以物理概念构建为基助正确物理观念形成

摘 要：以“浮力”为例，阐述初中物理概念教学时，通过贴近生活“引”概念，温故知新“建”概念，实验探究“示”概念，理论推导“析”概念的方式，帮助学生逐步认识物质世界，正确认识物理概念，提升物理概念的理解，使学生进而逐渐形成正确的物理观念。

关键词：初中物理;概念构建;物理观念;浮力

下面笔者结合实践过程中“浮力”的概念教学，阐释如何从生活实践中提炼有趣的物理现象引发学生的思考，如何通过实验探究与理论推导相结合的方式，让学生逐步深入理解“浮力”，从而在认知结构中建立“浮力”概念。

一、 贴近生活“引”概念，激发学习兴趣

初中生的认知倾向易带有情绪色彩，学生感兴趣的学习内容，会激励其长时间投入其中。物理教师在进行概念教学设计时，应从初中生的认知心理特点出发，找到学生的兴趣点，培养学生的学习兴趣。在新课教学时，教师从学生熟悉的生活情境引入课题，可以触动学生原有的丰富的生活经历，激发学习兴趣，引起学生共鸣。

教学片段1：如图1所示，观察四幅图片中的物体，引入浮力概念。

采取排比式的问句，给学生以强烈的思维冲击，引发思考：

（1）气球为什么腾空而起？

（2）人为什么可以在死海海面上看书？

（3）军舰为什么能漂浮在海面上？

（4）鸡蛋为什么在盐水中悬浮？

图1

设计意图：“浮力”这个词在生活中经常提到，学生已有初步认识，PPT展示四组图片，再现学生生活中常见的情景，为学生物理概念的建立做好铺垫。教师以排比式的问句，使学生通过观察对比，意识到四幅图片的共性——他们都受到了浮力。在此基础上，教师进一步抛出问题引发学生思考：大家生活中还观察到了物体受了浮力的哪些现象呢？通过学生广泛的举例，让学生在大量的实例中对“浮力”概念产生初步认知——漂浮或者悬浮在液体或气体中的物体会受到浮力的作用。教师从学生生活经验着手，以丰富的物理事实为基础，提出问题引起学生思考，激发学生解决问题的欲望。

二、 温故知新“建”概念，架起知识桥梁

教学片段2：通过建立物理模型，由生活走入物理。

教师逐层设问：

（1）你能对漂浮在死海海面的人和悬浮在盐水中的鸡蛋进行受力分析吗？

（2）若已知他们的重力，你能利用已学的力学知识求浮力的大小和方向吗？

（3）你能总结归纳漂浮或者悬浮在液体或者气体中的物体所受浮力的特点吗？

（4）物体所受到的浮力的施力物体是谁？可能跟我们所学的什么知识有关联呢？

设计意图：学生生活中常见漂浮或悬浮在液体或气体中的物体受到浮力，以这个情景为切入点，引导学生利用二力平衡的知识（如图2）判断出浮力的大小和方向，F浮=G物，方向竖直向上。该方法求浮力，本是学生对浮力最易接受的认知，但学生在学完阿基米德原理后，往往容易忽略此法。因此教师在进行“浮力”教学设计时，通过三个逐层递进的问题，为学生认知浮力概念建立脚手架，逐渐从生活感知上升到理性认识，最后通过第四个问题引发学生对浮力更深层次的思考，为后面完整理解浮力概念奠定基础。

图2

三、 实验探究“示”概念，创设认知冲突

初中生的认知思维正处于从形象思维向抽象思维的过渡阶段。教师在开展概念教学时应从形象直观的实验现象入手，由易到难、由简到繁、由定性到定量，逐层递进、步步深入地引导学生学习相关的物理概念，提升学生的思维深度与广度。在前面学习的基础上，学生对“浮力”概念有了初步的认识，教师再设计一系列的小实验，让学生在实验观察中，将浮力与液体（或气体）的压力建立联系，使学生深刻感悟到物体受到浮力是由于液体（或气体）各个方向挤压物体，对外表现的一个合效果，然后通过“压力变化”的可视化实验直接测量出浮力，进一步完善浮力概念。

教学片段3：我们很多人都会游泳，当你在没入水中憋气时，你有什么样的感受？

回答：感受身体受到水的向上“托力”。

猜测：沉在水底的物体也受到物体向上的浮力。

设计意图：知识是相互联系的，学生学习是螺旋式上升的过程。这个实验在前面学习液体压强时也涉及，这里再次回顾使得学生对液体压强认识有一个新的提升，让学生从不同的视角研究同一个实验，体验和感悟实验背后的科学道理，感受液体的压力，感悟浮力的来源，促使他们将浮力与已有知识构建联系。

教学片段4：设计实验，直接观察沉在容器底部的物体受到浮力作用。

用一个密封不渗水的数字小台秤称量一个砝码的重力F1（如图3所示），再把该台秤放入带有出水口的装有水的容器中，使容器中的水恰好与出水口相平。重新调零台秤，再放入砝码来测量砝码的重力F2（如图4、图5所示）。观察比较F1和F2。

