注重深度学习 培养科学思维

胡玉莲

摘 要：教师在教学设计中注重深度学习，可以培养学生的科学思维，提高学生物理核心素养.本文以“浮力”复习课为例，巧妙地利用三个苹果，将浮力部分的知识点串联.通过深度备课，精选实验器材;实现深度教学，促进学习生成;引导深度反思，提高思维品质.

关键词：深度学习;科学思维;浮力

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）16-0024-04

作者简介：胡玉莲（1992-），女，江苏无锡人，硕士，中学一级教师，研究方向：基于核心素养的物理课堂教学.

深度学习是一种注重知识建构过程、强调学习内容有机整合、注意学习过程建构反思、重视知识迁移应用的一种新型教学模式.深度学习不仅关注学习的结果，更加注重学习的发生过程，强调学生理解性的学习.物理核心素养指的是学生在物理学习过程中形成的适应个人终身发展和社会需要的必备品格和关键能力.物理教学最终目的是提升学生的核心素养，核心素养旨在为广大教师提出“培养什么样的人”;深度学习则为教师指明“如何培养人”.教师引导学生进行深度学习，可以更有效地帮助学生提升物理核心素养，切实落实物理教学的最终目标.笔者以“浮力”复习课为例，巧用三个“苹果”，培养学生科学思维.

1 深度备课，精选实验器材

浮力内容主要包括“认识浮力”“阿基米德原理”“物体的浮与沉”三部分.本章一直是中考的重难点，具体题目会将二力平衡、密度、压强以及力与运动等知识结合起来，综合性较强，对学生分析推理能力、抽象思维能力、综合解决问题能力都有较高的要求.

中考一轮复习进行到一半，学生大多觉得枯燥无味且比较疲乏，因为很多教师在复习课时仅仅是重复地“炒冷饭”，做题、讲题、考试……如此循环;同时八年级内容由于时间间隔较长，所以学生遗忘的知识较多，且这部分知识零散，教师在教学中如果缺乏整合性和系统性将增加学生的厌烦心理.因此教师在进行备课时要注重知识的系统性，帮助学生将零散的记忆碎片整合重建.

物理是一门以实验为基础的学科，实验器材的选择将直接影响课堂教学效果.教材中罗列和浮力现象相关的例子和图片，实验室和生活中也有很多关于浮力的器材和例子，那么如何帮助学生化繁为简，从“五花八门”的例子和器材中选取最适合学生、最能激发学生学习兴趣的实验？笔者认为实验器材的选取应越简单越好，实验设计应该注重对深度的挖掘，即尽量用一个或者一类实验或器材将所有知识点串联起来.因此，本节课选取的主要实验器材是空心的“苹果”壳.如图1所示，在1号塑料苹果壳中装入少量沙子，保证其能漂浮在水面上;在2号塑料苹果壳里面放一些金属块，使其能沉底;教师可根据2号苹果受到的浮力求出苹果的体积，算出大约需要多少沙子能使3号塑料苹果悬浮，在填充过程中可以用厨房秤进行精确测量.装好之后为了防止苹果壳漏水，可用防水胶带将其缠绕，一些不密封的地方用热熔胶密封即可.

2 深度教学，促进学习生成

2.1 启动思维：设计对照认识浮力成因和方向

浮力的概念比较抽象，需要让学生自己有一个切身的体会.先选取1号苹果让学生将其按入水底，仔细体会手的感觉，放手后观察到苹果上浮.经过这一小环节学生能够体验到1号苹果在水里应该是受到一个向上的力.浮力属于力的范畴，对于力的教学，我们依然从三要素入手.先分析其作用点，学生很容易得到受力物体就是1号苹果，所以作用点就在1号苹果上，教师顺势提问“为什么会产生一个向上的力”？

关于浮力产生的原因可以进行如下教学设计.将一个空心四面有开口的容器，在开口处固定橡皮膜，将该容器放入水中，观察到橡皮膜发生形变，同时左右橡皮膜的形变程度相同，上下橡皮膜形变程度不同，如表1中图2所示.根据液体压强的知识可以知道：水对该物体具有压力，由于左右橡皮膜在水中所处的深度相同，所以左右橡皮膜形变程度相同即所受压力相同，由于物体下表面比上表面所在位置深，所以下面形变程度大，所以下表面受到的压力大，据此现象得出浮力产生的原因是物体上下表面的压力差.

