基于課程標(biāo)準(zhǔn)的“物體浮沉條件及應(yīng)用”的教學(xué)設(shè)計(jì)

李素娟，李新鄉(xiāng)

摘 要：以基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念為指導(dǎo)，在教學(xué)任務(wù)分析與學(xué)情分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)“物體浮沉條件及應(yīng)用”的特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的初中物理“物體的浮沉條件及應(yīng)用”一節(jié)教學(xué)源于課程標(biāo)準(zhǔn)的6條教學(xué)目標(biāo)；根據(jù)評價(jià)活動(dòng)設(shè)計(jì)先于教與學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)的理念，圍繞教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)了由8個(gè)問題、3個(gè)作業(yè)題目組成的評價(jià)活動(dòng)；貫徹“目標(biāo)—評價(jià)—教學(xué)”一致性的理念，利用問題引導(dǎo)與任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)法設(shè)計(jì)了10項(xiàng)教與學(xué)的活動(dòng)。根據(jù)創(chuàng)設(shè)情境，突破教學(xué)難點(diǎn)的需要，設(shè)計(jì)與制作了“潛水艇沉浮演示器”與“浮沉子”等教學(xué)用具，利用自制的教具所安排的演示實(shí)驗(yàn)，有助于突破教學(xué)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：課程標(biāo)準(zhǔn)；物體浮沉條件；教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）5-0071-4

實(shí)施基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中要源于課程標(biāo)準(zhǔn)編制學(xué)習(xí)目標(biāo)；然后，先于教與學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)檢測學(xué)習(xí)目標(biāo)是否達(dá)到的評價(jià)活動(dòng)；最后，設(shè)計(jì)教與學(xué)的活動(dòng)。這樣的逆向教學(xué)設(shè)計(jì)，可以使教師帶著問題思考教學(xué)，確保學(xué)習(xí)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；確保實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)與評價(jià)的一致性。

1 教學(xué)任務(wù)分析

浮力與現(xiàn)實(shí)生活緊密聯(lián)系，在生活中應(yīng)用非常廣泛，研究物體浮沉的條件及應(yīng)用，對解決生活中的現(xiàn)象和問題具有重要的作用。阿基米德原理是解決浮力問題常用的方法，對浮力應(yīng)用實(shí)例的分析需要以阿基米德原理為基礎(chǔ)，本節(jié)課對輪船、潛水艇、氣球（氫氣球、熱氣球等）、飛艇等生活實(shí)例的分析，可以培養(yǎng)學(xué)生理論指導(dǎo)實(shí)踐的意識，使學(xué)生深刻地認(rèn)識到物理學(xué)的重要性，激發(fā)對科學(xué)的興趣。

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對該內(nèi)容的相關(guān)要求是“運(yùn)用物體的浮沉條件說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。例如，了解潛水艇浮沉的原理”。其中，“說明”“了解”都是知識與技能維度的要求，鑒于我國近幾年在航海（如：航空母艦）方面的發(fā)展，可以激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和自信心，本節(jié)課增設(shè)了“情感、態(tài)度與價(jià)值觀”維度的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

2012年人教版物理教材將本節(jié)課內(nèi)容安排在8年級第10章《浮力》，其中，“物體的浮沉條件及應(yīng)用”是第10章第3節(jié)的內(nèi)容。它將重力、二力平衡、浮力等知識緊密聯(lián)系起來，是對力學(xué)知識的綜合運(yùn)用。同時(shí)，其內(nèi)容是在浮力、阿基米德原理等知識之后，是對物體在液體中受到浮力所作的進(jìn)一步探究和延伸，是對浮力知識的升華。教材內(nèi)容由“物體的浮沉條件”和“浮力的應(yīng)用”兩個(gè)板塊組成，包括3個(gè)“想想做做”，圖文并茂，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和興趣。雖然本節(jié)內(nèi)容與生活實(shí)際密切相關(guān)，但是研究不同事物浮沉應(yīng)用的具體方法不同。因此，要求教師要對物體的浮沉問題有全面系統(tǒng)的認(rèn)識。

