精心设计教学 凸显核心素养——以“物体的浮与沉”教学为例

刘 源

(江苏省南京市第一中学初中部,江苏 南京 210000)

1 以科技成果为导入,激发好奇之心,增强科学情感

师:请大家观赏“蛟龙号”潜水艇的视频(如图1),思考：潜水艇为什么能在海水中自由地上浮与下沉?

图1

课改强调学生的学习不是被动的、机械的接受学习,而是主动的、探索的发现学习,能够基于真实的问题情境观察、提问、制定解决方案,通过一系列的思索、探究,最终解决问题,提升核心素养。诺贝尔奖得主李远哲说过:科学家就是充满好奇心的、长不大的儿童。足见好奇心的重要性。“蛟龙号”潜水艇的引入,为学生提供了鲜活的问题情境,激发学生的好奇之心,促使学生开动脑筋,带着问题来学习,并且能够使学生触碰科学前沿,感受科学发展带给人类的便捷,培养学生的爱国热情,增强科学情感。

2 以实验为载体,体验动手之乐,培养科学态度

师:大家的桌上有三个物体：带盖的小瓶子、被铁夹子夹住的气球、小西红柿。如果把这三个物体浸没在水中,松手后,它们是上浮还是下沉呢?大家动手试一试。

生:如果把这三个物体浸没在水中,松手后,带盖的小瓶子会浮上来,被铁夹子夹住的气球会沉下去,小西红柿也会沉下去。

师:很好,你的观察很仔细。

师:那么如何改变这些物体在水中的浮沉状态呢?大家用桌上的其他实验材料再试一试。

生:在带盖的小瓶子里加入螺丝,带盖的小瓶子会下沉,向气球里面吹气,被铁夹子夹住的气球会浮上来,向水中加盐搅拌后小西红柿也会上浮。

师:在实验中你是改变了什么因素，从而改变了这些物体的浮沉状态?

生1:在带盖的小瓶子中加入螺丝，增加了整个物体的质量,从而增大了重力,使重力大于浮力。

生2:吹大气球，增大了排开水的体积,增大了浮力,使浮力大于重力。

生3:在水中加盐，增大了液体的密度,增大了浮力,使浮力大于重力。

师:大家能够通过动手与思考，总结出改变物体浮沉状态的方法,你们得到了什么结论？

生:物体在液体中有两种状态：第一种是上浮,浮力大于重力;第二种是下沉,重力大于浮力。

伊利诺伊州芝加哥大学的神经生物学家魏巍正使用GEVIs研究不同的电输入信号是如何在小鼠视网膜神经元内被整合的。魏巍的研究兴趣涉及一类能够对一定方向运动的视觉刺激产生强烈反应的神经元。通过观测这些神经元不同部位膜电位的变化，她希望可以理解细胞如何处理输入信号，以探测刺激的运动方向。

师:物体在液体中上浮,最后会处于什么状态?

生:最后会有一部分露出液面,静止在液面上。

师:它受力情况如何?

生:因为物体静止,满足二力平衡条件,重力与浮力大小相等。

师:我们把物体有一部分露出了液面并且静止在液面上的这种状态叫做漂浮,那么有没有一种物体浸没在液体中也能静止?老师手上有一个鸡蛋,浸没在水中,松手后,大家看到鸡蛋是什么状态？

生:下沉。

师:如何使鸡蛋上浮?

师:不错,根据刚才我们学到的方法,可以通过加盐，增大液体的密度来增大浮力,如果我们慢慢加盐,会不会加到刚好使物体悬停在液面以下?哪位同学上台试一试?

学生上台向水中加盐并搅拌,通过慢慢加盐,最终使鸡蛋悬停在液面以下的位置(如图2)。

图2

师:这位同学的动手能力非常强,真的使鸡蛋悬停在液面以下了。浸没在液体中的物体,既不上浮也不下沉,可以在液体中的任何位置处于平衡状态,这种状态称为悬浮。那么此时物体的受力情况如何?