图3

图4

图5

现象：F2比F1小，台秤示数变小了。

追问：（1）我们观察到当把砝码从台秤上取下来后，台秤示数变为零。当把台秤放入盛有水的容器中如图4所示时，台秤又有示数了，为什么？

（2）怎么调节台秤使得水对台秤的压力抵消？

（3）操作如图5，观察发现台秤读数变小了，即砝码对台秤的压力变小了。对比图3与图5，请你猜测是什么原因导致砝码对台秤压力的变化？

设计意图：教师从学生最原始的想法出发，沉在底部的物体如果受到浮力，那么物体对底部的压力将会变小，设计实验直观地“展示”思维过程，让学生切切实实地“看”到沉在底部的物体也受到了浮力。教師通过设置三个递进的问题，引导学生有梯度的思考，提升他们理性思考的能力，对学生正确物理观念的形成奠定坚实的基础。为保证本次实验结果科学、正确，实验操作中有两个关键点：（1）图4的调零，（2）保证砝码放入前后水面高度不发生变化。由于本节课时有限，教师可以不用解释（2）操作要点。而是将这个内容作为当天的作业布置给学生，使课堂内容在作业中进一步延伸和升华。设置作业内容如下：若本实验容器中的水低于出水口，再放入砝码后液面会怎么变化？会给实验带来怎样的影响？

以上两个教学片段，采取直观的实验器材、可视的现象，引导学生从实际出发，运用物理实验来进行自我修正学习，获得浮力两个层次的定性认识：第一层次——浸在液体（或气体）中的物体都受到向上的浮力;第二层次——浮力是浸在液体（或气体）中的物体，受到液体（或气体）对物体各个方向挤压的合效果体现。

教学片段5：借助液体压强知识观察橡皮膜形变，归纳总结浮力产生的本质原因。

演示实验：如图6所示，取一个亚克玻璃制成的正方体，其上下左右四个侧面带有相同橡皮膜。把薄膜正方体放在内水槽底板方孔上，如图6（A）所示，仅往内槽注水，观察正方体各个面橡皮膜的形变情况。如图6（B）所示，再往外槽中注水，再次观察正方体各个面橡皮膜的形变情况。

现象：如图6（A）所示，仅向内槽注水，薄膜正方体底部橡皮膜没有发生形变，其他三个面的薄膜产生形变，且左、右面对称凹陷程度相同;如图（B）所示，再往外水槽中注水，发现当外槽的水位达到一定的高度时，薄膜正方体四个面的橡皮膜都产生形变，左、右面凹陷对称程度相同，上、下两侧橡皮膜凹陷程度不同，且下表面凹陷程度较大。

图6

推理：柱体各侧面受到液体压力抵消，上、下表面受到液體的压力的合力就是浮力，方向竖直向上的。

设计意图：借助本实验让学生直观地观察到液体中物体各面所受液体的压力大小的异同，解释并回答前一个实验中木块的浮沉变化问题，引导学生发现浮力产生的本质原因。

教学片段6：学会弹簧测力计定量测量浮力的大小。

学生活动：观察三幅图，分析每个静止物体受到的力。

设计意图：如图7所示，通过手托物体和水“托”物体类比，加深学生理解浮力的效果，学会浮力的测量。

图7

物理学的精髓在于以“物”析“理”，所谓“物”就是“事实依据”，“理”就是“理性思维”，而思维不是自然发生的，它一定是由“问题”引发的。教师以小组讨论为载体，以探究实验为主线，将科学探究方法和探究问题的思路，渗透到一个个问题中，进一步引导学生完善浮力概念的构建。

四、 理论推导“析”概念，激发思辨潜能

科学探究分为实验探究和理论探究，实验探究既能够促使学生主动参与认知过程，又能够培养学生的动手能力和自主学习能力;理论探究既能增强学生的建模能力，又能激发学生思辨潜能，提升学生的思维品质。很多物理概念和规律的形成过程，都是实验探究和理论探究两者完美结合的结果，例如自由运动和牛顿第一定律。

图8

教学片段7：利用浮力产生的原因和液体压强知识，理论推导柱状物体所受的浮力大小。

（1）浮力产生的原因是什么？

F浮=F下表面-F上表面

（2）怎样用液体压强来表示受到的压力？

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）请同学们思考该推导结果是否适用于不规则物体？

此推导从柱形物体浸在液体或气体中时所受到的浮力出发获得结论，实验证明对于不规则物体受到的浮力也满足F浮=G排=ρ液gV排，然而这个推导过程需要更复杂的数学运算才能完成。

设计意图：教师用问题启发、点拨、引导和激励，让学生体味、领会、感悟和理解，使学生在问答中产生思维的碰撞，通过自己的潜心思考，利用抽象的物理模型进行数理推理，深层次理解浮力概念。

综上所述，教师在物理概念教学时，教学内容应尽量取材于学生的生活实际，让学生从熟悉的情境中学习知识。在课堂上应巧妙利用学生的认知冲突设计实验，突破教学的重点和难点，引导学生采用实验和理论相结合的方法，由特殊到一般逐步归纳事物的共同属性，完成从感性认识向理性认识的转变。在学生建立概念和认识规律后，教师应及时引导学生用掌握的知识分析解决生活和社会中的实际问题，促使学生逐步养成从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的习惯，从而树立正确的物理观念，用物理学的科学方法和精神对待周围的事物。

参考文献：

[1]高国名.关注物理知识构建提升学科核心素养[J].中学物理参考，2018（7）.

[2]马秀云.问题与实验“互为驱动”培养高阶思维能力[J].中学物理参考，2018：1-2.

作者简介：

陈凤玲，上海市，华东师范大学第二附属中学附属初级中学。