以物理概念構建為基助正確物理觀念形成

摘?要：以“浮力”為例，闡述初中物理概念教學時，通過貼近生活“引”概念，溫故知新“建”概念，實驗探究“示”概念，理論推導“析”概念的方式，幫助學生逐步認識物質世界，正確認識物理概念，提升物理概念的理解，使學生進而逐漸形成正確的物理觀念。

關鍵詞：初中物理;概念構建;物理觀念;浮力

下面筆者結合實踐過程中“浮力”的概念教學，闡釋如何從生活實踐中提煉有趣的物理現象引發(fā)學生的思考，如何通過實驗探究與理論推導相結合的方式，讓學生逐步深入理解“浮力”，從而在認知結構中建立“浮力”概念。

一、?貼近生活“引”概念，激發(fā)學習興趣

初中生的認知傾向易帶有情緒色彩，學生感興趣的學習內容，會激勵其長時間投入其中。物理教師在進行概念教學設計時，應從初中生的認知心理特點出發(fā)，找到學生的興趣點，培養(yǎng)學生的學習興趣。在新課教學時，教師從學生熟悉的生活情境引入課題，可以觸動學生原有的豐富的生活經歷，激發(fā)學習興趣，引起學生共鳴。

教學片段1：如圖1所示，觀察四幅圖片中的物體，引入浮力概念。

采取排比式的問句，給學生以強烈的思維沖擊，引發(fā)思考：

（1）氣球為什么騰空而起？

（2）人為什么可以在死海海面上看書？

（3）軍艦為什么能漂浮在海面上？

（4）雞蛋為什么在鹽水中懸浮？

圖1

設計意圖：“浮力”這個詞在生活中經常提到，學生已有初步認識，PPT展示四組圖片，再現學生生活中常見的情景，為學生物理概念的建立做好鋪墊。教師以排比式的問句，使學生通過觀察對比，意識到四幅圖片的共性——他們都受到了浮力。在此基礎上，教師進一步拋出問題引發(fā)學生思考：大家生活中還觀察到了物體受了浮力的哪些現象呢？通過學生廣泛的舉例，讓學生在大量的實例中對“浮力”概念產生初步認知——漂浮或者懸浮在液體或氣體中的物體會受到浮力的作用。教師從學生生活經驗著手，以豐富的物理事實為基礎，提出問題引起學生思考，激發(fā)學生解決問題的欲望。

二、?溫故知新“建”概念，架起知識橋梁

教學片段2：通過建立物理模型，由生活走入物理。

教師逐層設問：

（1）你能對漂浮在死海海面的人和懸浮在鹽水中的雞蛋進行受力分析嗎？

（2）若已知他們的重力，你能利用已學的力學知識求浮力的大小和方向嗎？

（3）你能總結歸納漂浮或者懸浮在液體或者氣體中的物體所受浮力的特點嗎？

（4）物體所受到的浮力的施力物體是誰？可能跟我們所學的什么知識有關聯呢？

設計意圖：學生生活中常見漂浮或懸浮在液體或氣體中的物體受到浮力，以這個情景為切入點，引導學生利用二力平衡的知識（如圖2）判斷出浮力的大小和方向，F浮=G物，方向豎直向上。該方法求浮力，本是學生對浮力最易接受的認知，但學生在學完阿基米德原理后，往往容易忽略此法。因此教師在進行“浮力”教學設計時，通過三個逐層遞進的問題，為學生認知浮力概念建立腳手架，逐漸從生活感知上升到理性認識，最后通過第四個問題引發(fā)學生對浮力更深層次的思考，為后面完整理解浮力概念奠定基礎。

