“浮力”思维发展型课堂教学设计

龚文慧 邢红军

摘 要：在深入分析初中物理教材“浮力”编写特点的基础上，基于戴尔的“经验之塔”理论，提出“浮力”教学的难点在于思维方法显化的观点.为此，对“浮力”教学进行了思维发展型课堂的教学设计，通过显化思维方法，进行了“浮力”教学设计的创新，以达到促进学生对“浮力”本质理解的教学目的.

关键词：浮力;思维发展型课堂;教学设计

文章编号：1008-4134（2019）16-0050    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

作者简介：龚文慧（1995- ），女，山西浑源人，博士研究生，研究方向：科学教育;

邢红军（1960-），男，河南平舆人，博士，教授，博士生导师，研究方向：物理教学论.

1 问题的提出

“浮力”是初中物理教学中的一个重要概念，是对力、密度、压强等概念的深化，同时也是一个教学难点.其原因不仅在于液体作为施力物体，加大了“浮力”概念本身的抽象性，还在于学生头脑中“浮力”错误的前概念，干扰了“浮力”概念的建立.由于物理概念的形成是以感觉、知觉和表象为基础，经由分析、综合、抽象、概括等一系列思维加工活动，最后达到对物理现象本质的认识过程.因此，“浮力”教学的难点就难在思维过程的显化上.有鉴于此，本文从思维发展型课堂教学设计的角度，对“浮力”的教学进行新的探索，以期对“浮力”的教学有所裨益.

2 人教版教材“浮力”的编写分析

现行人教版教材在“浮力”编写时，大致分为三部分.第一部分是介绍“浮力”的概念，并通过演示，使学生了解浸没在液体中的物体受到浮力的作用.第二部分是通过液体对长方体上、下表面不同压力的分析，揭示浮力产生的原因.第三部分是在了解“浮力”本质的基础上，探究决定“浮力”大小的因素.

在第二部分，教材按照如下方式分析浮力产生的原因，如图1所示，“长方体两个相对的侧面所受液体的压力相互平衡，对物体水平方向的受力没有影响.长方体上、下表面所处的深度分别记为h1、h2，h1

那么，本节课的重点到底在哪个部分呢？对此，戴尔的“经验之塔”理论可以提供有益的启示.

1946年，美国视听教育家戴尔在《视听教学法》（Audio-Visual Methods in Teaching）一书中提出了“经验之塔（The Cone of Experience）”理论（如图2所示），他认为根据经验的抽象程度，可将其分为“抽象的经验、观察的经验和做的经验”[2].将这一理论运用到浮力教学中，不难发现，教材第一部分的演示实验对应“观察的经验”，第二部分对应“抽象的经验”，第三部分对应“做的经验”.由于“浮力”概念的逻辑性较强，抽象程度较高，因此，第二部分所对应的“抽象的经验”，即浮力产生的本质原因，才是本节课的重点所在，而这一部分应该通过语言媒介尤其是通过讲授来建构.

教材关于浮力产生原因的叙述，虽然按照一定的程序阐述了浮力产生的原因，但是学生很难感受到这种逻辑思维的力量.究其原因，还在于教材对于浮力产生原因的阐述过于简略，没有按照程序教学法的要求将浮力的产生过程加以显化.有鉴于此，我们对“浮力”教学进行了思维发展型课堂教学设计，通过显化思维的方法，进行“浮力”教学设计的创新，以达到促进学生对“浮力”本质理解的教学目的.

3 “浮力”的思维发展型课堂教学设计

所谓思维发展型课堂教学，是指教学取向应该从“知识理解”的取向，升华为“思维理解”的取向，即在进行知识教学的同时，进行思维方法的显化教学.教师在教学中应明确指出思维方法的名称，讲解思维方法的本质，揭示思维方法的过程.基于此，我们设计了如图3所示的“浮力”思维发展型课堂教学流程图，突出思维展开的教学过程.

如图3所示，在分析浮力产生原因的过程中，学生先后经历了假设、分析、类比、综合以及概括等思维过程，在教学中，教师要明确讲授这些思维方法，准确表达这些思维方法所涉及的物理过程.

第一，将假设思维作为浮力教学的逻辑起点.假设是从实际资料出发，对所研究的对象提出一种带有推测和假定意义的思维形式，同时将研究对象进行去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造和加工，去除研究对象的伪装和假象，抛开研究对象的偶然现象，忽略研究对象的表面特征，抓住研究对象的本质特征.基于此，假设液体中有一长方体，还需假设长方体和液体相对静止，长方体是规则的理想物体.接下来，对研究对象进行受力分析.