綜上所述，物體的浮沉條件是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。

2 學(xué)情分析

在知識能力方面，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了重力、受力分析、二力平衡、浮力、阿基米德原理等知識，為物體浮沉條件的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，在認(rèn)知方面，學(xué)生對日常生活中的浮沉現(xiàn)象有比較豐富的感性認(rèn)識，也是他們?nèi)菀桩a(chǎn)生興趣的原因。但是，學(xué)生并沒有形成對這些現(xiàn)象深層次的理論上的正確認(rèn)識，而是在有所認(rèn)知的同時(shí)形成了一些模糊甚至錯(cuò)誤的前概念。如：重的物體下沉，輕的物體漂浮；大的物體下沉，小的物體漂浮等等，這些前概念對本節(jié)課知識的構(gòu)建造成了干擾，從而形成了教學(xué)難點(diǎn)。

3 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)基于課程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)理念和上述兩項(xiàng)分析，設(shè)計(jì)出源于課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)目標(biāo)：

①會根據(jù)二力平衡條件、力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系描述物體的浮沉條件。

②了解輪船、潛水艇、氣球和飛艇等物體的浮沉原理。

③能運(yùn)用物體的浮沉條件說明生產(chǎn)、生活中的一些現(xiàn)象。

④通過觀察物體浮沉的實(shí)驗(yàn)，提高觀察和分析能力。

⑤在對輪船等工作原理的學(xué)習(xí)過程中，體會浮力應(yīng)用的社會價(jià)值。

⑥在了解我國古代與當(dāng)代航海方面成就的過程中，增強(qiáng)民族自豪感和自信心。

4 評價(jià)設(shè)計(jì)

為檢測教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成，設(shè)計(jì)了“浮沉子”原理分析等2個(gè)題目。

（1）通過問題1、2及練習(xí)題（1）檢測教學(xué)目標(biāo)①的達(dá)成。

（2）通過問題3、8及練習(xí)題（1）（2）檢測教學(xué)目標(biāo)②和④的達(dá)成。

（3）通過問題5～7檢測教學(xué)目標(biāo)③和⑤的達(dá)成。

（4）通過問題4檢測教學(xué)目標(biāo)⑥的達(dá)成。

5 教具設(shè)計(jì)

5.1 潛水艇浮沉演示器

5.1.1 制作方法

第一步，用刀片將廢舊塑料瓶的瓶底整齊切下待用；

第二步，在瓶內(nèi)放一小塊橡皮泥，并用橡皮膠布固定，作為壓艙物；

第三步，在瓶蓋上分別鉆兩個(gè)孔，將一長一短的兩根塑料管裝入，也用橡皮膠布固定；

第四步，用橡皮膠布把剛才切下的瓶底固定在原處。

具體的制作如圖1所示。

5.1.2 操作方法

將“潛水艇”放入水中，水就會從下面的塑料管中流入瓶內(nèi)，當(dāng)瓶內(nèi)的水慢慢增多，“潛水艇”就會慢慢下沉。用嘴從上面的塑料管中慢而均勻地吹氣，潛水艇內(nèi)的水受到空氣的壓力，就會從下面的管子里排出來，排出的水有一股反作用力，會推動(dòng)潛水艇慢慢地前進(jìn)，“潛水艇”就會一邊航行一邊上浮。

5.1.3 設(shè)計(jì)意圖

潛水艇的工作原理相對比較復(fù)雜，學(xué)生理解相對困難，通過制作模型，能夠幫助學(xué)生更好地理解其工作原理，拉近物理與生活的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