生:重力与浮力大小相等。

物体在液体中的四种状态的引出,是通过学生的动手实验,在教师的引导下逐步总结出来的,并进一步认识漂浮与悬浮,在整个过程中学生通过真实的现象、真实的结果构建概念，这是求“真”与务“实”的过程。课堂中会出现学生看到奇妙的物理现象时万分疑惑的表情,会出现为寻求答案而深深思索的目光,还会出现经历自主探究、解决问题之后发出的豁然开朗的欢呼。

“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,要“躬行”包含两层意思:一是学习过程中要“躬行”,力求做到“口到、手到、嘴到、脑到”；二是获取知识后要“躬行”,通过亲身实践化为己有,转为己用。任何物理概念、规律的得出都不是一蹴而就的,需要科学家们不断探索,不断搜集证据,需要坚韧的科学意志与毅力,需要求真务实的科学态度,物理教学的过程应该体现科学态度培养的要求。

3 理论与实际相结合,体验活用之乐，提升科学应用能力

师:请大家观看河鲀“生气”的视频(如图3),用刚才学到的知识解释河鲀是如何改变浮沉状态的。

图3

生:河鲀刚开始在水中处于下沉状态,拿出来之后吸入了很多空气,增大了排开水的体积，从而使浮力大于重力,逐渐上浮,最后漂浮在水面上,当河鲀放出体内的空气后,减小了排开水的体积,减小了浮力,使浮力小于重力,河鲀又下沉了。

书本不是学生获得知识的唯一来源,生活、实践以及实验也是学生获取物理知识的来源，而这种来源更能使学生产生学习兴趣,因为现实世界是丰富多彩、生动活泼的。学生对于河鲀的认识仅仅停留在“味道鲜美”,尚不清楚河鲀鱼的上浮、下沉与物理有关,在课堂上看到这一景象,都叹为观止,自己尝试用学到的知识解释了现象，并能获得教师与同学的赞许，增强了学习物理的信心,并感觉收获满满。

4 以模型设计为依托,体验操作之乐,提升动手能力

师:河鲀能在水中自如地上浮与下沉,回到我们课上提出的问题：“蛟龙号”潜水艇是如何做到上浮和下沉的?我们可以自己设计并制作一个“蛟龙号”模型,然后研究“蛟龙号”在水中的浮与沉。

器材准备:带盖的空塑料瓶子、60ml注射器、钩码、塑料皮管、铁丝等。

学生完成制作后，请一位同学带着自己的作品上台展示,并解释“蛟龙号”潜水艇是如何实现上浮与下沉的(如图4)。

图4

生:活塞往外抽时,从塑料瓶内吸气,瓶内气压降低,往瓶内充水,重力大于浮力,潜水艇下沉；活塞往内压时,向塑料瓶内充气,往瓶外排水,重力小于浮力,潜水艇上浮；通过抽气与排气,也可以使重力与浮力大小相等,达到悬浮状态。

师:那么我们的潜水艇实际上是在改变哪一个力来实现浮与沉的？

生:重力。

“蛟龙号”潜水艇的模型主体是带盖的瓶子,给学生以亲切感,依托刚才学习的浮与沉的知识,对学生设计模型更有导向性,在设计并制作潜水艇的过程中能培养动手能力、小组协作能力和知识应用能力。潜水艇模型的制作和课堂导入首尾呼应,使得教学的整体性得到彰显。

对于学生而言,一项科学任务的完成,往往需要精心构思设计方案,需要运用所学的知识,需要寻求合适的科学方法,需要向同伴、教师、书本求助。在完成过程中会遭遇挫折与失败,只有具备百折不挠的品格,不畏艰难,才能完成任务,在此期间构建的知识、领悟的方法、建立的同学情,是学生一生的财富。

5 结语

“凡事预则立,不预则废”,高效的物理课堂需要教师科学的预设,课堂的精彩与否与教师的教学理念有莫大的关系。首先教师应该根据教学内容,创设真实的物理情境,激发学生的好奇心,再运用合适的科学方法与策略激发学生的学习动机,并通过巧妙设计的活动维持学生的学习动机与求知欲望,最后利用所学知识促进学生活学活用,提升问题解决的能力。在“引起—激发—维持—促进”的过程中循序渐进，提升学生的核心素养。