核心素养视域下的初中物理习题教学设计——以一道浮力填空题的教学为例

吴爱琴 孙福如

(1. 江苏省南通市如东县洋口港实验学校，江苏 南通 226413;2. 江苏省南通市如东县丰利中学，江苏 南通 226408)

物理核心素养是在接受物理教育过程中逐步形成的、适应个人终生学习和社会发展所需要的科学基础知识、关键能力和科学情感、态度等方面的表现，是学生通过物理学习集中体现的带有物理特征的品质。核心能力、科学品质是物理教学的本质追求，物理教学设计要改变传统的只关注教师自身教学行为的设计，在教学设计中需要高度重视过程设计，需要真正立足于对学生学习过程的关注，培养学生的核心素养。本文以一道初中物理浮力计算题为例，探讨习题教学的设计问题。

1 设计案例

例：将一物块A轻轻放入盛满水的大烧杯中，A静止后，有72g的水溢出；再将其轻轻放入盛满酒精的大烧杯中，A静止后，有64g的酒精溢出。酒精的密度是0.8×103kg/m3，g取10N/kg，求A在水中静止时受到的浮力和A的体积。

分析：此题中用一个物体分别放入不同的液体，给出了排开液体的质量。从知识方面看，考查学生对阿基米德原理的理解。由于试题没有明说物体在液体中处于漂浮、悬浮还是沉底，增加了习题的难度，要求学生首先判断出物体在两种液体中分别处于什么状态。因此，从能力方面看，还考查了学生探究、推理、判断的能力。

笔者在教学设计中将学习过程分成如下的4个步骤：

(1) 知识梳理。让学生回顾阿基米德原理内容、表达式及物体在液体中的浮沉条件。核心素养的形成必须以核心知识的形成为载体，以核心知识为基础，如果学生对核心知识理解不透，核心素养的形成就成了无源之水，无本之木。

(2) 要求得A在水中静止时受到的浮力，首先让学生理解题中“有72g的水溢出”的含义，目的是引领学生认真审题，挖掘语句背后的隐含条件，然后再根据阿基米德原理解决问题。

(3) 为求得A的体积，首先要让学生思考“物体在水和酒精中处于什么状态”。目的是防止学生想当然，误认为物体都是漂浮或都是沉底，培养学生严谨的科学态度。然后再提问：如何判断物体在水和酒精中是漂浮还是完全浸没？以培养学生推理、分析、判断、综合的能力，形成良好的学习品质。

(4) 开放性问题的拓展训练。在完成本题任务的前提下，再提问：根据已知条件，本题还能求出什么物理量？然后再用一道变式题进行训练，将学生的解题学习由表层学习引向深度学习。

具体教学过程的设计如下。

师：阿基米德原理的内容及表达式是什么？

生：阿基米德原理的内容是：“浸在液体中的物体所受的浮力，大小等于被物体排开的液体的重力。”表达式为：F浮=G排=ρ液V排g。

师：题中“有72g的水溢出”的含义是什么？能得出什么结论？

生：说明将物体放入水中静止后，有0.72N的水溢出，就是排开水的重力为0.72N，根据阿基米德原理，物体所受浮力为0.72N。

师：要解决物体在液体中受到浮力问题，往往首先要弄清什么呢？

生：物体在液体中所处的状态，即漂浮、悬浮还是沉底。

师：本题的物体在水和酒精中处在什么状态呢？题目给出了吗？

生：没有(有的学生误认为物体是漂浮的)。

师：那怎么判断呢？我们可以首先提出猜想，思考一下怎么猜想。

生1：物体在水和酒精中是否都是漂浮的。

生2：物体在水和酒精中是否都是沉底的。

生3：物体在水和酒精中是不是一沉一浮。

师：具体怎么判断呢？请同学们独自思考，然后小组讨论。

生4：均漂浮不可能。因为物体在水和酒精中所受的浮力分别为0.72N和0.64N，如果均漂浮，根据阿基米德原理可知浮力与重力大小相等，所以它们的浮力应该是相等的，因此不可能均漂浮。