圖2

三、?實驗探究“示”概念，創(chuàng)設認知沖突

初中生的認知思維正處于從形象思維向抽象思維的過渡階段。教師在開展概念教學時應從形象直觀的實驗現象入手，由易到難、由簡到繁、由定性到定量，逐層遞進、步步深入地引導學生學習相關的物理概念，提升學生的思維深度與廣度。在前面學習的基礎上，學生對“浮力”概念有了初步的認識，教師再設計一系列的小實驗，讓學生在實驗觀察中，將浮力與液體（或氣體）的壓力建立聯系，使學生深刻感悟到物體受到浮力是由于液體（或氣體）各個方向擠壓物體，對外表現的一個合效果，然后通過“壓力變化”的可視化實驗直接測量出浮力，進一步完善浮力概念。

教學片段3：我們很多人都會游泳，當你在沒入水中憋氣時，你有什么樣的感受？

回答：感受身體受到水的向上“托力”。

猜測：沉在水底的物體也受到物體向上的浮力。

設計意圖：知識是相互聯系的，學生學習是螺旋式上升的過程。這個實驗在前面學習液體壓強時也涉及，這里再次回顧使得學生對液體壓強認識有一個新的提升，讓學生從不同的視角研究同一個實驗，體驗和感悟實驗背后的科學道理，感受液體的壓力，感悟浮力的來源，促使他們將浮力與已有知識構建聯系。

教學片段4：設計實驗，直接觀察沉在容器底部的物體受到浮力作用。

用一個密封不滲水的數字小臺秤稱量一個砝碼的重力F1（如圖3所示），再把該臺秤放入帶有出水口的裝有水的容器中，使容器中的水恰好與出水口相平。重新調零臺秤，再放入砝碼來測量砝碼的重力F2（如圖4、圖5所示）。觀察比較F1和F2。

圖3

圖4

圖5

現象：F2比F1小，臺秤示數變小了。

追問：（1）我們觀察到當把砝碼從臺秤上取下來后，臺秤示數變?yōu)榱恪．敯雅_秤放入盛有水的容器中如圖4所示時，臺秤又有示數了，為什么？

（2）怎么調節(jié)臺秤使得水對臺秤的壓力抵消？

（3）操作如圖5，觀察發(fā)現臺秤讀數變小了，即砝碼對臺秤的壓力變小了。對比圖3與圖5，請你猜測是什么原因導致砝碼對臺秤壓力的變化？

設計意圖：教師從學生最原始的想法出發(fā)，沉在底部的物體如果受到浮力，那么物體對底部的壓力將會變小，設計實驗直觀地“展示”思維過程，讓學生切切實實地“看”到沉在底部的物體也受到了浮力。教師通過設置三個遞進的問題，引導學生有梯度的思考，提升他們理性思考的能力，對學生正確物理觀念的形成奠定堅實的基礎。為保證本次實驗結果科學、正確，實驗操作中有兩個關鍵點：（1）圖4的調零，（2）保證砝碼放入前后水面高度不發(fā)生變化。由于本節(jié)課時有限，教師可以不用解釋（2）操作要點。而是將這個內容作為當天的作業(yè)布置給學生，使課堂內容在作業(yè)中進一步延伸和升華。設置作業(yè)內容如下：若本實驗容器中的水低于出水口，再放入砝碼后液面會怎么變化？會給實驗帶來怎樣的影響？

以上兩個教學片段，采取直觀的實驗器材、可視的現象，引導學生從實際出發(fā)，運用物理實驗來進行自我修正學習，獲得浮力兩個層次的定性認識：第一層次——浸在液體（或氣體）中的物體都受到向上的浮力;第二層次——浮力是浸在液體（或氣體）中的物體，受到液體（或氣體）對物體各個方向擠壓的合效果體現。

教學片段5：借助液體壓強知識觀察橡皮膜形變，歸納總結浮力產生的本質原因。

演示實驗：如圖6所示，取一個亞克玻璃制成的正方體，其上下左右四個側面帶有相同橡皮膜。把薄膜正方體放在內水槽底板方孔上，如圖6（A）所示，僅往內槽注水，觀察正方體各個面橡皮膜的形變情況。如圖6（B）所示，再往外槽中注水，再次觀察正方體各個面橡皮膜的形變情況。

