初中物理“物体的浮与沉”实验教学设计创新

新课标提倡教师在物理教学中以实验教学的形式将理论与实践相结合，为学生提供实验操作的机会，加强学生对物理知识的理解和记忆。鉴于此，笔者对初中物理“物体的浮与沉”实验教学设计进行了分析，教学过程以实验操作为主，层层深入，引导学生理解和判断物体的沉浮情况，发现、分析物体沉浮过程中存在的问题，进一步了解浮力和重力对物体沉浮的影响，设计如何改变物体沉浮的实验，让学生感受到物理实验过程的逻辑性和严谨性。

一、教材分析

在初中物理教学中，“物体的浮与沉”是一个重要的主题，不仅涉及物理学的基本原理，还与学生的日常生活紧密相关。通过对物体在液体中受力的分析，学生可以深入地理解重力和浮力的相互作用。

在传统的教学模式中，教师可能更多地侧重于理论讲解，而缺乏足够的实验操作和数据验证，这可能会影响学生对知识点的理解和掌握。为了提高教学效果，教师可以设计一些创新的实验教学方案，利用现代化的教学工具和设备，如计算机模拟、传感器等，增强实验的直观性和准确性。

同时，教师可以引导学生通过小组合作的方式，进行实验设计和数据收集，培养学生的团队协作能力和科学探究精神。

此外，教师还可以结合实际生活中的例子，如船只的浮沉、热气球的升空等，让学生将理论知识与实际应用相结合，提高学生学习的趣味性和实用性。

创新的教学设计，不仅可以帮助学生更好地理解物体浮沉的原理，还能激发学生的探究兴趣，培养他们的科学素养和实践能力。这种教学方式更符合新课程标准的要求，有助于学生形成科学的世界观和方法论。

二、实验器材准备与实验目标确立

在确立实验目标时，教师不仅要考虑学生的身心发展规律，还要根据学生的个体化差异制订不同层次的实验目标，最大限度地满足学生的学习需求。

教师从知识的讲解转变为实验教学，整个教学过程以探究为主，同时也改变了教学理念和方法，根据学生的实际学习情况开展具有针对性、探究性的实验教学，确保教学过程能给学生带来良好的学习体验，促进学生的成长与进步。

物体上浮或下沉是初中物理“物体的浮与沉”的核心内容，而且具备一定的探究性，在实验教学中，教师可以带领学生使用不同的方法对物体的沉浮进行探究，认识、了解物体的浮力和重力对其浮沉效果的影响，并把力与运动相关的知识融入其中，总结物体的沉浮条件。

在开课前，教师向学生抛出问题：物体的下沉和上浮会受到自身重力的影响吗？很多学生认为，在水中容易下沉的都是重力较大的物体，物体的重力越轻，越容易上浮。由此可以看出，学生对物体的浮与沉存在错误的认知。正确理解物体浮与沉的概念是本课的教学难点之一，教师应通过实验教学引导学生观察物体浮与沉的现象，对物体的沉浮状态进行正确的理解和分析。

（一）实验器材

实验器材的选择对于激发学生的探究兴趣和实验效果至关重要。除了透明水槽、木块、铁块等基础器材，教师还可以鼓励学生发挥创意，利用日常生活中的物品，如塑料瓶、小玻璃瓶、橡皮泥等，进行实验。这些物品不仅易于获取，还能够让学生更加直观地观察和理解物体的浮沉现象。

在实验过程中，教师可以引导学生思考如何通过改变物体的形状、密度或体积影响其在水中的浮沉状态。例如，通过将橡皮泥捏成不同的形状，或者在塑料瓶中加入不同量的水，学生可以观察到物体浮力的变化。此外，教师还可以引入一些变量控制的概念，让学生在实验中注意控制其他因素，如水温、水槽的大小等，以确保实验结果的准确性。

（二）实验教学目标

1.图1为第一个实验教学目标，在实验教学中让学生了解浸没在液体中的物体的运动和静止状态。

2.掌握轮船、潜水艇在水中的浮沉原理，发现生活中存在的浮沉知识。

3.当物体浸没在液体中时，其重力和浮力的大小会直接影响其浮沉效果，如图2所示。

4.学生在自主探究过程中了解到在什么样的条件下才能使物体出现沉浮，以及在日常生活和生产中存在哪些沉浮现象。

三、教学重难点

教学重点：帮助学生深入理解物体沉浮的条件，并能够根据这些条件设计实验，通过改变物体的形状、密度或体积等属性，改变物体沉浮的状态。这不仅要求学生掌握浮力和重力的基本原理，还要求他们具备一定的实验设计能力和创新思维。