学生5：均沉底也不可能。因为若物体在水和酒精中均沉底时，它们排开的液体的体积相等，G排=ρ液V排g，那么它们排开液体的重力之比为G水∶G酒精=ρ水∶ρ酒精=5∶4，而本题所给出的条件是G水∶G酒精=9∶8。

师：会不会一次沉底一次悬浮呢？

生：不可能，如果一次沉底一次悬浮，它们排开液体的体积还是一样的。

师：那到底是什么状态呢？

生：应该是一次漂浮，一次完全浸没(可能悬浮、可能沉底)。

师：在哪种液体中漂浮呢？

生：水中，因为水的密度大。

师：怎么能得出本题要求的物体体积呢？

师。请大家再思考一下，根据已知条件，本题还能求什么物理量呢？

生6：还能得到物体的质量。因为物体在水中漂浮，所以，物体的质量就等于排开水的质量，即溢出水的质量72g。

生7：还能求物体的密度。因为物体的质量和体积都知道了。

变式练习：两个质量相等质地均匀的实心球甲和乙，他们的体积之比为V甲：V乙=1∶3，则它们的密度之比为ρ甲∶ρ乙=_________；现将甲、乙两球放入装有足够深的水的容器中，当它们静止时，水对两球的浮力之比为F甲∶F乙=2∶3，则乙球的密度为ρ乙=______kg/cm3。

设计意图：本题正确率较低，通过对学生答案的分析，发现问题就在对题意的理解上。对本题的理解必须由表及里进行深层次的理解，但学生仅仅停留在对题目的表层理解，甚至武断地认为物体在液体中全是漂浮或全是沉底的。笔者在教学中用问题引领，让学生探究、推理、争辩，通过思维碰撞，将学生的理解引向深入，最后的开放性问题让学生明白他们的主要任务不是解题，而是学习解题。解题必须遵循“尝试+顿悟”的路线去探索，挖掘隐蔽条件，洞察知识间的联系，产生有意义的联想，从而找到正确的解题突破口，把握解题方向。通过变式练习，进一步磨砺学生的解题思路，促进知识迁移，起到举一反三的作用。

2 设计反思

教学设计包括教学内容的确定、教学层次的安排、教学方法和手段的选择、教学情境的创设、例题的选取等。传统的教学设计围绕知识展开，关注的是教师怎么样能教好，而忽视了对学生的关注。在核心素养的视域下，笔者认为，在教学设计环节需要高度重视过程设计，过程设计不仅是关注学生对知识的建构，更要关注学生的认知策略在学习过程中的应用。所以，过程设计应注意以下几点：

(1) 站在学生的角度思考物理知识的演绎逻辑。教师要真正地从关注知识向关注学生学习过程的转变。过程设计实际上设计的是学生的学习过程，而在真正地学习之前进行设计时，只能是教师根据自身的教学经验进行的预设，所以教师除了依赖教学经验之外，还应站在学生的角度思考设计问题。

(2) 将静态的知识转换为动态的知识发生过程。教师设计教学时面对的知识都是静态的，比如阿基米德原理、物体的浮沉条件等知识都是以静态的形式出现在教材上。在设计教学过程时，教师需要预设学生的学习过程，将这些静态的知识转化为动态的理解过程，预设好引导学生思维的素材和步骤，以保证学生在学习过程中的思维是顺畅的，静动转换的目的是让学生在动态的学习过程中构建静态的知识，从静态的知识出发，思考学生可能的思维过程，进而设计一定的学习情境与过程。这个过程可以“宽”一些，即多考虑学生思维的可能性，以满足不同层次学生的需求。

(3) 要重视对教学过程设计的总结与评价。教学过程设计是一项精细的工作，力图让物理教学成为令人激动的探究之旅。学生是学习的主体，教师的教学设计、预设的学习过程不一定完全准确、合理，不一定和学生的思维完全同步。所以，在教学过程中，教师不能刻板按照事先编好的“程序”“按部就班”进行教学，不能把预设当作“红头文件”，要求学生必须“落到实处”，而应该允许学生“节外生枝”，及时发现学生智慧的火花，不断调整教学思路，使学生的思维与预设发生共鸣。完成教学之后，教师还要回顾学生的学习过程，反思其中的不足，进行总结、优化。