形同神异,,殊途同归
一、“物体浮沉的条件”知识点的内容分析
浮力知识的内容综合性较强、能力要求也高。浮沉条件是力学中的重要知识点之一,是在学生生活经验的基础上,通过实验和观察来建立浮力的概念和研究浮力的规律。
“物体的浮沉条件”是在学习了力、压力、压强、浮力相关知识以后力学内容的进一步综合,并涉及到相关知识在生活中的广泛应用,如轮船、潜水艇、热气球、飞艇以及孔明灯等。从学生的角度而言,正确理解与熟练应用“浮沉条件”,一般需要力、二力平衡条件、力的示意图与受力分析、密度、重力、液体压强、浮力、阿基米德原理等前提性知识作为认知基础和铺垫。
“物体的浮沉条件”基本教学要求是:知道物体浮沉的条件。在教学中应注意通过实验让学生经历探究浮力大小的过程,体会和感悟实验的方法对物理学习的重要性,同时也加强了理论分析和推理判断的作用。一般“物体的浮沉条件”重在综合所学力学知识培养学生的分析能力,理论分析和推理判断重在使学生认识到浮沉条件在社会生活生产中的应用及其重要意义,进一步了解物体的浮沉条件,能够说出实现漂浮、上浮、下沉、悬浮所需要的条件。
二、学生学习“物体浮沉的条件”前的认知状态分析
认知心理学认为,教学效果往往直接取决于学生学习时头脑中已具有的认知结构和实际的认知加工,如果充分重视学生原有认知水平,有针对性地选择一些适合学生认知水平的学习材料,设置恰当的物理情境,就能充分激发学生已有 “潜在状态”的知识。由于物体的浮沉现象在日常生活中比较常见,学生有一定的感性生活经验,比如:“浸入水中的上浮的物体会受到浮力作用”,“物体受到的浮力大上浮,受到的重力大就下沉”等,这些有利于学生进行浮沉条件的进一步学习。在“浮沉条件”教学中,既要注意利用学生已有的经验和知识,又要注意纠正那些非科学的经验和观念。比如受生活中“物体越重,受到浮力越大”“铁、铜、钢等金属比水重,在水中一定下沉”“下沉的物体不受浮力影响”“重的物体在水中一定下沉”等错误概念的影响,对于浮沉条件教与学的环节设计,需要充分考虑到这些对学生学习浮沉条件知识的负面影响。另外,学生对于一些与浮力相关的基础概念也容易混淆,影响对浮沉条件的理解,应注意科学指导。比如:“浸在”和“浸没”的区别,“排开液体体积”和“物体体积”的关系,“悬浮”和“漂浮”的区别等。因此要利用学生已有的生活经验发展学生的认识,充分利用学生掌握基础知识的程度和抽象思维能力发展的情况,积极引导学生自己应用已掌握的基础知识,用科学的观点和态度来研究浮力问题。同时在实验探究过程中,注意培养学生分析问题和推理的能力。
三、“物体浮沉的条件”不同风格典型案例的示例
根据学生生活经验的不同,考虑到教学内容编排、教学条件的限制,实际教学中“浮沉条件”这个知识点的教学设计上也呈现出了不同的设计思路。限于篇幅,本文的案例分析将着重对“浮沉条件”这一知识点的实验探究过程设计进行分析,而“物体浮沉条件的应用”方面则省略,不再赘述。以下选择两个典型案例,分别从教学目标编制、浮沉条件的教学环节设计等方面进行比较分析,从中体会不同教学设计的思想精髓与优劣势。
案例举例一:《物体的浮沉条件》教学设计
设计者:江苏省南京市孝陵卫中学袁志彬
【教学目标】
1.观察物体上浮、下沉的现象,寻求使物体上浮与下沉的方法。
2.探究、理解物体的浮沉条件。
3.经历探究物体浮沉的过程,培养学生观察、动手实验、分析和概括的能力。
4.通过探究性学习,培养学生的科学素质和团队合作精神。
【教学设计环节】
师:我给同学们提供的器材有:弹簧测力计、天平、量筒、溢水杯、玻璃瓶配重物、水……
你能想到几种方法测出或计算出物体重力的大小呢?
生:①可以直接用弹簧测力计测出重力;②可以用天平称出物体的质量,然后根据G=mg求出物体的重力。
师:那么你又有几种方法测出浮力的大小?
