巧建模型突破浮力教学难点

徐若芹 徐兵田

摘 要：对初中生来说，物理模型的构建应从学生常见的现象或可观察、可操作的器材出发，结合基础知识的运用逐步形成.通过密度计构建的漂浮模型，能够帮助学生领悟漂浮现象背后的规律，进一步发现解决较复杂问题的思想方法，在逐步深入的问题解决过程中，让学生感受到学科学习的乐趣，提高学生的学科素养.

关键词：物理模型;浮力;物理学科素养

在中学物理学习过程中，构建合适的物理模型，可以把复杂的问题简化，帮助学生对相关问题进行归纳总结，从而形成基于理解的学习内容，更好地促进学生展开学科深度学习，有利于提升学生的学科素养.

浮力知识是初中物理综合性较强的内容，特别是浮沉问题中的“漂浮”现象，有时会牵涉多个力的分析，对学生解决问题的能力要求较高，是浮力教学的重点.义务教育物理课程标准中也明确指出：要运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象[1].教学中发现，学生形成学习困惑的原因，除了知识掌握的熟练程度不够之外，主要是对知识背后的规律、思想方法没有很好的领悟，运用所学知识时，停留在简单的“就题论题”机械思维中.实际上，教材关于物体浮沉条件的应用部分，为浮力及相关知识的综合应用提供了一种仪器——密度计[2]，借助它的原理及使用情况，可以据此构建重要的物理模型并逐步将知识拓展并引向深入.当然，这一过程需要教师在教学中进行有效的示范和引导.

1 利用熟悉的原型构建物理模型，完成基础知识的归纳提升

对初中生来说，物理模型的构建应从学生常见的现象或可观察、可操作的器材出发，结合基础知识的运用逐步形成.密度计的教学过程，在展示密度计的实物及使用过程之后，要引导学生思考并讨论核心问题：密度计是怎样测出液体密度的？学生利用阿基米德原理及漂浮时的平衡状态，易得：F浮=G排=ρ液V排g及F浮=G物，显然，同一个密度计因重力不变，其在不同液体中所受浮力都与自身重力相同保持不变，即在不同液体中，ρ液、V排、g三者的乘积相同，当密度计浸入液体体积（V排）越大，液体密度越小，反之则越大.这里要与学生一起展开详细的分析，旨在从直观的实物具象过渡到代表普遍存在的漂浮现象模型.因此，要提醒学生明确“漂浮”这一类现象的背后的规律，让密度计不仅仅是教材中呈现的一种仪器，更是解决漂浮问题的物理模型，这样就放大了学生的知识背景，归纳了学生的所学，但知识的重心仍然是源于教材、需要掌握的基础知识.

向学生强调密度计可看作解决漂浮问题的模型，实际上是一种显性的科学方法教育，其着眼于学生科学素养的形成，植根于方法教育的确定，落脚于学生科学方法的掌握，在实践上是可行的科学方法教育方式[3].

在本题中，由于两物体在水中的位置发生变换，从形式上非常容易干扰学生的思路.但通过分析，很快就可以形成基于“密度计模型”的思考方向：两物体无论如何颠倒，它们在水中始终处于漂浮状态，其浮力与排开液体的体积没有改变，容器中液体的深度保持不变，问题就迎刃而解了.

例4 如图4所示，在底面积为S的圆柱形水槽底部有一个金属球，圆柱型的烧杯漂浮在水面上，此时烧杯底受到水的压力为F1.若把金属球从水中捞出放在烧杯里使其底部保持水平漂浮在水中，此时烧杯底受到水的压力为F2，水的密度为ρ水.当金属球捞起放入烧杯后，求烧杯排开水的体积变化.

该题所创设的情景中，金属球从沉在杯底到放入烧杯，将不同物体的下沉、飘浮综合在一起，学生分析时受次要信息影响，考虑多较为复杂，形成思维阻塞.教师在引导学生分析这类问题时，应让学生尝试透过现象看到问题的实质：烧杯在球放入的前后，都处于漂浮状态，其浮力大小分别等于其自身的重力.当球放入烧杯时，此时浮力与总重力（烧杯与球重力之和）相同，放球前后两次浮力的变化，正是烧杯排开水的体积变化原因.根据浮力是由液体的压力差引起，通过两次杯底受到的压力情况容易求出浮力的变化，相应的体积变化就可以解决.

当然，物理模型的构建以及学生基于此解决问题，教师要避免将偏难、偏怪的繁杂题型投放给学生，学生因长时间解决困难，效果只会适得其反，从而打击了学生的物理学习兴趣.教师需要结合学生的学科基础、知识储备等情况来开展教学，要小步子、慢节奏，让学生感悟到学习物理、钻研问题的成功乐趣，这也是在物理课堂上让核心素养落地的重要一步.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]义务教育物理课程标准实验教科书编写组.八年级物理[M].上海：上海科学技术出版社，2012： 179.

[3]邢紅军.初中物理科学方法教育[M].北京：中国科学技术出版社，2015.

[4]黄永顺.加强习题教学研究，培养学生物理思维[J].物理教学，2018，40（02）：53-56.

（收稿日期：2020-01-02）