从“探究 实验 悟理”中享受学习物理的乐趣

李刚

1 教学分析

探究精神是科学的灵魂，探究能增强学生主动参与的积极性，加深学生研究思考问题的程度.物理是一门以观察和实验为基础的自然学科，实验活动是研究物理问题的根本方法，也是培养学生科学方法和科学态度的有效途径. “物理悟理，悟物穷理，理在物中，理在悟中”，“学物之理，悟人之理”，这是物理学之道和为人之道.物理就是万物之理，物理最终就是“悟理”.

对于浮力，学生的生活经验是比较多的，但一些表面的现象，会使他们形成一些错误的前概念（如下沉的物体不受到浮力），这些必须用实验来纠正.探究浮力大小与哪些因素有关是建构浮力大小规律的一个重要的过程性学习活动（规定为学生必做实验），它是一个定性的探究，对学生的定量要求不高，但它涉及到较多因素，对学生探究能力的训练是一个比较全面的平台，比起直接验证浮力与排开液体重力的关系要丰满得多.对阿基米德原理的认知要求是“知道”，“知道”是认知的第一水平，而不是会背结论，要了解它的内涵，能应用它说明生产和生活中的浮沉现象，但应避免在定量解决问题中提过高要求.基于此，这节课采用演示实验和学生实验相结合的方式，注重引导学生动手、动脑、动口，在教师的启发下，让学生自己去解决“下沉的物体是否受浮力”，“浮力的大小与哪些因素有关”等问题，这样既充分调动了学生的主动性，又活跃了课堂气氛.让学生通过经历探究浮力大小的过程，体会和感悟实验方法对物理学习的重要性，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，认真思考主动学习.体现从生活到物理从物理到社会的新课程理念，增强物理的应用意识，培养学生用物理的眼光看问题，用物理的头脑思考问题.

2 教学重点、难点

【重点】浮力的概念和阿基米德原理.

【难点】下沉物体是否受到浮力；探究影响浮力大小的因素，并能进行分析归纳.

3 实验器材与装备

演示实验器材：水槽、乒乓球、细铁丝、烧杯、小铁块、皮球、水桶、弹簧测量计.

信息技术支持：IPAD（无线WIFI摄像头）、手机（课堂交互工具）、未来教室（StarC系统）

学生实验器材：烧杯、水、酒精、浓盐水、重物（侧壁有标记）、弹簧测力计、溢水杯、小桶、升降台、棉布、铁架台.

4 活动设计

活动一：认识浮力

老师：同学们，今天的学习从观察思考开始.在老师手上有一个乒乓球，将它浸没到水中，放手，乒乓球会浮起来，这是为什么呢？此外，松手后的氢气球也会飘向高空，这又是为什么呢？

引出浮力的定义.

设计意图：为让学生感悟到“浮力”的存在，我们选用了“乒乓球在水中上浮”这一实验，具体实施时遇到这样一个问题：乒乓球在水中上浮的速度很快，怎样才能呈现乒乓球从水底缓慢浮起的过程？经过组内教师的讨论及实践，得出一个比较好的方法：在乒乓球内注入适量的水，容器则用透明盛液筒，同时再借助铁丝等把乒乓球压在水底.

（板书：浮力：液体或气体对浸在液体或气体中的物体向上的托力叫浮力，记作F浮.）

老师：那么，浮力的方向是怎样的呢？你们的依据是什么？请同学来说说看.

接下来通过实验进一步验证，在老师手上有一根重锤线，下面的重物受到重力的作用，将上面的细绳拉直，细绳拉伸的方向与重物所受重力方向一致，即竖直向下.同理，在乒乓球的下端系上一根细线，它伸长的方向与乒乓球受到浮力的方向一致，它的方向是竖直向上的吗？让重锤线靠近它，发现两根线重合.这说明浮力的方向是竖直向上的.

设计意图：原来的设计是通过受力分析得出浮力的方向是竖直向上，比较抽象.本设计中借鉴有关“重力方向”演示实验的做法：用一段较粗的红毛线，将其两端分别固定在乒乓球和玻璃缸的底部，将水注入玻璃缸，直到将乒乓球浸没，观察红毛线被拉伸的方向.将玻璃缸的一端垫高，再观察红毛线被拉伸的方向，并与重垂线做对比.此实验说明浮力的方向总是竖直向上的，这个方法操作起来比较简单，也比较直观.