5.2 浮沉子

5.2.1 制作方法

第一步，把口服液瓶的瓶蓋拿下，用錐子鉆透后拔出錐子；

第二步，將小瓶放入槽中，裝上適量水（并滴入1滴紅墨水），蓋上蓋，讓其倒立在水面上，仔細(xì)調(diào)整瓶中的水量，直到它接近全部浸沒在水中的程度，插上塑料吸管；

第三步，在飲料瓶中裝水至將滿（留一少許空間），再將調(diào)整好的小瓶倒扣放入飲料瓶中，蓋上蓋，如圖2所示。

5.2.2 操作方法

擠壓塑料瓶，小藥瓶下沉，松開手，小藥瓶上浮。

5.2.3 設(shè)計(jì)意圖

利用身邊的物品進(jìn)行小實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)從生活走向物理的教學(xué)理念，并且“浮沉子”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象新奇，容易吸引學(xué)生的興趣，增加學(xué)習(xí)的樂趣，而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)與前面學(xué)習(xí)的大氣壓強(qiáng)有密切聯(lián)系，能幫助學(xué)生提高綜合運(yùn)用知識的能力。

6 教與學(xué)的設(shè)計(jì)活動(dòng)

6.1 利用趣味實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課

教與學(xué)的活動(dòng)1：教師利用“浮沉子”演示其下沉和上浮，讓學(xué)生仔細(xì)觀察“浮沉子”的神奇之處并描述觀察到的現(xiàn)象。

現(xiàn)象：瓶內(nèi)的物體可以按照教師的意愿實(shí)現(xiàn)下沉和上浮。

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】教師利用自制的“浮沉子”，演示學(xué)生從未見過的新奇有趣的現(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)引發(fā)學(xué)生探究興趣的物理情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，培養(yǎng)物理學(xué)習(xí)的興趣。

6.2 利用實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變前概念，總結(jié)物體的浮沉條件

教與學(xué)的活動(dòng)2：教師演示不同物體在液體中的不同狀態(tài)，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象后先獨(dú)立思考，后同伴交流，分析它們的受力情況。教師適當(dāng)點(diǎn)撥，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)規(guī)律。

演示實(shí)驗(yàn)：木塊漂浮，小鐵釘下沉，塑料泡沫塊上浮，雞蛋懸浮。

問題1：是什么改變了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？

【總結(jié)規(guī)律】物體的浮沉條件：

漂（懸）浮：F浮=G ；下沉：F浮G。

影響物體浮沉的根本原因是物體所受浮力與重力的大小關(guān)系。

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】物理是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)“從生活走向物理”，利用生活中常見的物體做小實(shí)驗(yàn)，在拉近生活與物理關(guān)系的同時(shí)，轉(zhuǎn)變學(xué)生錯(cuò)誤的前概念。提出的問題，有助于引導(dǎo)學(xué)生在分析力與物體運(yùn)動(dòng)關(guān)系的過程中，總結(jié)物體的浮沉條件。

6.3 利用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，探究改變物體浮沉狀態(tài)的方法

教與學(xué)的活動(dòng)3：先讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：讓橡皮泥漂浮在水面上。

問題2：根據(jù)阿基米德原理，這樣做成功的原因是什么？

教與學(xué)的活動(dòng)4：教師出示“潛水艇浮沉演示器”，簡單介紹演示器的構(gòu)造后，演示實(shí)驗(yàn)。先讓學(xué)生觀察、思考，然后教師引導(dǎo)，分析影響“潛水艇”浮沉的因素。

演示實(shí)驗(yàn)：潛水艇的浮沉。

問題3：潛水艇在上浮與下沉過程中，是通過改變什么因素實(shí)現(xiàn)的？

描述并分析現(xiàn)象：把“潛水艇”放入水中時(shí)，它是漂浮在水面上的，當(dāng)水進(jìn)入“潛水艇”時(shí)，它開始下沉，當(dāng)水排出時(shí)，它開始上浮。在上浮與下沉的過程中，只有潛水艇中水的量發(fā)生了變化，“潛水艇”是通過改變體內(nèi)水的量來改變自身受到的重力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)上浮與下沉。