生:①用弹簧测力计测出物体在空气中的重力,然后将物体浸入水中,测出拉力;②用溢水杯,测出溢出水的体积。然后根据阿基米德原理求出浮力;③在量筒中倒入适量的水V1,再将重物放入水中,记下此时液面到达的刻度V2,V2-V1=V排,最后根据阿基米德原理求出浮力。
师:很好!大家的想法很多也很正确。下面我们就来探究物体在不同状态下的重力、浮力。我们首先研究下沉。(出示石块)你选择哪种方法测出重力、浮力?
生:我选择用弹簧测力计测出重力和浮力。
师:很好!下面大家动手实验,并把实验结果填入表格一当中。
表格一:
师:下面请同学们交流一下你们实验的数据:重力多大、浮力多大?
(学生汇报,教师记录。)
师:通过同学们的数据,你能总结出物体下沉时的条件吗?
生:当重力大于浮力时,下沉。
师:下面我们接着探究,(出示玻璃瓶)如何测出它的重力,如何测出它的浮力呢?还能不能用弹簧测力计测量?
生:不能。
师:这时候你又会选择如何测量浮力呢?
生:在量筒中倒入适量的水V1,在将重物放入水中,记下此时液面到达的刻度V2,V2-V1=V排,然后根据阿基米德原理求出浮力。
师:(教师演示)漂浮很简单,那要测玻璃瓶上浮时的V排,而且要浸没,怎么测量呢?
生:用针或者笔尖将瓶子按入水底。
师:再提醒大家一点,为了测量的重力更加准确,在每次测重力时都要把瓶子擦干净。下面大家开始实验,并把实验数据记入学案的表格二中。
表格二:
二、学生实验:
师:下面请同学们交流一下你们实验的数据:重力多大、浮力多大?
(学生汇报,教师记录。)
师:通过同学们的数据,你能总结出物体上浮、漂浮的条件吗?
生:重力小于浮力,物体上浮;重力等于浮力,物体漂浮。
师:物体在液体当中,除了上浮、漂浮和下沉之外,还有别的浮沉情况吗?
三、演示实验:鸡蛋悬浮于盐水中
师:现在鸡蛋浮在水面上没有?沉到水底没有?
生:没有。
师:这种鸡蛋悬在液体当中的现象,称作悬浮。请问鸡蛋此时的重力和浮力关系如何?
生:相等。
二、归纳总结: 物体的浮沉条件(板书):
案例举例二:物体的浮沉条件设计
执教者:四川省威远新店永民初级中学陈晓梅
【教学目标】
1.知道物体的浮沉是由重力和浮力决定的。会判断物体浮沉。
2.会对物体进行简单的受力分析,并知道漂浮的物体浮力大小等于物重。
【教学设计环节】
问:既然一切浸入液体中的物体都要受到浮力,那么为什么有的物体在水中下沉,有的在水中上浮呢?下面我们就来讨论物体的浮沉条件。
板书:一、物体的浮沉
演示实验:将3个乒乓球浸没在水中(一个充满沙;一个中空;一个有部分沙,用蜡封住),松手后出现什么现象?分析讨论。
问:浸入水中的物体受到哪几个力的作用?(重力、浮力)它们的施力物体是谁?(地球、水。)
一个物体在受到两个或两个以上力的作用时,它的运动状态由它们共同决定。
(1)当F浮 =G 时,它受到平衡力的作用,将处于什么状态?(静止、悬浮)
(2)当F浮>G 时,它受到非平衡力的作用,将处于什么状态?(上升、上浮)
(3)当F浮 问:沉的物体最终处于什么状态?(静止)为什么?(另外受到容器底对它的支持力。)(G=F浮+F 支) 问:那么上浮的物体最终处于什么状态?(静止)我们就说物体漂浮在液面上,那么,F浮=G。受到平衡力的作用。 讨论:上浮的物体,上浮至漂浮在液面上的过程中,物体的重力怎样变化?浮力怎样变化?浸没在水的体积能怎样变化?说说浮力的大小可能跟什么有关系? 四、“物体浮沉的条件”两个典型案例的比较与反思 (一)教学目标的编制 美国的课程专家布卢姆(B.S Bloom)说过:“有效的教学始于准确地指导希望达到的目标是什么,教师所期望的学生的变化,便是教学目标;教学目标具体而言,就是用某种特殊方式,描述在教与学双边活动实践后,学生应当能做些什么,或学生应具备哪些特征。” 