浅谈初中物理“浮力”模块教学策略

杜海峰

(甘肃省平凉市第四中学,甘肃 平凉 744000)

1 教材分析

通过分析教材编排特点可看出,教材的编排循序渐进、层层递进.第一节先是通过生活中几个与浮力有关的现象,让学生感知浮力的存在和浮力方向,引入浮力的概念并讲解测量浮力的方法.接着分析浮力的产生原因,为探究影响浮力大小的因素做铺垫,就浮力大小影响因素给出猜想和假设,介绍控制变量法,让学生深入分析探究浮力大小与哪些因素有关,使学生对浮力产生一个定性的认识,为第二节实验做好知识储备.在第二节中通过实验探究总结得出阿基米德原理和其物理表达式,使学生对浮力大小有了更加明确和理性的认识,掌握了比较、计算浮力大小最基本最常用的方法.第三节则是对前两节的应用和升华,将浮力与物体运动结合起来,让学生了解浮沉条件在生活中的应用.整体上体现了“从生活中来,到生活中去”的理念.

2 学情分析

八年级学生在学习浮力时,已经学习了有关力的基础知识,包括力的基本概念和三要素等,也学习了二力平衡和受力分析的方法,对液体压强有了一定的掌握,本章所涉及的学习、探究和实验方法在之前的学习内容中也有所涉及,学生有一定的知识储备.但从学生的认知特点和学习方式上还存在诸多矛盾,学生虽然已经形成了一定的对生活现象的观察能力和较强的独立思维能力,对生活中遇到的物理现象会思考其背后的物理原理,但受年龄、智力发展水平和生活阅历等因素的限制,在学习中依然需要通过具体形象的图片、视频和与生活相关的事例帮助理解所学知识.

3 考题分析

分析近五年平凉市中考物理试题可以发现,浮力依旧是中考考查的热点,所占分值较大,考查内容与生活联系密切,形式灵活多样,对学生思维能力和对知识融会贯通能力要求较高.

从命题形式来看,选择题和填空题主要是结合日常生活实例考查浮力大小的比较和物体的浮沉条件,实验探究题主要是浮力大小影响因素的探究和阿基米德原理的实验验证,计算题则是结合密度、压强和浮力知识进行综合考查.

4 教学策略

4.1 通过问题引导思考,在体验中“悟”理

浮力教学策略重在引导学生深入思考和体验,在思考体验中慢慢感悟浮力的存在及其规律,这种“悟”理的过程是学生最真实、最原生态、最有效的学习方法,也是学生构建知识网络、培养科学思维与科学态度的关键途径.

比如在浮力概念引入时,可以死海为例,给学生展示一段死海不死的视频,借此发问:游客为什么能在死海里自由的看书?游客在其他大海里能不能自由的看书?游客在其他大海里受浮力吗?借助这些问题激发学生的兴趣.接着设计几个体验活动,比如将一个乒乓球和一个小石块用细线连在一起放入水中,基于学生的自身体验,可让学生真实直观地感知浮力方向,并提问学生:刚才与乒乓球绑在一起的石块是否受到浮力作用?如何验证自己的猜想?教师可边演示边发问:如果一个浸入水中的石块受到浮力作用,它会怎么样?启发学生学会类比与转换思维,当学生将挂在弹簧测力计下面的石块慢慢放入水中时,一切便豁然开朗,学生也能很快理解掌握“称重法”测浮力的方法.

4.2 肯定学生的合理猜想,让探究真中有智

学生的实验猜想是学生发散性思维的表现,是基于学生思考后而生成,不能随意否定.对于不合理的猜想,通过学生与学生之间的讨论争辩和思维碰撞便会不攻自破,若不能攻破,正好说明这个错误是学生思维误区的共识,是容易形成教学盲区的地方,也将是教学重点,值得一起探究并突破.这种教学策略可真正促进学生思维的再生长.

比如在探究浮力大小与物体浸入液体中的深度的关系时,很多学生把浸没前和浸没后的测量结果放在一起去总结结论,对此笔者让学生相互讨论完善.这样的交流与讨论不仅能让学生再次反思在刚才进行控制变量法过程中的具体操作细节,还能让学生深刻理解影响浮力大小的本质是排开液体的体积发生了改变,达成让学生知其然并知其所以然的效果.

4.3 改进创新实验方案,让实验现象更加直观

在本章的探究实验中,学生普遍认为较难的是“探究浮力大小与排开液体重力的关系”.该实验在中考实验题中出现的频次较高,经常还会结合相关计算一起考查.经调查发现学生觉得困难的原因主要有:一是该实验结论比较简单,与浮力影响因素实验结论前后呼应,很多老师便会直接给出阿基米德原理,致使学生缺失了科学探究和实践体验的过程;二是该实验操作步骤比较繁琐,需要测量的量较多,学生容易混乱,实验时间用时长,同时受测力计量程和分度值的限制,以及学生做实验过程不够细致,导致实验误差较大.

