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“物体浮沉条件及应用”结构化教学设计

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  摘要:结构化教学应用与物理教学,可有效促进学生物理思维发展。以初中物理“物体浮沉条件及应用”一节内容为例进行教学分析。通过对处于不同状态下物体的受力情况分析,根据阿基米德原理推导出不同状态下物体密度与液体密度的关系,形成知识结构,并结合实际应用进行分析。
  关键词:结构化教学;浮沉状态;教学设计
  中图分类号:G4 文献标识码:A
  据调查显示,多数学生在会考或高考结束后,脑子里只留下一些支离破碎的物理概念、规律的名称,或公式及解题技巧,显然没有达到课程的价值。为了解决这一问题,根据普通高中物理课程标准,强调课程内容的结构化。结构化教学就是根据教学目标确定知识内容各要素之间的内在联系,建立层次结构,并利用这些联系将所有知识结合起来进行学习[1]。在教学过程中,注重知识的连续性、系统性、层次性,通过探究、归纳等行为将知识组织成具有逻辑性、有意义的知识结构,促进了知识的逐步内化,,创造了新的认知结构。物理教师知识结构化的教学,能够有效构建学生知识体系,深化物理观念,促进思维的深刻和广泛[2]。下面,以人教版“物体的浮沉条件及应用”为例进行教学实践分析。
  “物体的浮沉条件”是力学中的重要知识点之一,是在生活经验的基础上,通过观察和实验对浮力和阿基米德原理的深化和应用。由此可见,本节内容非常重要,沪科版教材将“物体的浮沉条件”这部分内容单独编排在“阿基米德原理”这一节后,突出体现对浮力以及前面所学知识的深化,要求学生能够运用所学物理知识解释生活中的现象并解决相关问题。
  在学习本节内容之前,学生已掌握本节内容“物体的浮沉条件及应用”主要涉及到的知识,包括以下内容:(1)力的作用效果包括:物体发生形变、物体运动状态改变。(2)物体重力与物体密度、体积之间的关系:G=。(3)阿基米德原理浮力公式:。(4)二力平衡:处于平衡状态时,作用与物体上的两个力大小相等,方向相反,在同一直线上。(5)密度:m。(6)物体在水中浮力与重力作用下存在两个过程:上浮与下沉,三个状态:漂浮、悬浮与沉底。在学习本节内容之前,须将前面所学的基础知识夯实并且灵活运用。
  一、在物体浮沉状态中分析“力和运动关系”
  设计实验,创设物理情景,引导学生观察实验现象,结合学生已有的生活经验,在物理现象、物理事实基础上进行思维加工。将大小相同,颜色分别为红、黄、蓝,重力满足G红<G蓝<G黄的三个小球分别浸入水中,观察三个小球的运动状态。
  生:红色小球上浮,蓝色小球悬浮,黄色小球沉底。
  师:小球上浮过程中的受力情况?
  生:受到浮力与重力,浮力大于重力。
  师:思考为什么浮力会大于重力。
  生:根据重力与浮力的表达式,G=,,G<F浮,可以推出:<。
  师:我们可以得到物体密度与液体密度之间的关系。
  师:物体上浮之后会达到什么状态?受力情况如何?
  生:达到漂浮状态,受到重力和浮力,G=。
  师:此时浮力为什么会等于重力?
  生:物体逐渐露出水面,根据阿基米德原理,物体排开水的体积减小,浮力减小,直至扽关于重力。
  师:能不能根据物体的受力情况推出下沉、悬浮时候,物体密度与液体密度之间的关系?
  生:悬浮状态,浮力等于重力,同理,可以推出:。
  生:下沉过程中,浮力小于重力,同理,可以推出:>。
  师:物体下沉之后达到什么状态?受力情况如何?
  生:达到沉底状态,受到浮力、重力和支持力。
  师:我们可以看出是什么原因影响物体的沉浮?
  生:密度。
  设计意图:通过创设情景,观察分析得到物体的各个状态,根据小球运动情况得到力的关系,再根据阿基米德原理推导出密度关系,在推导过程中注重学生思维的逻辑顺序,根据学生已有的认识经验,将知识组织起来,有利于学生形成知识结构;将新知识与旧知识联系起来,相互作用,在学生头脑中形成新的知识结构,实现有意义学习。
  二、将结构化知识应用于实际
  思考:密度比水大的物体放在水面上一定会下沉吗?
  引导学生思考讨论。
  教师演示实验:
  将橡皮泥揉成团,则沉入水中,将橡皮泥捏成船的形状,则能漂浮在水面。
  引导学生观察实验现象。
  提问:两次实验过程中有什么不同?
  生:橡皮泥的形状、体积不同。
  师:形状、体积不同有什么影响?
  生:排开水的体积不同,船形的橡皮泥排开水的体积更大,受到的浮力更大。
  师:对,当浮力等于重力的时候橡皮泥就能漂浮在水面上。
  师:根据这一原理,研制出了轮船。这就是轮船虽由钢铁制造,密度远大于水,却能漂浮在水面上,并且能承载货物的原因。
  教师展示:潜水艇图片
  (1)潜水艇上浮下沉的原理?
  师:观察潜水艇完全浸没于水中时的浮力有变化吗?
  生:排开水的体积不变,浮力不变。
  师:浮力不变的情况下怎么实现上浮、下沉?
  生:可以改变潜水艇的重力。
  師:潜水艇通过充水排水来改变自身重力。实现上浮下沉。
  教师展示:热气球图片
  (2)热气球能飘上天空的原因?
  生:由于热气球中的气体密度小于空气密度,使得热气球的重力小于浮力。
  设计意图:物理知识来源于生活实际,又应用于生活实际,将所学的理论知识与实际生产生活相联系,加深学生对所学知识的理解。通过提问:“密度比水大的物体在水面上的状态”,让学生暴露“密度比水大的物体一定会下沉”的前概念,在利用实验现象,让学生产生认知矛盾,在通过教师引导,学生思考,破除前概念,形成正确的认识。
  参考文献.
  [1]梁平,郭可馨,吴朝晖,马北河,程敏熙.物理教师知识结构化教学的差异性分析[J].物理教学,2018,40(10):49-52+4.
  [2]郑原琛,陈瑞,李宝金,颜国英,张雄.基于学习进阶理论的课堂教学设计与实践——以“物体的浮沉条件”为例[J].物理通报,2019(06):67-69.
  作者简介:
  涂世超(1995-)男,汉族,贵州湄潭,贵州师范大学,硕士研究生在读,研究方向:学科教学(物理)
  韦理山,男,壮族,广西人,贵州师范大学,硕士研究生在读,研究方向:学科教学(物理)

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