新課標視野下中小學科學教材中“浮力”內容的比較與銜接

張燁

[摘 要]

新課標視野下，一門整合的科學課程對提高學生的科學素養(yǎng)有著十分重要的作用?？茖W作為一門綜合性的課程，縱貫小學、初中等學段，了解中小學科學教材銜接是實施科學教學相互滲透與聯(lián)系的基礎。以“浮力”為例，對寧波地區(qū)現(xiàn)行使用的教育科學出版社（教科版）出版的小學科學教材和華東師范大學出版社（華師大版）出版的初中科學教材中的有關內容進行比較與銜接進行探討，不難看出中小學科學教材在“浮力”這一內容的編排結構、探究活動的設計以及整體知識架構等方面都存在相關性和銜接點。

[關鍵詞]

中小學科學;教材;“浮力”;比較;銜接

一、“課程標準”對“浮力”內容的比較與銜接

《義務教育小學科學課程標準》在編寫時關注學生概念的形成，“力作用于物體，可以改變物體的形狀和運動狀態(tài)”從屬于物質科學領域六個主要概念中的其中一個，而落實到“浮力”這一具體內容，僅在學習目標中指出學生要觀察浮力、知道浮力是直接施加在物體上的力，了解浮力對物體的作用，側重觀察和簡單實驗，并以此達到了解的程度。

而在《義務教育初中科學課程標準》中，“浮力”從屬于“機械運動和力”這一物質科學領域中的二級主題，其中關于“浮力”的學習要求是通過實驗認識阿基米德原理和浮沉條件，并解釋生活和生產(chǎn)中的常見現(xiàn)象，同時建議學生探究物體受到的浮力大小與哪些因素有關、制作升空氣球并查閱關于阿基米德研究浮力的史料。

通過比較不難看出，《義務教育小學科學課程標準》更加側重學生對“浮力”的體驗，讓學生在探究中感受科學學習的趣味，保持科學學習的好奇心和求知欲，更傾向于科學情感、態(tài)度與價值觀的初步建立;《義務教育初中科學課程標準》對“浮力”內容的學習有了更加明確的學習目標，并且在實驗上更加具體地規(guī)定需要學生探究影響浮力大小的因素，這對學生學習科學的技能與方法有了更進一步的要求，同時還指出學生能夠利用浮力知識解釋生活現(xiàn)象，從而突出了科學學習在日常生產(chǎn)、生活和社會中的應用。

二、中小學教材有關“浮力”內容的比較

（一）中小學教材中“浮力”內容的比較（如下表）

[教材版本 教科版（小學科學教材） 華師大版（初中科學教材） 一級標題 五年級下冊第1章沉和浮 八年級上冊第3章浮力 浮力概念 建立 以物體在水中的沉浮現(xiàn)象為鋪墊，通過活動“按壓水面上的小船和泡沫塑料”引出浮力。 通過圖片以及學生生活經(jīng)驗引出浮體概念，再結合活動“按壓空心塑料瓶或塑料球”引出浮力。 辨析（浸沒或下沉的物體是否受到浮力） 以一節(jié)實驗課為例進行探究，通過比較同一物體在空氣中和水中的重力大小得出。 讓學生通過自主實驗設計來得出，并更換多種液體重復實驗。 浮力產(chǎn)生的原因 沒有涉及 沒有涉及 探究浮力的大小 猜想影響浮力大小的因素 通過“按壓泡沫塑料塊”問題引發(fā)學生思考浮力變化的原因 直接通過實驗得出阿基米德原理 實驗設計方案主要內容 比較浮力與排開水量的關系 比較浮力與排開水的重力大小的關系 物體浮沉條件及應用 認知方式 通過實驗“比較不同大小的泡沫塑料塊和石塊”引出物體沉浮情況與受到的重力、浮力大小間的關系，并進一步通過實驗“測量鉤碼在不同液體中受到的浮力”，把物體的沉浮現(xiàn)象歸結為密度的原因（密度概念在本單元內容中沒有明確提出）。 通過兩個實驗（物體浮沉與物體自重及排水多少的關系）進行探究，并結合受力分析及運動情況解釋浮沉現(xiàn)象。 浮沉條件的應用 造一艘小船;比重計;浮沉子 潛艇沉浮模擬;自制熱氣球;魚鰾的功能;船舶載重線 ]

（二）中小學教材中“浮力”內容的編排分析

1.教科版小學科學教材編排分析

小學科學教材以“觀察物體的沉浮現(xiàn)象→探尋物體沉浮的規(guī)律→研究影響沉浮的變量（體積、重量、液體的密度）→提出沉浮現(xiàn)象的本質解釋”這一主線展開，讓學生在活動中迸發(fā)對實驗現(xiàn)象與潛概念的矛盾沖突，繼而發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并解決問題，在一系列矛盾和問題的引導驅動下，培養(yǎng)學生基本的科學探究方法和熱愛科學的品質。