現象：如圖6（A）所示，僅向內槽注水，薄膜正方體底部橡皮膜沒有發(fā)生形變，其他三個面的薄膜產生形變，且左、右面對稱凹陷程度相同;如圖（B）所示，再往外水槽中注水，發(fā)現當外槽的水位達到一定的高度時，薄膜正方體四個面的橡皮膜都產生形變，左、右面凹陷對稱程度相同，上、下兩側橡皮膜凹陷程度不同，且下表面凹陷程度較大。

圖6

推理：柱體各側面受到液體壓力抵消，上、下表面受到液體的壓力的合力就是浮力，方向豎直向上的。

設計意圖：借助本實驗讓學生直觀地觀察到液體中物體各面所受液體的壓力大小的異同，解釋并回答前一個實驗中木塊的浮沉變化問題，引導學生發(fā)現浮力產生的本質原因。

教學片段6：學會彈簧測力計定量測量浮力的大小。

學生活動：觀察三幅圖，分析每個靜止物體受到的力。

設計意圖：如圖7所示，通過手托物體和水“托”物體類比，加深學生理解浮力的效果，學會浮力的測量。

圖7

物理學的精髓在于以“物”析“理”，所謂“物”就是“事實依據”，“理”就是“理性思維”，而思維不是自然發(fā)生的，它一定是由“問題”引發(fā)的。教師以小組討論為載體，以探究實驗為主線，將科學探究方法和探究問題的思路，滲透到一個個問題中，進一步引導學生完善浮力概念的構建。

四、?理論推導“析”概念，激發(fā)思辨潛能

科學探究分為實驗探究和理論探究，實驗探究既能夠促使學生主動參與認知過程，又能夠培養(yǎng)學生的動手能力和自主學習能力;理論探究既能增強學生的建模能力，又能激發(fā)學生思辨潛能，提升學生的思維品質。很多物理概念和規(guī)律的形成過程，都是實驗探究和理論探究兩者完美結合的結果，例如自由運動和牛頓第一定律。

圖8

教學片段7：利用浮力產生的原因和液體壓強知識，理論推導柱狀物體所受的浮力大小。

（1）浮力產生的原因是什么？

F浮=F下表面-F上表面

（2）怎樣用液體壓強來表示受到的壓力？

p上表面=ρ液gh1?p下表面=ρ液g（h1+h0）

F浮=ρ液g（h1+h0）S-ρ液gh1S=ρ液gh0S=ρ液gV排

（3）請同學們思考該推導結果是否適用于不規(guī)則物體？

此推導從柱形物體浸在液體或氣體中時所受到的浮力出發(fā)獲得結論，實驗證明對于不規(guī)則物體受到的浮力也滿足F浮=G排=ρ液gV排，然而這個推導過程需要更復雜的數學運算才能完成。

設計意圖：教師用問題啟發(fā)、點撥、引導和激勵，讓學生體味、領會、感悟和理解，使學生在問答中產生思維的碰撞，通過自己的潛心思考，利用抽象的物理模型進行數理推理，深層次理解浮力概念。

綜上所述，教師在物理概念教學時，教學內容應盡量取材于學生的生活實際，讓學生從熟悉的情境中學習知識。在課堂上應巧妙利用學生的認知沖突設計實驗，突破教學的重點和難點，引導學生采用實驗和理論相結合的方法，由特殊到一般逐步歸納事物的共同屬性，完成從感性認識向理性認識的轉變。在學生建立概念和認識規(guī)律后，教師應及時引導學生用掌握的知識分析解決生活和社會中的實際問題，促使學生逐步養(yǎng)成從物理學視角解釋自然現象和解決實際問題的習慣，從而樹立正確的物理觀念，用物理學的科學方法和精神對待周圍的事物。

參考文獻：

[1]高國名.關注物理知識構建提升學科核心素養(yǎng)[J].中學物理參考，2018（7）.

[2]馬秀云.問題與實驗“互為驅動”培養(yǎng)高階思維能力[J].中學物理參考，2018：1-2.

作者簡介：

陳鳳玲，上海市，華東師范大學第二附屬中學附屬初級中學。