老师：生活中有很多物体受到浮力的作用，你们能列举出一些物体受浮力作用的例子吗？

刚才大家列举的这些例子，物体都是漂浮在液面上的，那么下沉的物体是否也受浮力呢？小组讨论，然后用Clicker做出选择.大家认为下沉的物体受浮力作用，那能否设计一个实验来证明吗？

设计意图：用下沉的铁块与漂浮的物体对比使学生的思维形成冲击，从而去进一步思考浮上来的物体受到浮力，下沉的物体是否也受到浮力的作用？学生会回到生活中寻找支持自己猜想的现象.通过StarC中Clicker交互对学生的前概念进行前测，再由教师加以引导使其再次回到物理中，设计方案去检验下沉的物体是否也受到浮力的作用.小组交流后再利用IPAD的无线WIFI摄像头在主屏上展现出小组的实验设计方案，使学生在交流中学习.得到学生都认同的解决方案后再进行分析，通过分析学生们不仅明白了下沉的物体也受到浮力的作用，还总结出测量浮力大小的方法（称重法）.这体现了在活动中学习.

活动二：探究浮力大小与什么因素有关？

老师：请一位同学来完成一项任务，把一个气球压入到水中去，再谈谈感受.

老师：很难压，越往下越难压？这是为什么？越往下球受的浮力越大，那在水中的物体受到的浮力大小可能和哪些因素有关？

学生猜想：可能与物体浸在水中的体积、浸入水中的深度有关.

设计意图：“气球压入水中”是一项趣味性很强的游戏，可以提高学生学习的兴趣，同时激发学生的思考，为下面猜测浮力的大小与什么因素有关提供依据.

活动二：浮力与哪个因素有关.

实验1：用称重法测量物体浸在水中不同情况下所受浮力大小（图1）.

设计意图：用称重法测量不同条件下物体所受浮力的大小，既可加强学生对新方法的掌握，又能够使学生获得增强活动技能的机会，这就是在实践中学习.

学生实验的创新及改进之处在铁架台和升降台的使用上，利用铁架台可以减小因手部抖动引起的读数误差，利用升降台能改变重物浸入水中的深度，便于操作和准确收集数据.学生通过相互合作获得实验数据，这就是学生的成果.

在引导学生分析数据时，利用StarC交互功能，使学生认识到浮力与物体排开液体的体积有关与浸没的深度无关，为后面的探究做好铺垫.

对学生的实验数据进行分析，得出相关结论.

老师：浮力的大小还和什么因素有关？你猜测的依据是什么？这个实验应该如何设计？采用了什么研究方法？通过数据能得出什么结论？

实验2：用称重法测量物体浸没在不同液体中所受浮力的大小（图2）.

探究1：浮力大小还与哪些因素有关（图3）

结论：浸在液体里的物体，所受浮力的大小与排开液体的体积和液体的密度有关，且排开液体体积越大，液体密度越大，物体所受浮力越大.

活动三：探究浸在液体中的物体所受浮力大小与物体所排开的液体重力有什么关系？

老师：通过实验探究发现浮力的大小与两个因素有关.要找到物理规律，需要学会从定性研究走向定量研究.那么，浮力的大小和液体密度、排开液体体积有什么关系？由于浮力与它们是不同类型的物理量，要研究他们在大小上的关系，需要把他们转变成相同的物理量，即探究浮力和排开液体的重力在大小上有什么关系.

探究前先解决两个问题：

问题1：用什么方法测量物体所受浮力？

问题2：怎样测量被物体排开的液体重力？

设计意图：利用学生已有的知识和经验，一步步由浮力与液体密度和物体排开液体的体积的关系过渡到物体所受浮力与物体排开液体重力的关系上，经历自我生成、自我构建的过程.

阿基米德原理的探究是难点，在这里笔者采用了“分解法”，即把物体所受浮力与物体排开液体重力有什么关系拆分为两块：一是学生明确测浮力的方法；二是学生通过讨论用集体的智慧攻克难关：被物体排开的液体重力的测量方法.这就为学生搭建了台阶，符合学生的认知规律.这个探究过程较为复杂，因此要在明确思路后在展开探究时适当降低难度，不要挫伤学生的积极性.通过有序的探究，学生们总结得出阿基米德原理，让其再一次体验成功.

