巧设计 展分组 提兴趣——浮力难点实验突破

翟晶敏

(山东省淄博市淄川区双沟中学，山东 淄博 255100)

1 设计思路理念

浮力一章内容是初中物理的重点也是难点．从学生方面来讲这部分知识枯燥无味,内容抽象难度又大．从教师方面来讲,重点放在练习计算上,对分组实验不够重视．很多教师在授课时,只是开展一个分组实验:那就是课标中要求的阿基米德原理实验[1]．其他实验只是演示,有的实验现象如悬浮现象,甚至演示不出来直接口头描述．这都不利于学习本章的知识．

笔者认为突破本章的难点在于学生的体验,学生动手操作了且实际参与了,对于知识能更好的理解,才能体现物理来源于生活的理念．但是困扰很多一线教师的问题是,虽然有心展开分组实验,重视学生的科学探究,但是受限于器材和操作技术原因,很多实验不适合分组实验．

为了解决以上难点,笔者巧妙地设计了创新实验,解决了困扰很多教师难点实验并且开展为分组实验,在教学中加以融合应用增强学生的科学体验．将演示实验开发成学生分组实验,使难点实验简单化,学生会操作了,就不在感觉浮力神秘,学习本章知识也就更容易些．

2 实验改进和教学设计

下面是笔者参加山东省淄博市实验说课比赛一等奖的创新实验设计内容.

2.1 突破悬浮状态,推广为分组实验

悬浮实验的难点：难成功;难保存．

鲁科版物体浮沉条件的实验是这样做的(如图1):在瓶子里沙．装少了,瓶子将会上浮乃至漂浮;装多了,瓶子将会下沉;但是悬浮很难成功．难成功的原因有两点,一是物体质量的改变不连续;二是拧瓶盖占用大量的时间,调试过程现象不直观．

图1

实验创新点:成功率100% 的物体悬浮状态．(如图2)鸡蛋、油桃、杏、荔枝都成功的悬浮了．改进后的方法具有普遍性,更加实用．实验对象都是生活常见物品,取材容易,适合展开分组实验．

图2

实验方法改进:本实验的创新性主要是从原理上突破了这一难点．

制作方法:在烧杯中倒入大半杯水,加入食盐并搅拌,放入鸡蛋后使鸡蛋漂浮在水面上．下面是制作悬浮的秘密:缓慢的向烧杯中加入清水,同时观察鸡蛋的状态,当鸡蛋完全浸没后会到达一个平衡点,我们就观察到鸡蛋成功的悬浮了.(如图3)

图3 悬浮的鸡蛋

实验的创新处有两点:1不是改变物体的质量,而是改变液体的密度．液体密度的改变具有连续性,解决了质量改变不连续性的难点．2不是增加盐水的密度,而是减小盐水的密度．同时可以观察到鸡蛋在水中的实时状态,现象直观．解决了频繁操作调试观察不直观的难点．

实践操作:笔者在课堂上让学生展开分组实验,效果很好．学生既能掌握物体的浮沉条件,又认识到物体受到的浮力与液体密度有关,同时对与同一个物体放入不同液体的难点类型题目有了实验支持降低了思考的难度．因此本实验推广分组实验既利于提高学生的科学体验激发学生的兴趣,又利于帮助理解有关难点题目降低思维难度．

教学过程设计如下:

(1) 小游戏引入:猜一猜,鸡蛋放入水中是浮还是沉?学生猜想下沉．教师将3个鸡蛋分别放入3个烧杯中,鸡蛋的状态与学生猜想的不一样,引发学生的认知冲突,激发起学生的好奇心．学生有两个合理的猜想：鸡蛋有玄机；水有玄机．

(2) 教师追问:你能控制鸡蛋的浮沉么?学生展开分组实验,将鸡蛋放入水中浸没,观察鸡蛋的状态;在水中加盐搅拌,放入鸡蛋浸没,观察鸡蛋的状态;制造合适浓度的盐水,观察鸡蛋悬浮．

(3) 学生交流展示,鸡蛋放入水中浸没,将下沉;向水中加较多的盐,鸡蛋将上浮乃至漂浮;向盐水中缓慢加入清水,可以观察到鸡蛋悬浮．并总结出物体的浮沉条件:重力大于浮力,物体将下沉;重力等于浮力,物体将悬浮;重力小与浮力,物体将上浮乃至漂浮;漂浮时,重力等于浮力．

(4) 总结练习：借助电子白板,学生在白板上画出鸡蛋在不同状态下的受力分析,并当堂练习,加以巩固．(学生实验如图4所示)

图4 学生做的实验

2.2 自制潜水艇(如图5)

图5 自制潜水艇

图6 潜水艇原理图

课本中的不足:潜水艇没有安排实验,很多教师都会自制教具来演示实验,制作的难点有两个,一是进气口的设计二是出水口的设计．一般的工具是实验室的玻璃瓶,在橡皮塞上打两个孔,然后在孔里插入一长一短的玻璃管,在长的玻璃管上安装橡皮管连接．(如图6)这种实验的制作难点在于橡胶塞上打孔需要技术;打孔的直径大小比玻璃管的直径大一点;玻璃管长度不合适需要截断;一年后橡皮塞老化变硬,没有弹性,需要重新制作,不适合循环利用．

改进的实验:本实验的创新处是用到了一种装置是塑料油壶(一般在缝纫机上用的),它的嘴很长比较特殊,解决了进气打孔的问题;在它的底部开几个小孔,解决了出水的问题;它的里面放了个钩码增加了油壶的配重,解决了油壶质量过轻不能下沉的问题．我们可以观看实验效果(如图7).