教学难点：如何引导学生通过实验操作，对物体的沉浮条件进行深入的分析和总结，这需要学生具备较强的观察力和分析能力，能够从实验现象中发现规律，归纳出物体沉浮的一般规律。同时，教师也需要设计合理的实验流程和问题引导，帮助学生逐步建立科学的思维方式。

四、教学过程

（一）创设情境，引入新课

教材以铁块、轮船、潜水艇为主，设置疑问，以此激发学生的学习兴趣。教师可以在实验教学的过程中改变教学方法，首先让学生学习、了解铁块、轮船的沉浮情况，观察轮船正常行驶及破损后的沉浮情况，对这两种情况作比较，使学生自主探究物体不同的沉浮状态。同时，教师可以利用多媒体把轮船、潜水艇在海上的运行状态以视频或图片的形式播放出来，让学生进行观察和分析，图3为潜水艇在海面上的运行状态。

教师提出问题：同学们，通过视频，我们可以看到潜水艇既能沉入海底，也能漂浮在海面上，其中的原因是什么呢？大家探讨一下吧！

随着教师的提问，学生以小组的形式进入讨论环节，并结合视频总结出答案。

生：通过观察视频，我们发现潜水艇潜入海底时，大量的海水被注入水舱中，潜水艇的重量明显增加，其重力大于浮力，使潜水艇下沉。

师：很好！你们观察得非常仔细，而且分析得很正确。

师：潜水艇为什么会浮出海面呢？这个小组代表来回答一下！

生：与下沉的原理相反，当潜水艇需要上浮时，会把水舱中的海水排出来，使自身重量小于浮力，从而上浮到水面。

师：非常好！物体重力和浮力的大小会直接影响其浮沉效果。如果浮力大于重力，物体会上浮；反之，浮力小于重力，物体会下沉。

师：同学们思考一下，如果物体的浮力和重力相持平，那么物体会处于什么样的状态呢？

师：在接下来的环节中，我们通过实验来探究。

（设计意图：创设情境，引入新课，让学生对物体的沉浮有一定的认识和了解，能够与知识产生共鸣，在教师的逐步引导下提高学生的主动学习意识。）

（二）演示实验，提出中心问题

师：同学们，刚才我们通过观看视频了解到潜水艇上浮和下沉的原理。接下来，我们选择体积相同的小木块和小铁块进行实验，观察物体浸没在水中的运动状态。

教师向学生演示实验的操作方法和步骤，要求学生仔细观察。演示结束后把两种物体发放到各小组进行实验操作，并仔细观察各小组的实验情况。

师：大家分别对木块和铁块进行“上浮”“下沉”及“漂浮”实验，记录实验过程，总结实验结果。

学生在教师的指导下进入实验，教师在班级中巡视，如果学生遇到困难，及时进行指导和帮助，使其顺利完成实验操作。

师：好，同学们都做完实验了吗？

生：做完了。

师：通过实验，你们发现了什么？

生1：铁块的浮力小于重力，很容易下沉。

生2：老师，木块的浮力和重力相等的时候会漂浮在水面上。

师：木块以静止的状态漂浮在水面上，根据木块的受力情况可以判断出浮力等于重力。

师：哪些因素会影响到物体的沉浮情况呢？大家根据刚才的实验现象进行思考。

生：在实验中我们发现，物体的重量、体积以及液体的密度会对物体的沉浮产生影响。

师：回答得非常好，物体的沉浮不仅取决于其自身的体积和重量，和液体的密度也存在直接关系。

教师对各小组的发现进行点评与总结，详细讲解关于“物体浮沉的条件”的知识点。

（设计意图：小组实验有助于学生之间的沟通和交流，对实验过程和实验结果的分析更加清晰和准确，在获取知识的同时，焕发学生的学习思维，帮助学生突破知识重难点，对知识的理解更加透彻。）

（三）归纳总结，构建新知

通过实验验证和一些基础推断，学生很容易地概括出图4的规律。在日常生活中很难见到物体在水中的悬浮状态，而且找到密度与水相匹配的固体也相当困难。针对这一问题，教师可以将充满水的塑料袋放入水中，通过让学生亲身体验，进一步帮助学生理解漂浮的本质，并强调这是上浮过程中的最终状态。