实验如图4所示，将测量时的数据填入表3中.

设计意图：教师在学生设计的基础上对器材稍加改进，引出新器材溢水杯，并介绍溢水杯的使用方法.利用新器材，结合学生设计的实验方法引导学生探究浸在液体中的物体所受浮力大小与物体所排开的液体重力大小的关系.

学生整理分析数据，展示实验过程，总结得出

结论：

浸在液体中的物体所受浮力大小等于被物体所排开的液体的重力——阿基米德原理.

教师：阿基米德是古希腊杰出的科学家和数学家.他勤奋好学，热爱科学，用所学的知识建设和保卫自己的国家，特别值得敬佩的一点是，他把爱国作为他人生的最高信仰. 希望同学们跟他一样，“爱国、爱家、爱自己”.

5 教学反思

浮力是学生比较熟悉的一种力，是初中物理重点内容之一.本堂课在学生生活经验的基础上，通过观察和体验来建立浮力的概念、研究浮力的规律，主要采用演示实验和学生实验相结合的方法，注意引导学生动手、动脑、动口，在教师的启发下，让学生自己去解决问题，这样既充分调动了学生的主动性，又活跃了课堂气氛.学生们通过经历探究浮力大小的过程，能体会和感悟实验的方法对物理学习的重要性，能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，认真思考，主动学习，体现从生活到物理、从物理到社会的新课程理念.

（1）本课在引入新课时用了学生比较熟悉的事物和现象，激发了学生的兴趣.首先设计了演示实验：放入水中的乒乓球会浮起来，氢气球在空气中会飘起，让学生感受到浮力的存在.通过对现象的分析，由生活回到物理，构建浮力的概念，再由物理进入生活，由学生列举生活中能说明物体受浮力作用的现象.

（2）通过铁块的下沉与物体上浮的对比使学生的思维形成冲击，从而去进一步思考浮上来的物体受到的浮力，下沉的物体是否也受到浮力的作用.学生会回到生活中寻找支持自己猜想的现象.小组交流汇报，使学生在交流中学习，得到学生都认同的解决方案后再进行分析验证，不仅证明了下沉的物体也受到浮力的作用，并且总结出称重法测浮力.通过Ipad 的无线wifi摄像头能很好地呈现演示实验和各小组的实验设计方案，通过StarC中Clicker交互功能对学生的前概念进行进行前测，可以指引后面的教学.

（3）学生压皮球这个游戏可以让学生体验到浮力，同时对浮力的大小与什么有关做出猜测.用称重法测量不同条件下物体所受浮力的大小，既可加强学生对新方法的掌握，又能够搞清浮力大小到底与物体浸入液体的体积有关还是与深度有关，它需要在实践中学习，同时把探究浮力的难题也预先解决.通过相互合作获得实验数据，引导学生对数据做进一步的分析，学生会从中意识到知识的连续性、伸展性.学生实验的创新及改进之处在铁架台和升降台的使用上，利用铁架台可以减小因手部抖动引起的测量误差，利用升降台能改变重物浸入水中的深度，便于操作和准确收集数据.学生通过相互合作获得实验数据，这就是学生的成果.

（4）利用学生已有的知识和经验，一步步由浮力与液体密度及物体排开液体的体积的关系过渡到物体所受浮力与物体排开液体重力的关系，在学生的思维中产生自我生成、自我构建的过程.在阿基米德原理的探究中采用了“分解法”，即把物体所受浮力与物体排开液体重力有什么关系拆分为两块：一是让学生明确测浮力的方法；二是让学生通过讨论用集体的智慧攻克难关及被物体排开的液体重力的测量方法.这就为学生搭建了他可以踏上去的台阶，符合学生的认知规律.这个探究过程较为复杂，因此要在明确思路后在展开的环节适当降低难度，不挫伤学生的积极性.通过有序的探究，使学生总结出阿基米德原理，再一次体验成功.

（5）在每个活动环节中，突出在活动中学习，在合作交流中学习，在不断反思中学习，利用信息技术做好交流评价.学生正是通过摆弄实验器材获得关于浮力的表象，进而上升为理论知识，教师给予学生更多的操作实践机会，通过丰富的材料，使学生可以亲自进行实验，体验成功和失败.未来教室也正好提供了一个更利于交流、合作、评价的平台.