球都漂浮在液面,然后將該裝置放入溫水中,慢慢發(fā)現(xiàn)標有“18”“20”“22”的玻璃球依次下沉,直到所有的玻璃球都沉入底部．

交流與討論: (1) 該裝置實質(zhì)是一個溫度計; (2) 原理是當該裝置由冰水混合物移入溫水中后,密封容器中液體受熱膨脹,液體密度減小,小球所受浮力變小,當浮力小于重力時,小球下沉．如圖12,當標有28 ℃的玻璃球漂浮在液面,標有26 ℃的球懸浮在液體中,并處于穩(wěn)定狀態(tài),則液體的溫度以及外界溫度在這兩者之間．

圖10

圖11

圖12

剖析:教學中不僅要引起思維發(fā)生、還要維持思維發(fā)展,也需要促進思維向深度提升．學生學習物理知識的目的是要解決實際問題,教學中通過該實驗,學生不僅了解該工藝品的實質(zhì)和原理,更重要的是引導學生學會應用所學知識解決實際問題的能力．