（四）实验铺垫，完善新知

物体在水中的运动情况的实验主要依赖学生的猜测，因此，教师可以在此基础上对学生进行引导，对之前物体沉浮规律的猜测进行总结，准备此环节物体沉浮的实验操作。实验就是对理论知识的一种验证，在实验中我们观察到，水的密度明显低于空玻璃瓶和口部朝向上方的铁瓶盖中的物质密度，但依然会漂浮在水面上，如果把铁瓶盖完全浸入水中会下沉到水底，不会出现上浮，不符合物体沉浮的规律，从而再次引出，究竟是什么原因决定了物体在水中的沉浮。

在实验探究过程中，教师要引导学生通过相互比较，寻找物体在特定情况下的一个共性，即空心现象，并进一步询问这种空心会带来什么影响，以此来激发学生对浮力和力以及运动相关知识的思考。通过一系列的铺垫，学生很容易领悟到，物体在液体中的重力和浮力是影响物体沉浮效果的主要因素，进一步对物体的沉浮条件进行归纳和总结，图5为物体的沉浮条件。在进行实验操作时，紧密围绕这一课程的核心议题，在教师的逐步引导下促使学生积极参与到实验教学中，促进教与学的双向提升。

（五）尝试应用，验证新知

各小组学生在实验操作中对物体的沉浮条件有了一定的了解，并可以充分利用沉浮条件改变不同物体的沉浮状态，如小玻璃瓶、橡皮泥、鸡蛋等。实验结束后，学生之间可以进行深入的探讨，对改变物体沉浮状态的实验原理进行总结，如图6。在鸡蛋上浮于盐中的实验中，教师指导学生把盐分多次加入水，同时要控制好盐量，充分搅拌直到完全融于水中，这样就可以观察到鸡蛋不同的变化过程：下沉—悬浮—漂浮，让学生认识到鸡蛋在盐水中不仅会出现下沉和漂浮，还会出现悬浮。

（六）答疑解惑，融会贯通

学生在顺利完成前五个环节的实验教学后，仍然会有一个疑惑，那就是经过努力总结出的密度法可能不正确？对于这个问题，教师可以引导学生详细了解浮沉条件的公式，并让学生深入探索其内在原理。一旦学生掌握了实物学的原理，密度法将成为一个适用的方法，而在判断物体沉浮的过程中，密度法不仅简便，还具有较高的适用范围。本节课的知识，引导学生理解和解释新课设置的各种疑问，并说出生活中物体沉浮条件的应用案例。如果学生能够把所学知识运用到实际中，也就意味着学生已经消化和吸收了知识。

五、课堂教学简评

物体上浮与下沉中的两个动态过程是本节课实验探究活动的主要目的，通过科学的探究方式，学习并掌握物体下沉和上浮的条件，两项探索行为均揭示了科学探索的步骤。在实验过程中，教师应当引导学生发现、分析实验现象，以此提高实验效果，最后对实验结论进行归纳和总结，掌握保持物体沉浮稳定的方法。本节课培养了学生动手操作的能力，其实验技能和技巧也明显提升，通过小组合作实验积累经验，直到个人能够独立完成实验任务，促进学生共同进步与成长。教师为学生提供充足的实验用具，让每位学生都有机会参与其中，利用理论指导实践，通过实践验证理论，理论与实践相结合的学习方式使学生产生学习物理的兴趣，对物体沉浮知识的理解和体会更加深刻。

六、教学思考

在日常生活中存在很多物体沉浮现象，但学生对这一现象的理解过于模糊，物体沉浮知识的掌握度不高。因此，这节课的主要教学目标是帮助学生全面、深入地学习和掌握物体的沉浮现象。这就意味着教师要秉持现代化教育理念，开展以学生为核心的实验课堂。

首先，教师可以通过引入日常生活中的浮沉现象，如船只的漂浮、热气球的升空等，激发学生的好奇心和探究欲。接着，教师可以设计一系列的实验活动，让学生亲自动手操作，通过改变物体的形状、密度或体积，观察物体在水中的浮沉变化，从而加深对浮力和重力相互作用的理解。此外，教师还可以利用多媒体教学资源，如视频、动画等，展示物体沉浮的物理过程，帮助学生形成直观的认识。

在教学过程中，教师应当注重培养学生的批判性思维能力和创新能力，鼓励学生提出自己的见解和假设，并在实验中进行验证。通过这样的教学设计，学生不仅能够掌握物体沉浮的基本知识，还能够学会如何运用科学的方法去探索和解决问题，为他们的终身学习和成长打下坚实的基础。

（作者单位：甘肃省兰州市第二十二中学）

编辑：温雪莲