践行课标理念 实现深度学习 ①——以“浮力”教学为例

汪金花

(江苏省运河中学,江苏 徐州 221300)

物理课程旨在促进学生核心素养的养成与发展，[1]即通过物理课程学习，学生逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的正确价值观、必备品格和关键能力，物理学科核心素养主要包括物理观念、科学思维、科学探究以及科学态度与责任四个方面。如何在教学中将先进的课程理念转变为切实的教育教学行为，将美好的课程目标转化为支撑学生终身发展的核心素养？郭华教授认为：“深度学习是核心素养培育与发展的基本途径，是我国课程教学改革走向深入的必需。”[2]

深度学习是指在教师的引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。在此过程中，学生掌握学科的核心知识，把握科学本质及思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度、正确的价值观；成为既具独立性、批判性、创造性又有合作精神、基础扎实的优秀学习者，成为未来社会历史实践的主人。[2]深度学习具有以下五个特征：联想与结构、活动与体验、本质与变式、迁移与应用、价值与评价，它们是彼此关联、内在一致的。[3]

笔者以苏科版物理教材八年级下册中“浮力”的教学为例，基于物理课程理念，有机融合深度学习的五个特征与物理学科核心素养的四个方面，促进学生的深度学习，培育学生的核心素养，图1是本节教学的融合结构与流程。

图1

1 讲述中国故事，感受古人智慧，厚植文化认同

设计思路：让学生感受中国古人的聪明才智，体会我国古代科技对人类文明发展的重大贡献，增强民族自信心，体现了教育部颁发的《中华优秀传统文化进中小学课程教材指南》的要求。

利用传统文化创设情境：元朝胡炳文在《纯正蒙求》中写道：“宋文潞公彦博，子宽夫，幼时与群儿击球，入柱穴中，不能取，公以水灌之，球浮出。”中国邮政为庆祝国际儿童节、弘扬中华民族的优秀传统文化，以“文彦博灌水浮球”为主题，于2010年发行了特种邮票(图2)。

图2

师：球入树洞，拿不出来，文彦博“以水灌之，球浮出”，借助了什么神秘力量？你能否利用桌上的器材，通过实验模拟该现象？

学生回答：借助了浮力。他们选用器材模拟演示上述现象。

师：生活中还有哪些类似的现象或者事例能够说明浮力的存在？

学生列举了水上竹筏、救生圈、漂流瓶等事例。

师：只有液体能对浸在其中的物体产生浮力的作用吗？试举例说明。

学生又列举了热气球、孔明灯、飞艇等事例。

师：可见液体或气体都能对浸在其中的物体产生浮力的作用。

设计意图：以“文彦博灌水浮球”的故事引入课题，以图文并茂的形式，启发学生的思维，引发学生的“联想”，让物理知识与生活相关联，在个体经验的基础上建构科学概念，再由科学概念统领生活事例，活化概念。在弘扬中华优秀传统文化的同时，打破学科壁垒，让学生学会从物理学视角审视古文献叙述中蕴含的科学原理。同时借助多媒体技术，展示精美的邮票或者与浮力相关事例图片，在潜移默化中给予学生以美的熏陶，让学生能够感受美、欣赏美，进而发现美、描述美、创造美。

2 联系已有经验，突出问题解决，促进知识融通

设计思路：关注学习生长点，突出问题导向。在浮力所属的“运动与相互作用”的主题教学中，引导学生把新知识跟已学的知识联系起来以实现联想，同时以融会贯通的方式对学习内容进行组织，建构知识结构。[4]

让学生再次演示灌水浮球的模拟实验。

师：你认为物体所受浮力的方向是怎样的？

生：竖直向上。

师：联系已经做过的实验或者已经学过的知识，怎样探究或分析浮力的方向？

学生迁移曾经做过的“判断重力的方向”实验所用方法，设计方案，探究浮力的方向(图3)。应用学过的“二力平衡”等知识，分析浮力的方向(图4)。

图3

图4

设计意图：引导学生根据当前的学习活动，调动、激活以往的知识、经验，组织学习内容，建构自己的知识结构。[4]通过问题驱动，启发学生迁移已有经验、知识和方法，从实验探究与理论分析两个角度，外显先前的学习成果，自主探究浮力的方向，并以此丰富知识的意义，促进知识的融通，发展学生的能力。

师：乒乓球在水中一定会受到浮力的作用吗？一定会漂浮在水面上吗？

教师采用变式演示的方式，将去底的饮料瓶倒置，拧下瓶盖，放入乒乓球，向其中注水，观察乒乓球的沉底现象(图5)。

图5

图6

师：此时，乒乓球在竖直方向受到哪些力的作用？乒乓球为什么会沉在水底？怎样才能让乒乓球浮起来？

学生一时难以回答。

教师取容积为100 mL的注射器，切掉注射口，拔出活塞，将图5中的去底饮料瓶的瓶口插入注射器的针筒尾部，使两者恰好贴合，再用热熔胶沿四周焊接固定，保证两者相联通。用图钉在针筒尾部靠近饮料瓶的瓶口处，扎上一到两个小孔，用于排气。将乒乓球放入倒置的饮料瓶中，向瓶内注满经红墨水染色以后的水，再用手堵住注射器下端的出水口，观察红色液体逐渐累积，液面缓慢上升，当液面上升至乒乓球下表面时，乒乓球立即浮起(图6)。