第二，显化分析思维.分析即把整体分解为部分、把复杂事物分解为简单要素、把过程分解为片段、把动态作为静态来研究的一种思维方式.在对长方体浸入液体中的受力情况进行分析时，仅需考虑液体对长方体各个面的压强，忽视液体对各个长方体顶点的压强.分析可知，液体对长方体的各个面（左右、前后、上下）都有压强，物体各个侧面都受到压力.其中，左、右两个侧面对应部分在水中深度相同，所受压强相等，因而左右两个侧面上的压力相等，方向相反，彼此平衡.

第三，通过类比可知，前、后两个侧面与左、右两个侧面的受力情况存在共同点，即前、后两个侧面与左、右两个侧面对应部分在水中浸入的深度均相同，所受压强相等，两个侧面上的压力也彼此平衡.

第四，进一步分析可知，與左、右以及前、后侧面受力情况不同的是，长方体上、下两个侧面在液体中的深度不同，因此所受的压强不等.上面的压强小，下面的压强大，因而液体对长方体下表面的压力要大于液体对上表面的压力.

第五，突出综合思维.综合思维即把研究对象各个部分、各个方面和各种因素结合起来、动态地考察研究对象的一种思维方式，是与分析相反的一种思维方式.在对长方体的受力分析中，综合思维并非机械地将研究对象各个侧面的受力情况进行简单叠加，把各种受力情况予以堆砌，而是按照长方体各个面受力进行本质的、有机的联系，从整体和动态发展的观点呈现受力的本质及其规律，将长方体上、下两个面所受到的力进行综合，就可以得出F=F上—F下.

最后，把经过以上思维过程得出的结果进行概括，即把研究对象已经区分出来的一般的、共同的属性、特征结合起来，也就是把长方体浸入液体中这一个别研究对象的本质属性，推及为同类研究对象的本质属性，将上述思维由个别上升为一般.据此就可以概括出浮力产生的原因，即浮力的本质——液体对物体上、下表面的压力差.

4 教学启示

回顾以上研究历程，可以得出以下反思与启示.

4.1 显化物理教学的思维方法

在教材分析浮力产生原因的过程中，由于思维方法隐藏于知识的背后，思维水平较高的学生或许可以领会其中隐藏的思维方法，但思维水平较低的学生则往往习惯于教材的分析，而不会去穷究背后的思维方法.因此，就难以体会其中隐含的思维内涵及本质.进一步来说，如果学生不理解物理知识获得过程中的思维方法，那么，学生就难以将所学物理知识应用于实践中.因为思维方法的掌握本身既是从物理现象中总结出物理知识的关键环节，同时也是将物理知识应用于实践中的必经之路.所以，只有明确指出思维方法的名称、含义、操作步骤以及使用条件，学生才有可能真正形成物理思维.当然，试图通过一节课就使学生完全掌握一种思维方法，也是不现实的，这需要在整个物理学习过程中不断渗透，不断深化学生对物理思维的认识才能达成.

4.2 彰显物理教学的逻辑

所谓教学逻辑，就是在教学过程中，将思维方法诸要素有序地呈现出来.因此，在浮力的思维发展型课堂教学中，通过思维流程图的形式，以思维方法为明线，以浮力概念为暗线，这两条线索相互交织、相互渗透，共同达到强化教学逻辑的目的.按照思维方法显化的逻辑，我们将浮力的产生分成六个相互衔接的思维步骤，即假设→分析→类比→分析→综合→概括.借助这样六个思维过程，从而顺利得出浮力产生的本质原因.各个教学环节有序展开，环环相扣，逐步使学生的认识从感性的具体深入到抽象的理性，最终深入浅出地掌握“浮力”这一高度抽象的概念，彰显了物理教学严密的逻辑性.

4.3 把握物理教学的本质

思维发展型课堂教学不仅要显化物理教学中的思维方法，彰显物理教学的内在逻辑，还需要突出物理教学的本质.對于“浮力”教学而言，学生感受到浮力的存在并不难，难的是对“浮力”本质的认识.如果学生无法意识到假设、分析、综合、概括等思维的内涵及其重要性，难以将浮力产生的现象进行理想化处理，就难以合乎逻辑地分析出长方体浸入液体中的受力情况，进而无法顺利得出“浮力”产生的原因及本质.

参考文献：

[1]彭前程.义务教育教科书·物理（八年级下册）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[2]邢红军.中小学思维教学的深化研究[J].课程·教材·教法，2016，36（07）：33-39+75.

（收稿日期：2019-05-08）