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初中物理“探究浮力”教学案例分析

发表时间：2021/8/13 来源：《基础教育课程》2021年7月作者：刘晓芬

[导读] 学生要做到从生活走向物理、从物理走向社会，本文提出浮力的概念，并通过立体课堂方式教会学生了解浮力产生的原因、浮力的大小与什么因素有关，再让他们应用现有浮力知识解释生活中的实际问题，探究更多的有关浮力的物理现象，实现学以致用的目的。

云南省昭通市镇雄县五德中学刘晓芬云南镇雄 657200

摘要：学生要做到从生活走向物理、从物理走向社会，本文提出浮力的概念，并通过立体课堂方式教会学生了解浮力产生的原因、浮力的大小与什么因素有关，再让他们应用现有浮力知识解释生活中的实际问题，探究更多的有关浮力的物理现象，实现学以致用的目的。
关键词：初中物理；浮力教学；案例分析
        全日制义务教育《物理课程标准》明确提出“从生活走向物理，从物理走向社会”作为物理教学新课程的基本理念之一，根据这一基本教学理念，从我们日常生活经验出发，简单介绍浮力的概念和浮力产生的原因后，提出“浮力的大小与什么因素有关”这个问题，并组织学生进行探究，讨论分析得出结论。对有关浮力的物理现象，学生们有丰富的感性认识。通过本章课堂教学进一步提升了学生的感性认识，认识浮力的存在和对物体运动的作用；认识决定浮力大小的因素；认识浮力的利与弊，以及增大和减小浮力的方法。浮力的定义:一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上的力叫浮力。新课程标准中把“过程与方法”作为课程目标之一，关于对浮力等物理知识的学习，要求使用描述学习过程的行为动词来表达物理知识的学习要求，具体表述是：“经历探究浮力大小的过程”等。可见，新课程标准和教材给我们的初中物理课堂教学留下了很大的创造空间，我们要结合学生的实际情况进行教学。本章教学的重点是“探究浮力产生的原因以及浮力的大小与什么因素有关。”
        让学生经历科学探究的整个过程，一是探究浮力产生的原因。二是通过两种方法进行探究浮力大小，分别是通过弹簧秤称重法实验学习探究浮力大小，通过压力差实验联想学习探究浮力大小。三是通过猜想学习阿基米德原理探究浮力大小与排开液体重力的关系。四是通过具体实验数据分析评估激发学生探求物理科学规律的兴趣，通过“设计实验”学习控制变量法，学习设计实验表格，通过归纳分析数据学习“分析论证”学习交流、合作、评估。要让学生在经历探究的过程中，感悟科学探究方法，要把科学探究当做科学内容来学习。以此来提高学生的探究能力，激发学生从日常生活中最平常最一般的事物中探求浮力大小等物理学科科学规律的兴趣。
        教学案例：
        根据“从生活走向物理”的教学理念，从学生的生活经验出发，提出有关浮力的概念，即浸在液体或气体里的物体受到液体或气体竖直向上托的力叫做浮力；简单介绍浮力的概念和浮力产生的原因之后，提出“浮力的大小与什么因素有关”这个问题，然后引导和组织学生进行自主探究。根据探究实验的程序帮助学生完成整个探究过程，具体探究过程如下：
        一、是以物体浸入液体中为例探究浮力产生的原因。
        在初中物理浮力的授课中，为了探究浮力产生的原因是由于液体对物体上下表面的压力差而形成的这一知识点，教师在教学过程中，可以设计一个这样的实验，即用一只塑料矿泉水瓶剪去底部，剩下带瓶颈的上部(瓶颈的截面直径略小于乒乓球的直径)，把一只乒乓球放入瓶内（带瓶颈的上部倒放，瓶颈在下方），从上面倒入水，观察到有少量水从乒乓球与矿泉水瓶颈缝隙中流出，但乒乓球并没有上浮，面对此情景，老师可以设问：乒乓球是否受到了浮力?有部分学生认为受到了浮力，也有部分学生认为没有受到浮力。这时可以安排一位学生用手堵住瓶颈的下部流水处，这时可看到乒乓球浮起，学生们感到好奇，也对此时乒乓球受到了浮力深信不疑，那第一次实验乒乓球为什么没有受到浮力?学生们深感疑惑。这时物理授课老师可以引导学生，尽快帮助他们理解浮力产生的原因。即乒乓球在液体内部同一深度朝各个方向的压强相等的知识，因此乒乓球浸在液体中时在水平方向上前后左右四周的压力会相互抵消掉。但是上球形表面受到的向下的压力和下球形表面受到的向上的压力，由于存在高度差，所以不相等，这个压力的差值也就是浮力产生的原因。这样通过设计实验，创建实验情景，提出问题。使课堂教学具有新颖性，从而激发学生产生求知欲和好奇心，进一步提高学生的探究物理知识的动机和兴趣，有利于培养学生的创新意识和解决问题的能力。
        二、是通过两种方式进行探究浮力大小，首先通过弹簧秤称重法实验学习探究浮力大小，教师强调指出：根据物体的浮力与物体水中向下沉的力之和与物体自身的重力二力平衡的知识，浮力等于物体自身的重力减去        弹簧测力计的示数。在这个实验过程中，通过弹簧测力计吊着钩码缓缓放入装有足量水的烧杯中，读出弹簧秤上的读数。当学生找出结论之后。
        教师再提出：请同学们开动脑筋，利用自己学过的知识，能不能设计出一种更好、更合理、更准确的测量方法。
        师：“影响浮力大小的因素”咱们探究出来了，根据自己操作过程中出现的问题，有谁能指出咱们实验过程中不太容易操作的地方？
        生：在弹簧测力计吊着钩码放入装有足量水的烧杯中时，速度不好控制。