注射器抽气,我们可以观察到水进入潜水艇,同时潜水艇下沉．注射器进气,观察到空气进入潜水艇,水出来了,同时潜水艇上浮．实验的优点是现成的工具塑料小油壶,不用打孔的操作,小油壶透明,现象直观,实验装置简单高效还可以循环利用．

教学过程设计如下:

(1) 情景引入：观看蛟龙号载人潜水艇视频,蛟龙号下潜7000 m的深度,创造世界纪录．提高民族自豪感,加强学生德育教育．进而提出问题,你知道潜水艇是怎样实现上浮下沉的呢?你能自己制造一艘潜水艇么?

(2) 小活动:结合桌子上的器材,自己制作潜水艇．学生分组实验,制作潜水艇,实现上浮和下沉．

(3) 学生展示实验成果,并解释注射器抽气时,潜水艇中的空气减少水进入潜水艇从而潜水艇下沉;注射器进气时,潜水艇中的空气多了将水挤出潜水艇从而上浮．

师生共同总结:潜水艇改变自身重力实现上浮和下沉．

2.3 巧妙改进浮沉子实验

浮沉子实验非常有趣．一般情况下浮沉子制作如图8.

图8 口服液瓶子制作的浮沉子

(1) 实验现象:矿泉水瓶子里面放置一个的放置一个蓝色的小瓶子,拧紧瓶盖,用力捏一下矿泉水瓶,物体将下沉;松手后,小蓝瓶将上浮,还可以控制在任意位置悬浮．

(2) 制作过程:瓶子里面装适量的水(使小蓝瓶漂浮在水面上,不能沉底),然后将小蓝瓶倒置放入矿泉水瓶中,拧紧瓶盖．

(3) 实验缺点:本实验不适合学生分组实验．原因有两个: ① 装多少水合适是本实验的关键,有一定的技巧,学生不好把控; ② 瓶口很窄,小瓶子很难拿出来,调试过程中,反复拿出小瓶子会占用大量的时间．如果学生实验的话,操作容易出错且很难改正,制作难度大,过程用时长．

(4) 改进后的实验:只需要一个小小的改动,就能解决以上问题,开展成分组实验．那就是将小蓝瓶换成实验室常见的工具胶头滴管．(如图9)

图9 胶头滴管制作的浮沉子

制作过程:胶头滴管中的空气排尽后在放入水中,拧紧瓶盖．用力一捏-下沉,松手-上浮．本实验的优点是用到的器材都是实验室常见的器材,取材容易．操作过程简单高效,将复杂实验简单化,适合学生分组实验,做到了创新实用．

教学过程设计:“同学们,老师有超能力,你们信不信?不信?我能让这个小蓝瓶听我话,你看,下沉、上浮、悬停．(如图10)”学生兴趣满满,不可思议,跃跃欲试,想知道其中的奥秘．

图10 听话的小瓶子魔术

“下面结合桌子上的仪器,自己制作听你话的小瓶子,看谁先成功!”学生分组实验．

学生展示实验,并描述过程,用力捏瓶子,可以看到胶头滴管中的水上升,胶头滴管下沉;松手后,可以看到胶头滴管中的水下降,胶头滴管上升．

教师总结:浮沉子是通过挤压瓶子改变气压从而改变水的压强,将水压入胶头滴管中,从而实现下沉上浮的．基本原理还是改变自身重力实现上浮下沉．

3 教学反思与自我评价

教学反思:三个实验都可以进行分组实验,实验现象明显用时短,学生兴趣高涨积极参与,都成功的完成了实验,制作成功后学生很有成就感．而且通过实验过程明确了实验的原理,动手能力和解决问题的能力得到锻炼．

自我评价:改进后的实验装置,不光解决了难点实验的只能演示的问题,还推广为学生分组实验,提高了实验的可操作性,简单高效,有创新更实用．学生通过动手操作实现实验的成功,比教师在讲台上演示,学生在座位上观看,效果好很多倍．3个实验都是实验教学的难点,通过实验技术的创新和改进,都可以实现学生分组实验,在教学中有效的融合应用,非常值得推广．注重学生的科学体验,增加学生的动手参与度,加强学生的科学体验．教学过程中信息技术和创新实验融合应用,打造新型智慧课堂[2]．