关于浮力的方向，很多教师在教学时只是单纯地对物体进行受力分析，例如，对1号苹果进行受力分析，得到重力和浮力是一对平衡力，所以浮力的方向竖直向上.笔者建议在受力分析初步得到浮力的方向后应设置对照实验进行深度教学.器材依然选取塑料苹果壳，将空塑料苹果底部用热熔胶固定一段长度适当的细线，细线的另一端固定在塑料容器底部，做两个器材以便对照.如表1中图3所示先在第一个容器中加水，观察到苹果会浮起来，而且细线被拉到竖直方向，引导学生对苹果进行受力分析，苹果受重力、拉力、浮力保持平衡，因为重力和拉力的方向竖直向下，所以浮力方向应竖直向上.“那是不是在所有情况下浮力的方向都是竖直向上的”呢？引导学生进行更深度的分析.将第二个塑料容器底部的一侧放一小木块，使容器倾斜，重复刚才操作，苹果也上浮且绳子依然是竖直，进而得到浮力的方向的确是豎直向上，见表1.此时，可以拿出事先准备好的氦气球对学生进行奖励，奖励时故意让气球飞走，不仅能够吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，营造轻松愉快的学习氛围，还能让学生知晓气体也可以对浸在它里面的物体施加浮力，进而让学生得到完整的浮力概念.

2.2 活跃思维：经历过程，科学探究浮力大小影响因素

初中需要掌握的计算浮力的方法有平衡法、称重法和阿基米德原理.在进行以上教学后，根据刚才的受力分析，提出问题“如何求出1号苹果漂浮时受到的浮力”.学生自然而然想到此时G=F浮，因此得到计算浮力的第一种方法平衡法.让学生进行实验，记录数据.

提供同样外形的2号苹果，让学生将其放入水中，观察此时苹果所处的状态与刚才有什么不同，引起学生的认知冲突，提问：“下沉的物体是否受到浮力？你有什么办法验证？”设置这个问题是为了引导学生利用受力分析提出称重法测浮力.学生进行实验测量出2号苹果完全浸没时受到的浮力.对比实验1、2引导学生猜想浮力大小的影响因素，学生提出影响因素有排开液体的体积和液体的密度.

问题1：浮力的影响因素有2个，所以本实验采用什么实验方法？

问题2：探究浮力是否和ρ液有关时，如何控制V排相同？研究浮力是否和V排有关时，如何控制ρ液相同？

问题3：本实验用什么方法测出每一次所受到的浮力大小？

引导学生设计表3，进行实验.

2.3 培养思维：巧设问题，理解阿基米德原理

根据以上实验得到浮力的影响因素是ρ液和V排，很多教师会直接给出阿基米德原理，但是这种授人以鱼的方式不利于学生科学思维的培养.或者还有一部分教师先给出阿基米德原理后再利用溢水杯装置分别测出G排和F浮对其进行验证.然而在实际的教学中会出现：溢水杯实验存在的误差较大、器材短缺、学生实验“脏乱差”等现象，所以笔者认为选取塑料袋装水来验证阿基米德原理优于溢水杯实验.在普通的保鲜袋中装入适量有颜色的水，便于学生观察袋中水面与烧杯中水面关系，如图6所示.测水袋实验简单易操作，但是要切实解决问题就必须要教师精心设计问题链，逐步引导学生自主建构阿基米德原理.

问题1：塑料袋在浸入水中的过程中弹簧测力计的示数如何变化？

问题2：浸入水中的过程水袋所受浮力的影响因素是？

问题3：袋中水逐步浸没在水中时，对水袋进行受力分析，写出几个力的关系式.

问题4：测力计示数最终会变为多少？

问题5：根据关系式，测力计示数为0，说明F浮与G袋是什么关系？

问题6：测力计示数为0时，袋中水面与容器中水面有什么关系？

问题7：袋中水与容器中水面相平时，G袋与G排是什么关系？

问题8：结合问题2、3，F浮与G排的关系？

问题1、2是让学生再次体验浮力的影响因素是V排，起到呈上启下的作用.问题3-5是为了得到F浮=G排;问题6、7是引导学生得到袋中水与容器中水面相平时V排=V袋水，又因为ρ排=ρ袋水，所以m排=m袋水，进而推导出G排=G袋水;结合F浮=G袋水=G排，从而得到F浮=G排.利用简单的水袋实验，可以让每个学生都参与探究过程，提高学习的积极性.结合精心设计的问题链，逐步引导学生建构阿基米德原理，训练学生的科学思维.

