“开口浮沉子原理”的任务驱动式教学

曾莲娟 林钦

摘   要：将开口浮沉子的制作及其原理探析作为教学内容，将其设计为适合学生自主探究的任务，通过任务驱动帮助学生建构物理知识，以培养学生的问题解决能力。

关键词：开口浮沉子;任务驱动;问题解决能力

开口浮沉子的制作方法简单，效果明显，教师常常安排学生动手制作，或者用于课堂教学导入激发学生学习兴趣。但笔者发现，教师讲授浮沉子原理大多将其与潜水艇类比，然而浮沉子的原理与潜水艇原理具有巨大差异，仅仅给予“与潜水艇的原理相同”这一答案，不能满足学生的求知欲，解答不了学生在学习中遇到的困难，导致学生对开口浮沉子的原理一知半解，仅仅记住了这个似是而非的答案。新时代，学生学习不再是“记住”知识，在互联网飞速发展的年代，知识“唾手可得”，人们可以随时随地通过移动设备获取海量信息，毫无疑问，我们进入了“不缺乏知识”的年代，给学生灌输“所谓的知识”将不再满足社会对人才的需求。早在2011年，《义务教育物理课程标准（2011年版）》（下文简称《标准》）中明确指出，物理课程应注意让学生经历实验探究过程，学习科学知识和科学探究方法，提高分析问题及解决问题的能力[ 1 ]。因此，面对学生一知半解的现状，教师应该抓住时机，创设问题情境，引导学生自主探究，寻求问题解决方案，方能培养出社会所需的优秀人才。

任务驱动教学法是一种围绕着教学任务展开的“教与学”互动形式，教学过程中需要将学科内容以任务的形式呈现出来，同时保障“小任务”形态下学科知识的颗粒化，引导学生由易到难、循序渐进地开展深度学习[ 2 ]。开口浮沉子的原理探析需要建立必要的物理模型，综合应用相关物理知识，是学生学习的难点，将其设计为一个个由浅入深的学习任务，能够有效降低学生自主探究的难度，激发学生的求知欲，培养交流合作的良好习惯，使学生真正成为课堂的主人。

据此，本文将开口浮沉子的原理探析作为教学内容，将教学内容以任务的形式呈现，设计课前任务、课中任务和课后任务引领学生完成教学目标，以期提高学生问题解决能力。

1  课前任务

课前任务能够激发学生的学习兴趣，挑战学生的能力，节约课堂时间，课前任务的完成情况是课中任务设计的依据，为课中任务的完成做好铺垫[ 3 ]。

【任务】通过上网观看浮沉子制作视频，学习制作步骤和注意事项;通过上网或查阅书籍学习开口浮沉子的原理，并能够简要说明。

【设计意图】首先，在课前安排学生学习制作浮沉子的步骤和原理，为课中制作做好铺垫，有效解决课堂时间不足问题。其次，学生自己查阅资料寻求答案，是问题解决过程中必不可少的环节，能够有效培养学生获取信息、理解信息和利用信息的能力。

2  课中任务

课中任务设计直接影响教学效果，要求设计的任务要在学生的“最近发展区”内，教师根据具体情况为学生提供适当的帮助。

【任务一】给每组同学分发滴管、圆形垫片、大头针、铁钉若干以及矿泉水瓶，制作开口浮沉子，见图1。学生完成制作后各组展示作品，在展示过程中说明开口浮沉子的原理以及制作过程中遇到的困难与解决方案。

在展示过程中，大部分学生认为浮沉子的原理是通过改变自身重力实现的，理由是他们注意到，浮沉子在下沉时液体“进入”浮沉子，上浮时液体被“排出”的现象，同时他们认为浮力改变的说法是错误的，因为浮沉子在下沉时，排开液体体积增大，浮力变大，浮沉子不会下沉。而少部分学生认为浮沉子的原理是通过改变浮力实现的，对重力改变的说法提出质疑，认为浮沉子是开口的，与潜水艇的水倉不同，潜水艇的水仓是可以闭合的，因此他们难以理解浮沉子的重力为什么发生改变。

此外，学生在制作浮沉子过程中发现两种异常现象，即无论怎么挤压矿泉水瓶浮沉子都漂浮在水面上以及下沉的浮沉子在松手后不再上浮。机智的学生发现能够通过改变浮沉子的配重来改变上述异常，但对其中蕴含的原理却说不清楚。

【设计意图】组织学生制作浮沉子，培养学生动手实践能力，同时为探析浮沉子原理做好铺垫;让学生展示作品，发表见解，使学生思维可视化，既培养学生分析问题的能力，同时使教师掌握学生的思维误区，为下一个任务的引入做好铺垫。