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        生：有时在钩码放入装有足量水的烧杯的过程中，弹簧测力计的示数在变。
        生：有时在钩码放入装有足量水的烧杯的过程中，水会往外溅。
        师：那哪一些同学能利用咱们前面学过的知识来改进这些问题呢？下面分组讨论，看哪一组能设计出更好、更合理、更准确的测量方法？
        学生分组讨论。
        生：根据相对运动的原理，咱们可以把弹簧测力计和钩码相对固定，缓缓放入装有足量水的烧杯中，观察弹簧测力计的示数。
        师：大家讨论一下这种方案行吗？如果这种方案好，好在哪里？
        学生讨论。
        生：这种方案比咱们做实验用的方法好。优点在如果弹簧测力计吊着钩码缓缓放入装有足量水的烧杯中时，水不会往外溅，弹簧测力计的示数也比较稳定。
        生：用这种方法读出的结果更接近真实值。
        生：而且这种方法还可以得出浮力的大小与弹簧测力计吊着钩码放入烧杯水中的速度无关。
        其次是通过压力差实验联想学习探究浮力大小，教师再次强调指出：
        根据物体在液体内部同一深度朝各个方向的压强相等的知识，因此一个物体浸在液体中时在水平方向上前后左右四周的压力会相互抵消掉。但是上表面受到的向下的压力和下表面受到的向上的压力，由于存在高度差，所以不相等，这个压力的差值也就是浮力产生的原因。当一个物体漂浮时，那么上表面没有水压，这是该物体所受浮力就等于下表面受到的向上的浮力。
        在这个实验过程中，分两种情况进行探究，第一种情况是将正方体铁块放入放入装有一定量水的烧杯中，不难看出铁块全部浸入水中，教师通过讲解引导学生思考找出“上下两表面压力的差值也就等于浮力”的结论。第二种情况是将正方体木块放入装有一定量水的烧杯中，不难看出木块漂浮在水面上，教师通过讲解引导学生思考找出“该物体所受浮力就等于下表面受到的向上的浮力”。从而提升学生对浮力大小相关知识的感性认识。
        三、是通过猜想学习阿基米德原理探究浮力大小与排开液体重力的关系。教师强调指出：
        根据浸在静止流体中的物体受到流体作用的合力等于该物体排开的流体重力，方向竖直向上，这个合力称为浮力。因此浸入液体中的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于物体排开的液体受到的重力。在这个实验过程中，通过弹簧测力计吊着钩码缓缓放入溢水杯中，让小桶接住溢水杯中溢出的水，再用弹簧秤称出小桶中水的重量（事先称出空小桶重量），小桶的重量减去空小桶重量得到水的重量，即物体受到的浮力。当学生找出结论之后。
        教师再提出：请同学们开动脑筋，利用自己学过的知识，能不能设计出一种更好、更合理、更准确的测量方法。
        师：“物体浮力大小与排开液体重力的关系”咱们探究出来了，根据自己操作过程中出现的问题，为什么会出现浮力的大小与排出的水的重力不相等的情况？
        生：可能是溢水杯装水时，没有装满。
        生：可能实验顺序错误，在称重时未先测（称）小桶重力，而是最后测（称）小桶重力，倒水后测小桶重力时水无法倒干净，导致小桶重力偏大，致使排出的水的重力偏小，出现浮力的大小与排出的水的重力不相等的情况。
        通过本章物理课的教学，让学生更好地体会初中物理探究实验的整个过程，分享探究实验中的快乐和成就感，培养学生析解决问题的能力和动手操作的能力，增强学生对未知事物的探索兴趣和动力。尤其是通过教师的引导，使学生把浮力与前面学过的力等章节的物理知识结合起来，找出了更科学、更合理的实验方案，达到学以致用的目的。同时，通过小组每个成员的通力合作，让学生认识到团结协作精神在学习中的重要性，为创建和谐校园奠定基础。通过探究实验，充分挖掘了学生的潜能，培养了学生的创造能力。通过探究浮力产生的原因、浮力大小、浮力大小与排开液体重力的关系等“经历探究浮力大小的过程”的学习，使学生通过学习了解生活，逐步认识物理知识与日常生活的联系，从而体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的物理教学理念。提高课堂教学效率，达到学以致用的目的。
参考文献
[1]曹小霞．从生活走向物理—初中物理教学案例分析．科学教育,2017年6月第9卷
作者简介：刘晓芬，工作单位：云南省昭通市镇雄县五德中学一级教师