刍议“影响浮力大小因素”的教学设计

赵洪慧+石尧

摘 要：针对学生在影响浮力大小因素中存在的有关前概念，我们立足学生本位观，以学生大脑中固有的前概念作为教学流程设计的出发点，以科学探究的方式作为教学设计的逻辑主线，希冀对该内容教学及学生学习困难的破解有所裨益.

关键词：物理教学；浮力；前概念；学习困难

1 问题的提出

《浮力》是初中物理教学的重、难点之一，对学生的抽象思维和逻辑推理有着较高的要求，期间包含着许多容易被忽略的细节，给学生造成了沉重的认知负荷.进一步研究发现，《浮力》教学中能否使学生合理地猜想到“影响浮力大小的因素”，并做出科学正确的假设，是设计探究实验，得出阿基米德原理的关键.然而在“影响浮力大小因素”内容的教学中，干扰学生正确认识形成的外因很多，仅凭教师讲解传授抑或实验演示都无法克服学生头脑里的错误观念.

在现实教学中，有些教师习惯于使用“手按压易拉罐”的学生实验，即随着易拉罐浸入水中体积的增大，学生将由触觉体验到浮力在逐渐增大，同时由视觉感知到排开的水也在逐渐增多，从而直接得出浮力大小与排开液体体积有关的结论.虽然这一实验能够帮助学生建立正确的认识，但却不能彻底摒除学生错误的前概念，从根本上解决学生学习困难的问题，大脑中错误的前概念势必会在今后的学习中混乱学生的认知结构，可谓“只立而不破”.此外，该实验的思维过程较为复杂，同时涉及触觉和视觉两处感官认知，对尚处于具体运算阶段的初中生而言，实在难以统筹兼顾.

前概念是指学生在进入课堂学习之前，通过长期的经验积累与辨别式的学习，对日常生活中所感知的现象、事物等的非本质认识，学生意识中的前概念多与科学相悖.因此，在教学过程中拨乱反正，辅助学生形成正确的物理概念至关重要.由于错误的物理前概念具有超前性、广泛性、顽固性和反复性等特点，因而使它们彻底转变为科学的概念并非易事.鉴于此，我们立足破除学生前概念的教学理念，以科学探究为教学设计的主线，对本节课的教学内容展开系统研究.

2 探究影响浮力大小因素的教学流程

因初中生初涉物理領域，他们对物理现象充满了好奇， 因此本节教学内容是进行探究性学习的良好载体.即从探究影响浮力大小的因素入手，让学生依次经历提出问题、猜想假设、制订计划、收集证据、分析论证、交流合作等探究环节，最终得到浮力大小与液体密度和物体浸入液体体积有关，而与物体体积、物体密度、浸入液体中深度等无关的结论，继而为引入和学习《阿基米德原理》打下坚实基础.

首先，我们根据教学经验，编制了相关调查问卷，以便勘测学生大脑中的相关前概念.经调查统计可知，在影响浮力大小的因素中所涉及的学生前概念主要有物体质量、物体浸入液体体积、物体体积、物体密度、物体浸入液体深度及液体密度六个（如下表1所示），以此作为之后开展科学探究的材料.

研究表明，理论演绎对保持学生思维的严密性和一贯性有着不可替代的作用，是指引人们行为的风向标[1].因此在实际探究开始之前，教师可引导学生对影响因素进行理论辨析，观察各因素之间有无包含关系，进而将其拆解到其他因素的探究中.在此，结合所学知识，学生大都会发现，由于质量等于密度与体积的乘积，如果浮力大小与物体体积有关，肯定与物体质量有关；同时如果浮力大小与物体密度有关，也肯定与物体质量有关.于是便把质量这一因素拆解到体积和密度的探究之中.这样，通过对影响因素的理论辨析，就可以减少不必要的操作程序，为接下来的实验探究理清方向.

基于教学过程的自组织转变理论[2]，将教学过程可以看作是学生认知系统从被组织阶段向自组织阶段转变的过程.在被组织阶段，教师的示范与引导扮演着重要的角色，因此在学生提出可探究的问题及猜想后，教师就应先带领学生一起设计实验，使其大脑中形成理想的实验设计模板及规范的科学探究流程.从而为后续自组织阶段学生探究实验的开展做好充足的准备.

比如，教师可以探究浮力与物体浸入液体体积大小是否有关为例，带领学生一起寻找实验中的控制量、自变量与因变量.在此，为直观而清晰地理清实验中的各种变量，可以采用填写表格（如表2所示）的形式.