【任务二】简化物理模型，分析开口浮沉子的原理。

该任务难度较大，如若让学生独立完成将存在很大困难，因此可为学生提供如下“支架”。

（1）忽略次要因素，建立物理模型，将浮沉子简化为上端封闭，下端开口，其中封闭一部分空气的模型，如图2所示。请同学们注意观察，浮沉子漂浮在水中时排开水的体积大小，思考浮沉子排水体积与实心物体排水体积有何不同？

【设计意图】根据【任务一】中学生出现的思维误区，为学生创设良好情境，转变错误前概念，引导学生理解浮沉子排水体积的计算方法，确定浮沉子漂浮在水面上时排水体积为V排=Sh0（S为浮沉子的横截面积），突破难点，为原理分析做好铺垫;学生能否解决实际问题的关键在于能否将实际问题转化为可研究的物理问题，因此，在教学中应注意培养学生建立物理模型的意识，为问题解决做好铺垫。

（2）请同学们缓慢增大挤压矿泉水瓶的力度，注意观察挤压矿泉水瓶过程中，引起什么发生变化？请画出变化后（浮沉子还未完全浸没时）的模型图，仔细比较前后模型图的差异，总结出在浮沉子下沉过程中发生变化的是什么？

【设计意图】首先该任务要求学生缓缓挤压矿泉水瓶，让学生仔细观察前后的变化，学生通过观察容易发现挤压矿泉水瓶时水进入浮沉子，同时浮沉子露出水面的高度变小，学生合作讨论后可画模型图如图3，为问题的分析做好铺垫。其次，让他们自主分析挤压前后的变化，使学生明确其中变化的是浮沉子的排水体积，排水体积变小，浮力变小，当浮力小于重力时，浮沉子下沉，从而判断出浮沉子下沉是通过改变浮沉子所受浮力实现的。因此该任务既培养了学生的观察能力，也培养了学生的问题分析能力。

（3）请同学们继续挤压矿泉水瓶，让浮沉子缓慢下沉至矿泉水瓶底端，认真观察并画出浮沉子完全浸没在水中时的物理模型图，判断此时浮沉子的排水体积等于多少？

【设计意图】该任务引导学生进一步观察浮沉子在完全浸没后排水体积的变化，通过观察，学生容易画出物理模型图如图4所示，进一步分析容易发现，浮沉子的排水体积为封闭气体的体积，而此时排水体积明显小于初始状态下浮沉子的排水体积，因此浮沉子所受浮力小于重力，浮沉子下沉，这为分析浮沉子为什么上浮做好铺垫。

（4）挤压矿泉水瓶让浮沉子缓慢下沉至矿泉水瓶底端，认真观察松手后浮沉子浸没在水中时的排水体积如何变化？

【设计意图】该任务让学生认真观察松手后浮沉子的排水体积变化情况，自主发现松手后封闭气体体积增大，浮沉子的排水体积变大，浮力变大，从而分析出浮沉子上浮的原因。

课中任务通过一系列的问题和任务“支架”，使学生在“支架”的引导下自主探究，让学生自己解决重力说法的错误之处，突破思维误区，转变有关排水体积的错误前概念，提高学生认知水平，有利于培养学习分析问题和解决问题的能力。

3  课后任务

课后任务是课堂任务的延伸，课后任务的探究有助于学生将所学知识应用于解决实际问题，是培养问题解决能力必不可少的重要环节。

【任务】请你仅改变浮沉子的配重，重新制作两种异常浮沉子（包含浮沉子A：无论怎么挤压矿泉水瓶，浮沉子都漂浮在水面上;浮沉子B：下沉后的浮沉子在松手后不再上浮），如图5所示，将他们与正常浮沉子放在同一个矿泉水瓶中，尝试逐渐增大挤压力度挤压矿泉水瓶，看看你有什么发现？请你借助网络资源、书籍、或者询问“专家”画出三种浮沉子的模型图，尝試分析浮沉子异常的原因。

【设计意图】让学生重新制作异常浮沉子，使学生通过实验提出合理的猜想，引导学生从实验中获得解决问题的灵感，使他们能够像科学家们一样思考，在不断寻求答案中培养学生的批判性思维。

4  结束语

开口浮沉子原理探析是培养学生问题解决能力的一个契机，合理创设任务，驱动学生自主探究，能够有效转变学生错误前概念，使学生获得科学的物理知识和思维方法。因此，注重将开口浮沉子原理探析作为教学内容，仔细探究其中蕴含的科学原理，可以为学生未来的学习打下坚实的基础！

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2] 黄佳羽.任务驱动教学法在初中物理教学中的应用[J].中学教学参考，2021（9）：42-43.

[3] 华永平.任务目标驱动下初中物理规律课的教学策略及意义——以北师大版“物体的浮沉条件”教学为例[J].中学物理，2020，38（8）：26-28.