简单地说,物理教学目标是指通过有目的的物理教与学实践活动,教师期望学生所达到学习标准或发生的行为变化,其实质是物理学习目标,也称为学习行为目标。具有导向性、激励性与可测性的特点。以下结合两个教学设计案例进行分析。 【比较与分析】 案例一评析: 教学目标编制没有分3个维度进行陈述,其主要问题是: 教学目标层次错位,知识水平的教学要求过高。从“课程标准”看,“浮沉条件”的教学要求是“知道物体的浮沉条件”,其知识水平要求过高,即由“知道”层次提高到“理解”层次。过程性目标与知识性目标混淆,比如“探究、理解物体的浮沉条件”,建议分开陈述,过程性目标与目标3“经历探究物体浮沉的过程”教学目标相整合。同时,目标3中的技能目标“培养学生观察、动手实验、分析和概括的能力”与过程性(体验性)目标“经历探究物体浮沉的过程”混淆,建议分开陈述。 案例二评析: 教学目标编制没有按3个维度进行陈述,教学目标的知识水平要求把握比较准确(知道层次),注意技能性目标(会)的落实,突出了知识性与方法性目标的编制,主要问题是:缺少情感、态度价值观教学目标的编制。 (二)实验探究过程的核心教学设计 两个案例中的实验教学设计各有特色,其设计的意图与教学目标的实现、学生的认知特点、教学实验条件以及教师对教材的理解和把握能力密切相关,因此,“物体浮沉的条件”实验的设计形式各异,各有特点。 1.案例一教学过程设计解剖。 本教学设计从 “物体浮沉条件”实验探究入手。本案例提供的主要器材有:弹簧测力计、天平、量筒、溢水杯、玻璃瓶配重物、水……通过“几种方法测出或计算出物体的重力的大小,又有几种方法测出浮力的大小”这样的问题 使学生通过讨论,确定最优的实验方法,即选择用弹簧测力计测出重力和浮力,这样操作简单。 在探究上浮物体的浮沉、漂浮条件时,利用提供的玻璃瓶和量筒,引导学生测出它的重力与浮力,提示学生能不能用弹簧测力计测量。这样通过讨论,让学生知道根据阿基米德原理求出浮力,从而让学生逐步理解上浮物体浮力测量的方法与下沉物体受到浮力测量方法不相同。另外,在实验中教师始终注意让学生交流实验数据记录,让学生从数据中分析归纳出浮沉条件,进一步加深了对浮沉条件的理解。 在上浮与漂浮条件探究出来以后,又通过演示“鸡蛋悬浮盐水实验”,引导学生体会悬浮的特点,进一步加深对浮沉条件的理解与把握。 【案例评析】本次设计的最大特点就是,从学生日常生活经验入手,记住分析实验探究,实验演示,分组讨论,收集数据,归纳分析得出物体的浮沉条件的实验结论。最重要的是,这个结论不是直接强加给学生的,而是在学生分组实验探究的基础得出的,此教学设计有利于引导学生主动参与学习过程,培养学生动手实验、分析概括的能力。 2.案例二教学过程设计解剖。 本设计开门见山,从浸入水中物体会出现浮沉现象入手,提出要讨论的浮沉条件。其中浮沉条件的设计,主要是借助3个乒乓球(一个充满沙;一个中空;一个有部分沙,用蜡封住),分别浸入水中出现不同的浮沉情况,让学生先猜想运动状态,然后通过受力分析的方法,逐步归纳出上浮、下沉以及漂浮和悬浮时物体重力和浮力应满足的条件。 最后,通过对从浸没水中物体上浮过程中,重力、浮力大小的变化的讨论,进一步加深对阿基米德原理和物体浮沉条件的理解。 【案例评析】该设计主要是以实验探究、图示分析、归纳概括等方式,进行浮沉条件的探究。本设计总体看,思路清晰,过程简洁,没有什么过多的复杂形式,避免了形式化的探究活动。从教学效率角度看,实验操作简单,分析推理与概括简单,思路清晰,十分高效。但从培养学生自主设计实验方案,自主开展实验探究的培养方面看,无疑还存在着一定的欠缺。 E-mail:hit790205@163.com 编辑/张烨