由于本節(jié)內容最終把物體的沉浮現(xiàn)象歸結為物體密度的影響，所以，在正式進入浮力教學前，通過大量的比較實驗來幫助學生建立有關密度知識的前概念，比如通過實驗切分橡皮和蘿卜塊的大小觀察沉浮變化的情況，得出同種材料構成的物體，即使體積和重量改變，它們在水中的沉浮狀況仍然是不變的，以此為密度埋下伏筆。在第二節(jié)“沉浮與什么因素有關”的學習中，通過控制變量研究“不同材料構成的物體在水中的沉浮與其體積、重量的關系”，從而使學生對密度概念的發(fā)展更加深入。在接下來的學習中，利用橡皮泥易于改變形狀的特點，引發(fā)學生思考“同樣重量的橡皮泥做成不同形狀后，是什么因素導致其沉浮情況發(fā)生了改變”，以此將浮力和排開水量聯(lián)系起來，并進一步通過增加小船裝載量的活動，讓學生對這一影響因素有了更清晰的體會。

本單元后半部分的內容主要側重對浮力的測量和沉浮現(xiàn)象的解釋。在研究浮力大小的影響因素時，利用圖2所示的裝置不斷改變泡沫塑料塊進入水中的體積，并直接測量對應浮力的大小，以此得出泡沫塑料塊在水中受到的浮力與它浸入水中的體積有關，浸入水中的體積（排開的水量）越大，受到的浮力就越大。通過上述一系列實驗，學生對浮在水面上的物體受到水的浮力比較容易理解，但對于沉入水中的物體是否同樣受到水的浮力仍然存在疑惑。為解決這一迷思，教材將實驗材料從泡沫塑料塊變?yōu)槭瘔K，用一節(jié)課的內容進行了更為深入地探究，結合兩次實驗能更好地幫助學生理清物體沉浮情況與受到的重力、浮力大小間的關系。本單元最后通過測量同一物體在不同液體中的浮力大小，探索了液體密度對物體沉浮的影響，也最終揭示了本單元的核心概念——物體的密度對沉浮有影響。

教材的內容安排層層遞進，關系密切，可以說，前面的內容聯(lián)系生活經(jīng)驗、結合觀察實驗為后面知識的學習進行了基礎鋪墊，而后面的內容又回歸知識本身，結合科學的探究過程或測量或比較，是對前面認識的提高與深化。學生在眼見為實的觀察實驗中體驗浮力，糾正錯誤認識;在動手操作的驗證活動中了解物體沉浮的規(guī)律，摒除迷思。這樣趣味十足的內容設計有效地激發(fā)了學生的學習熱情，增加了學生的課堂體驗，啟發(fā)了學生的科學思維，這樣的教學安排也更加符合小學生的學習特點和認知規(guī)律。

2.華師大版初中科學教材編排分析

初中科學教材明確將內容分為密度和浮力兩大主題，從“密度的認識→感受浮力的存在→探究浮力大小的影響因素→研究物體的浮沉條件→沉浮條件的應用”這一條線索鋪展開來，更加注重學生對問題的自主探究和實驗的合理設計。

密度作為學習浮力的預備知識，在教材中通過“探究不同物體質量與體積的比例關系”進行引入，對密度的具體概念和計算公式進行了詳細的闡述，這樣的鋪陳為學生理解浮力打好基礎。

在浮力的學習中，教材采用“感受→探究→理解→應用”的認知規(guī)律進行編排，知識前后的有效銜接和層層深入，能更好地幫助學生抓住知識間的關聯(lián)性，并不斷推動學生嚴密思維邏輯的建立。在探究浮力大小的活動中，利用圖4的實驗裝置，測量了金屬塊排開不同體積的水時受到的浮力大小，以及排開的這一部分水所受的重力大小。通過量化的比對，學生能夠清晰地得出“浮力的大小等于物體排開的液體所受的重力”這一結論。此外，教材通過3個問題引發(fā)了學生對浮力影響因素的深入思考。在原先實驗的基礎上，學生通過控制變量能夠自主設計實驗，完成浮力與物體浸沒深度、液體密度和物體體積的關系研究，這也進一步深化了學生對阿基米德原理的認識。在探究物體的浮沉條件時，教材設計了兩個實驗：①觀察物體浮沉與物體自重的關系;②觀察物體浮沉與物體排水多少的關系。通過實驗現(xiàn)象，抽絲剝繭，并結合二力平衡的知識進行受力分析，得出物體沉浮的條件。之后，聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，通過潛艇、熱氣球的實例進一步理解沉浮條件，并增加了熱氣球制作的活動，讓學生在動手實踐中感受科學的魅力，激發(fā)學習的熱情。