为此,笔者在教材所给实验的基础上,进行了适当创新和改进(如图1).具体有两方面:一方面是把接水的小桶换成了一个轻质盘子,并悬挂于弹簧测力计下方,只要被测物体浸入溢水杯,水会直接流入下方的盘子内,这样学生就会发现,不管物体浸入水中多深,弹簧测力计示数始终不变,因为弹簧测力计原本应该减小的值(即物体所受浮力)等于溢出水的重力,这大大降低了测量数值的难度,实验现象也更加直观,便于学生理解;另一方面为了使物体能缓慢稳定的进入水中,减小溢出水的流失,减小实验误差,笔者用螺杆为悬挂物体的弹簧测力计设计了升降装置,只需学生轻轻转动上方摇柄,即可使弹簧测力计和物体缓慢稳定的从水面上下降,使实验过程和现象更加直观.

图1

4.4 重视题型归纳讲解,提升学生解题能力

浮力模块试题虽然涉及到了填空、选择、实验和计算等各种题型,但对学生来说难点主要集中在三个方面:一是浮力大小比较,二是实验探究,三是浮力计算.其中实验探究在上述内容中已详细论述,不再赘述,下面就浮力大小比较和浮力计算策略进行总结分析.

4.4.1 浮力大小比较.浮力大小比较主要有两种方法:一是利用阿基米德原理展开式F浮=ρ液gV排分析比较,该方法使用的关键是通过题目要能确定待比较的几个物体的ρ液或V排两个物理量必须是其中一个恒定相等,另一个已知具体的大小关系.如图2中比较三个小球所受浮力大小关系,若题目中已知三个小球体积相等,通过图示又可知ρ液均相同,V排大小关系V甲=V乙>V丙明确,便可用此方法分析可知F浮甲=F浮乙>F浮丙;二是利用浮沉条件中力的关系分析比较,待比较的几个物体的ρ液或V排两个物理量大小都不相同或其中一个大小关系不明确,又如图2中比较三个小球所受浮力大小关系,若题目中未明确物体体积相等,只已知质量相等,则需要用重力作为相互比较的桥梁分析比较浮力大小,即F浮甲

图2

4.4.2 浮力大小计算.中考涉及浮力大小计算的题目比较灵活,计算浮力的方法也较多,但不同的方法又有着不同的特点和局限性,要想快速选择方法进行计算,首先应明确各种方法的特征.具体为:

(1)原因法:F浮=F向上-F向下,要用这种方法必须知道或能求解出物体上下表面的压力大小,题中往往出现的关键词有“液体深度”“物体上下表面受到的压强(或压力)”等.

(2)称重法:F浮=G-F拉,这种方法中物体必须沉在液体中,不能受到容器底部的支持力,题目中一定出现的关键词有“弹簧测力计示数”.

(3)阿基米德原理法:F浮=G排液,运用这种方法必须已知物体浸入液体中后溢出液体的质量或重力,题目中一定出现的关键词有“溢出”.

(4)影响因素法:F浮=ρ液gV排,要用此方法必须已知液体密度和物体排开液体的体积,题中往往出现的关键词有“水”“物体体积”等.

(5)平衡法:F浮=G物,能用此方法的物体必须处于漂浮或者悬浮状态,题目中往往出现的关键词有“物体的质量”“物体的重力”等.

浮力大小计算题目从易到难可分为三个层次.第一层次是直接利用上述5种方法中的一种求解浮力,常见于基础题中.第二层次则是通过一道题同时考查两个或更多的浮力公式,此类题往往需要以物体的浮力作为解题的中间桥梁,先求解出浮力,再用浮力求解其他待求量.如某题中已知物体重力为G,浸没在水中后弹簧测力计的示数为F,求物体体积和物体密度.该题考查了称重法和影响因素法两种计算浮力的方法,同时考查密度的计算公式,学生需要先用称重法计算出浮力大小,再利用影响因素法结合已知的浮力大小计算物体排开液体的体积V排,因物体浸没V排=V物,最后再用物体重力和物体体积求解物体密度.第三个层次是在第二层次的基础上少些已知量而增加难度,此类题可分为两类,一类是漂浮,该类题目需要抓住核心关系式F浮=G物,并根据需求展开为ρ液gV排=ρ物gV物进行约分化简求解,如某题已知一木块漂浮在水中,露出水面的体积是物体总体积的2/5,求木块的密度.该题的已知量非常少,只有一个“2/5”,仔细审题可知水的密度ρ水也算一个已知量,再无其他已知量,很多学生无从下手,此时如果学生能抓住解题的关键点,列出等式ρ液gV排=ρ物gV物,约去等式两边g,利用已知量“2/5”找到关系V排=0.6V物,代入等式约去V物,等式即变为0.6ρ液=ρ物,此题也是迎刃而解.另一类是浸没,物体在液体中若不是漂浮,则一定是浸没,该类题目需要抓住核心关系式V排=V物,并根据需求展开为F浮/(ρ液g)=G物/(ρ物g)进行约分化简求解,具体过程与上述例题相似不再赘述.