师：你能总结出浮力产生的原因吗？

引导学生基于实验现象，运用已学的压强相关知识，分析浮力产生的原因(图7)，深化对浮力本质和浮力方向的认识，为阿基米德原理的学习埋下伏笔。

图7

设计意图：以变式实验引发认知冲突，启发学生思考，激发学习动机，再以图8所示实验揭示浮力产生的原因。最后以理论推理的方式，强化知识应用，发展科学思维，使实验现象与科学本质在学生的心智中实现有机统一，促进新旧知识的联结与融通。完成从实验到理论，由感性体验到理性思维，让学生运用多种方式对知识进行深度加工，逐步实现思维进阶，深化对知识的理解。

3 体验科学探究，发展高阶思维，培育核心素养

设计思路：注重科学探究，引导学生不断探索，全身心投入有目的的活动，提高分析问题、解决问题的实践本领和科学思维能力，发展核心素养。

将乒乓球与实心铜块同时浸入水中，松开双手，观察现象。

师：像实心铜块这样在水中下沉的物体是否受到浮力？你有哪些经验能够支持你的猜想？

让学生用手依次在空气和水中托举一个质量较大的哑铃，对比感受用力大小。

师：在两次托举中，你有什么不一样的感受？谁在暗中帮助你往上托举哑铃？这说明什么问题？

给学生一杯水、一只弹簧测力计和250 mL的量筒(便于学生观察物块所处深度以及液面高度的变化)，要求他们设计实验，判断浸入水中的铜块是否受到浮力的作用。

师：你观察到了什么现象？这说明什么问题？你能对浸在水中的铜块进行受力分析吗？物体此时处于什么状态？这三个力满足什么关系？浮力的表达式应该怎样写？

学生设计、完成实验，交流结论。

师：这种测量物体所受浮力的方法称为称重法，即：F浮=G-F拉。重复刚才的实验，再仔细观察，当我们把铜块逐渐浸入水中时，你观察到了哪些现象？测力计示数的变化说明谁在改变？量筒内的液面为什么会上升？你能联想到之前的哪个测量实验？由此，你认为物体所受浮力的大小可能与什么因素有关？再联系先前所列举的与浮力相关的事例，你认为浮力的大小还可能与什么因素有关？

基于猜想，学生进行分组实验，合作探究，填写表1。在有效突破“深度h与V排对浮力大小的影响”这个难点之后，再逐一探究液体的密度等其他因素对浮力大小的影响，在教学中显化科学方法教育。尤其要注意的是：针对学生提出的“浮力还可能与物体的密度、物体的形状有关”等猜想，教师不应该简单地予以否定，可以借助同体积的铜块与铝块、易改变整体形状的磁力珠，利用DIS(数字化实验系统)的力传感器，设计实验，探究浮力与物体密度的关系(图8)、与物体形状的关系(图9)，科学地加以论证说明，通过教师的身体力行、言传身教，培养学生的创新能力与严谨认真、实事求是的科学态度。

表1 探究浮力大小与深度以及排开液体体积的关系

图8

图9

完成实验探究后，学生明确了浮力大小的影响因素，但他们仍然很难将物体所受浮力的大小与物体排开液体所受重力的大小关联起来。因此，在常规教学中，教师直接给出阿基米德原理，往往生硬而突兀。对此，笔者引导学生从浮力产生的原因出发，利用压强知识，将图7中的浮力计算公式逐项展开：F浮=F向上-F向下=ρ液gh2S-ρ液gh1S=ρ液g(h2-h1)S=ρ液gV物。再结合V排与V物的关系，自然导出阿基米德原理的表达式。接着利用问题链引导学生设计实验方案，并基于DIS搭建了如图10所示的探究装置，最终验证了阿基米德原理。

图10

问题1：怎样测量浸在液体中的物体所受的浮力？

问题2：怎样测量物体排开液体所受的重力？

问题3：怎样使液面恰好达到溢水杯的杯口，以准确测量物体排开液体的体积？怎样更合理地安排实验步骤？

设计意图：学生在亲历操作、思考、加工学习素材的过程中，真正成为学习的主体，自主完成知识建构，把握科学本质与思想方法，发展高阶思维，实现自我成长。

4 关注科技前沿，渗透思政教育，唤醒使命担当

设计思路：注重物理课程的时代性，加强与生产生活、社会发展及科技进步的联系，凸显我国科技成就，引导学生增强文化自信，树立科技强国的远大理想。帮助学生形成正确的价值观，将课程思政教育具体化。

教师依次展示并介绍与浮力应用相关的国之重器(图11)，引用毛主席的《水调歌头·重上井冈山》中诗句：“可上九天揽月，可下五洋捉鳖。”回顾新中国成立初期，积贫积弱的中华大地满目疮痍，百废待兴，无法想象那时的中国是一幅怎样的光景。随着我国社会经济的飞速发展，毛主席在诗词中描绘的宏伟蓝图，在一代又一代中国人的不懈奋斗中正一一变成现实。

图11

设计意图：坚持正确价值导向，切实践行“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。领略伟人诗句，品鉴国之重器，触摸科技前沿，渗透思政教育，加深学生对科学、技术、环境之间联系的认识，感受物理学在增强国家安全、推动科技发展、促进社会进步、改善民生福祉等方面的作用，明确知识的发现与发展以及应用的价值取向，培养学生的家国情怀，增强他们的民族自豪感，激发其为实现中华民族伟大复兴而不懈奋斗的责任感与使命感，使其成为有理想、有本领、有担当的时代新人，落实立德树人根本任务。