三、中小學教材中“浮力”內容的關聯(lián)銜接

通過上述的比較分析，不難看出中小學科學教材在“浮力”這一內容的編排結構、探究活動的設計以及整體知識架構等方面，都存在相關性和銜接點。

（一）教材在編排結構上的關聯(lián)銜接

中小學教材在“浮力”章節(jié)的編排上，都將密度作為浮力的預備學習內容，兩條主線相比較，不難發(fā)現(xiàn)在知識深度的遞進上，都采用了“密度的認識→浮力的理解→沉浮條件及應用”。但小學教材在涉及密度知識時，并沒有明確提出其概念，而是通過實驗定性地得出兩個結論：①相同體積下，重的物體容易沉;②相同重量下，體積小的物體容易沉。以此讓學生對密度有一個淺顯的認識，也為初中正式學習密度打下基礎。而初中教材中，明確提出密度是質量和體積的比值，并要求學生掌握其計算公式和了解常見物質的密度大小，在學習目標上有了更為具體的要求。

（二）教材在探究活動設計上的關聯(lián)銜接

中小學教材在探究活動的設計方面基本相近。如感知浮力的活動中，都是通過按壓水面上的物體來達成;在探究浮力大小的活動中，都是通過改變物體排開水的體積這一主要因素為切入點展開。在探究活動的具體內容說明上，小學教材多傾向于給出直觀的圖片和明確的實驗記錄表，而初中教材更側重文字的表述，這也是符合學生身心發(fā)展特點和學習發(fā)展規(guī)律的一種表現(xiàn)。另外，小學教材對浮力大小的探究只要求學生定性地得出結論，如在利用泡沫塑料塊進行實驗探究時，教材給出了表1的記錄表，從中不難發(fā)現(xiàn)，排開水量的多少并沒有直接測量，而是通過泡沫塑料塊浸入水中的體積有一個直觀的比較，通過實驗，學生能夠得出“物體浸入水中的體積越大，物體所受到的浮力就越大”。初中教材在這一探究實驗的基礎上增加了量筒，如圖4的實驗裝置中，學生可以根據(jù)物體浸沒后水位和原來水位的差值直接得出物體排開水的體積，但初中教材并沒有對這一因素進行具體闡述，而是利用彈簧測力計測出同等水量所受的重力，從而引出阿基米德原理。從定性的結論到定量的測量，中小學教材在探究活動的設計上，也更加注重學生在“過程與方法”這一目標維度上的能力培養(yǎng)。

（三）教材在整體知識架構上的關聯(lián)銜接

中小學教材在“浮力”這一內容的知識架構上，都以探究“物體在液體中受到的浮力”為整個框架的基礎。小學教材從開篇“物體在水中是沉是浮”到收尾“探究馬鈴薯沉浮的原因”，都以“水”作為研究沉浮的對象，在提出浮力概念時，也只是說“受到水的浮力”，并沒有對其他液體加以說明。另外，在描述浮力的方向時也只是簡單地說明是“一個向上的力”，知識較為局限，仍然是從直觀的實驗現(xiàn)象出發(fā)得到結論，并沒有對知識進行深化。當然，這也是從小學生的認知水平出發(fā)來考量的。而在初中教材中，知識架構就相對比較完善，無論是浮力概念的引出，還是辨析下沉物體是否受到浮力，都對其他液體進行了一定的實驗，從而得出“一切液體對浸在其中的物體都有浮力作用”，并且從液體引申開去，提出物體在氣體中也會受到浮力作用，讓學生對浮力有了一個較為全面的認識。

四、結束語

對比中小學科學教材中關于“浮力”的內容，可以說教材的關聯(lián)十分密切又各有側重點。小學教材更加關注學生知識概念的形成，也就是讓學生有個直觀的印象，學生主要是通過形象思維的方式來認識和觀察周圍的事物，同時教材編寫時語言描述也更加簡單和口語化，比如“重量”這一用詞就相對生活化，但這樣的表達也有欠妥之處，很容易對學生之后學習“質量”造成迷思;而初中教材更加關注學生思維邏輯的嚴密性和實驗探究的嚴謹性，概念的表述也更加完整和科學。

綜上所述，小學教材切入點小，難度小，強調趣味性，科學探究以生活中的現(xiàn)象和簡單的科學實驗為主;初中教材中知識體系更加完善，難度有所加深，對科學現(xiàn)象和規(guī)律往往采用定量說明的方式。這些都體現(xiàn)了中小學科學教材從直觀到抽象、從單一到復雜、從淺顯到嚴謹、從定性到定量的螺旋式上升的過程，為中小學科學的銜接教育提供了良好的契機。

[參 考 文 獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務教育小學科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2017.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育初中科學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]王榮根.不同版本義務教育課標教材中“浮力”內容的比較[J].中學物理教學參考，2008（3）.

[4]袁運開.義務教育教科書教師教學參考用書科學八年級上冊[M].上海：華東師范大學出版社，2013.

[5]陳剛.初中物理與小學科學教材銜接比較研究[J].物理教師，2015（6）.

（責任編輯：符 潔）