实际上学生有一个错误的前概念认为浮力与深度有关，因为根据生活经验他们认为游泳时越往水中走，深度变深时浮力变大.在用水袋实验验证完阿基米德原理后，

教师可以引导学生推导出F浮=G排=m排g=ρ液V排g，所以浮力的影响因素的确是ρ液和V排，在浸没之前浮力随深度改变实际上也是因为他的V排在改变.可以将一个空塑料瓶慢慢压入水中，引导学生体验在逐步压入塑料瓶的过程中手受到的向上的力在逐渐变大，同时注意观察随着塑料瓶压入，容器中的液面在逐渐上升，如图7所示.

2.4 拓展思维：妙用器材，比较浮力大小

比较浮力的大小是中考中经常出现的考点，笔者巧妙地利用三个苹果设计好情境和顺序，对学生进行引导，整理归纳出解题的一般模型，帮助学生降低难度，提高知识的整合性，提高复习效率.

类型一：比较同种液体中的不同物体所受浮力大小.先将三个苹果都放入清水中比较它们受到的浮力.引导学生根据阿基米德原理分析ρ液一定时，V排越大，F浮越大，比较此时三个苹果受到浮力的大小关系F浮2=F浮3>F浮1.类型二：比较同一物体在不同液体中的浮力大小.将三个苹果依次从清水中拿到盐水中，比较每个苹果在不同液体中受到的浮力.依然先引导学生根据刚才的思路去分析ρ液和V排，发现此时ρ水<ρ盐水，但是V排水>V排盐水，若依然利用阿基米德原理无法得到浮力大小关系.激发学生的认知冲突，教师此时应该给予学生足够的时间思考和讨论，让学生自行建构，培养学生思维.经过讨论和思考学生可以得到1号漂浮苹果在水中和盐水中都是漂浮的，所以F浮=G，G不变所以浮力不变，因此F水=F盐水.同理也可以得到3号悬浮苹果也是利用这个解题模型.2号沉底苹果，从清水到盐水中，根据阿基米德原理分析V排一定时，ρ液越大，F浮越大.经过以上四个情境总结比较浮力大小的解题模型：先根据阿基米德原理分析ρ液和V排，若无法比较，再考虑根据浮沉状态分析.

2.5 迁移思维：迁移应用，改变物体浮与沉

给学生提供盐水、塑料袋等器材，让学生分组合作讨论并实验改变苹果的浮与沉.经过讨论得到可以通过在1号苹果中再加一些金属块增加其重力使其从漂浮状态变为沉底状态;可以将3号苹果从水中拿到盐水中通过增大ρ液来增大浮力，使他从悬浮变为漂浮;将2号苹果装进塑料袋里，在袋中吹氣并扎紧塑料袋，通过增大V排来增大浮力，使其从沉底变为悬浮.至此为学生整合改变物体浮沉的方法，并总结该方法在生活中对应的应用，物理学习要来源于生活并最终回归生活.以此来提高学生思维的广度，使学生零散的知识碎片得到系统化的整合，增加思维的逻辑性（如图14所示）.

总结过程中发现通过改变ρ液来改变浮力的例子比较少，此时教师可以拿出事先准备好的伽利略彩球温度计，为学生介绍该装置的原理和特点：外界温度改变时，容器中液体密度发生改变，从而改变带有标志牌的玻璃球的浮沉状态;该装置是通过读取悬浮在最上面的最下端那一个玻璃球的标志牌来实现温度测量.教学中不仅要注重对学生思维的启动和发展，培养学生思维时还要注重对思维深度和广度的培养，伽利略温度计的引入可以提高学生的学习兴趣，提高学生用物理知识解决实际问题的能力，促进思维深度的提升.

3 深度反思，提高思维品质

布莱克（Black P）说：“学生学习的重要收获来源于关于他们学习的反馈，尤其是能引导学生不断努力的具体反思，会强烈地促进学生学习.”深度反思无论是对教师提高自身教学水平，还是学生提高自己思维品质都具有非凡的意义.教师也要不断自我反思教学方法、教学策略等.例如本堂课，在探究浮力产生原因时，实验器材的组装比较有难度，实验现象学生观察得不是特别明显，所以在后续教学中应该思考如何进行改进.同时教师要引导学生进行深度反思，反思自己的学习状况、学习方法等，如有不当之处，教师应及时帮助学生调整学习策略，实现深度学习，提高自身思维品质.

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（收稿日期：2021-04-28）