随后，教师引导学生设法对这些变量进行控制.譬如，用同一物体做实验可以保证物体的体积、密度一样，将物体浸入水中能够确保液体密度相同，然而怎样才能使物体浸入深度相同，浸入体积不同呢？可谓本实验设计的难点，这就需要选择特定的物体作为实验对象，这里我们使用的是长方体物块，将长方体三个不同侧面依次浸入水中，以某一浸入深度为准，在其他侧面做出相应的标记.

在此，教师要演示实验操作，并带领学生设计实验表格，叙述实验步骤，记录实验数据.值得强调的是，教师一定要注意操作的规范性，并用语言强调诸如“不要使物体接触杯底或杯壁”等操作事项，从而帮助学生大脑中形成直观的表象，为后面自行实验奠定良好的基础.最终通过学生对数据的分析归纳，得出“浮力大小与物体浸入液体体积有关，物体浸在液体中的体积越大，浮力越大”的结论.

接下来的教学过程将进入由被组织向自组织转变的过程，届时教师要将其他因素的探究“放权”于学生.鉴于课堂时间有限，其余四个猜想因素的验证不可能由一组设计完成，因此将任务进行分配，每组研究一个因素.在这期间教师由教学设计者瞬间变身为课程设计者，悉心为学生安排相应的实验仪器，如在探究浮力大小与液体密度关系实验中，提供密度较大的硫酸铜溶液和密度较小的酒精溶液；在探究浮力大小与物体密度关系实验中，给学生准备了体积相同的铜块和铁块等.

由此，各组学生从实验设计到数据收集，再到分析论证，一以贯之.最后各组选派一名代表汇报实验数据及实验结果，进而汇总得到实验结论——浮力大小与物体自身体积、密度及浸入液体深度无关，而与液体密度和物体浸入液体体积有关.为以后的阿基米德原理的得出做好铺垫

3 思考与启示

3.1 学生亲身体验，纠正错误概念endprint

物理概念是物理学的基础和核心，而错误的前概念则可谓物理概念学习的绊脚石，如果不能进行有效的概念转变，物理概念的学习便会退化为死记硬背的机械学习，使学生丧失学习兴趣.然而错误前概念的转变，不能采用说教式地强行灌输，而应设法巧妙地融入到整个教学过程之中.因而我们立足学生本位观，以学生大脑中固有的前概念作为教学流程设计的出发点，使学生亲历知识的形成过程.当学生在实验探究中发现，客观事实与自己的相异构想产生了冲突，就会暴露出其错误的前概念，造成认知结构的失衡，从而使之正确看待自己原有的生活经验，进行对比性反思，最终促成原有知识结构的顺应，用科学概念替换原有的错误概念，实现错误前概念的有效转变.

3.2 教师以身作则，学生模仿操作

科学探究属于一种特殊的技能，既涉及操作层面，又涉及心智层面，其掌握对于初中学生而言有着不小的困难.因此教师的示范作用与学生的主观能动要配合得当，才能取得预想的效果.如何处理好这二者的辩证关系，既发挥教师在课堂上的主导地位，又能够体现学生在课堂中的主体意识呢？在此，我们以教学过程的自组织转变理论为理论依托，将本节课划分成被组织过程与自组织过程两个阶段，在被组织阶段，教师从教学论角度，充分发挥其示范作用，而在自组织阶段，教师从课程论角度为学生筹备实验器材，为其提供学以致用的机会，从而促使学生大脑中“生成“科学探究的操作程序，使学生在今后的探究中无需搜肠刮肚，便能迅速找到研究问题的有效途径.

3.3 使用具体事物，克服想象困难

大量一线教学经验表明，很多学生对于物体浸入液体体积（V排）的理解都不尽如人意，而更倾向于物体浸入液体体积（V浸）的理解.这是因为物体排开液体体积不如物体浸入液体体积直观，需要借助想象思维才能充分理解.所谓想象思维是指根据现有知识和事实，发挥高度的抽象和联想能力，超脱现实，设想未知的变化过程[3]，是形式运算阶段所应具有的思维能力.而初中生大都处于具體运算水平，想象力较弱，对外界事物的理解难以具体事物的支持.因此，在因素猜想中选用了具体而易观察的物体浸入体积，并在后续教学中，鉴于“V浸易于观察，难于测量；V排不易观察，易于测量，难于理解”的研究结论[4]，再借助体积守恒的思想，用“排水法”完成由V浸到V排的合理过渡.

参考文献：

[1][4] 石尧.蠡测阿基米德原理教学的逻辑[J].课程教学研究，2016（10）：63～66.

[2] 邢红军.自组织表征理论：一种物理问题解决的新理论[J].课程·教材·教法，2009，29（4）：60～64.

[3] 邢红军. 中小学思维教学的深化研究[J].课程·教材·教法，2016，36（7）：33～39.endprint