教與學(xué)的活動(dòng)5：播放“潛水艇”工作模擬動(dòng)畫，對潛水艇的結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行進(jìn)一步的說明：潛水艇的左右兩側(cè)各有一個(gè)水倉，底部有一個(gè)水閥，頂部有一個(gè)氣閥，它可以通過控制水閥和氣閥來進(jìn)行充水和排水。向水艙充水時(shí)，水閥就會打開，潛水艇變重，逐漸潛入水中。當(dāng)水艙充水后潛水艇重等于同體積的水重時(shí)，它可以懸浮在水中。當(dāng)用壓縮空氣將水艙里的水排出一部分時(shí)，潛水艇變輕，從而上浮。實(shí)際航行時(shí)，在上浮和下潛過程中，潛水艇總要開動(dòng)推進(jìn)器加快上浮和下潛的速度。

【總結(jié)規(guī)律】改變物體浮沉狀態(tài)的方法：

（1）物體質(zhì)量不能改變時(shí)，改變所受浮力的大小（改變排開液體的體積，改變液體的密度）；

（2）物體所受浮力不能改變時(shí)，改變自身所受的重力。

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】橡皮泥實(shí)驗(yàn)是教材“想想做做”中，改變物體浮沉狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)之一，通過學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，既能培養(yǎng)動(dòng)手能力，又能為學(xué)習(xí)“改變物體浮沉狀態(tài)的方法”提供支持。問題3引導(dǎo)學(xué)生分析出改變物體所受浮力是改變浮沉狀態(tài)的一種方法；問題4引導(dǎo)學(xué)生分析出改變物體自身的質(zhì)量也是改變浮沉狀態(tài)的一種方法，為下面分析其他實(shí)際應(yīng)用作鋪墊。

6.4 學(xué)習(xí)新科技，增強(qiáng)民族自豪感和自信心

教與學(xué)的活動(dòng)6：利用多媒體展示古代鄭和下西洋及現(xiàn)代中國航空母艦的有關(guān)圖片和資料，并進(jìn)行講解，讓學(xué)生認(rèn)真觀看、學(xué)習(xí)。

問題4：觀看了這些內(nèi)容，有什么感受？

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】利用中國古代與當(dāng)代在“浮力應(yīng)用”方面的成就，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感與自信心，進(jìn)行愛國主義教育。

6.5 自主學(xué)習(xí)，了解常見物品的浮沉原理

教與學(xué)的活動(dòng)7：讓學(xué)生自主閱讀“輪船”“氣球和飛艇”兩部分內(nèi)容，教師提出閱讀的任務(wù)要求，留給學(xué)生適當(dāng)?shù)乃伎?、交流時(shí)間。

問題5：物體的浮沉在生活中還有哪些應(yīng)用？具體是怎么實(shí)現(xiàn)的？

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】教材中所涉及的這兩部分內(nèi)容與生活、科技密切相關(guān)，通過閱讀讓學(xué)生認(rèn)識到物體浮沉的廣泛應(yīng)用，了解改變物體浮沉狀態(tài)的不同方法，同時(shí)讓學(xué)生采取不同的學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式多樣化。

6.6 課堂練習(xí)，內(nèi)化新知

教與學(xué)的活動(dòng)8：展示懸浮雞蛋的實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生根據(jù)觀察到的現(xiàn)象，先獨(dú)立思考，回答系列問題，后小組交流討論，并將結(jié)果反饋給教師。

問題6：如何讓懸浮在鹽水中的雞蛋下沉（或上?。?/p>

問題7：雞蛋下沉（或上?。┑脑蚴鞘裁矗?/p>

教與學(xué)的活動(dòng)9：再次演示“浮沉子”實(shí)驗(yàn)，講解制作流程，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用本節(jié)課所學(xué)的物體的浮沉條件。先個(gè)人分析“浮沉子”的浮沉原理；后小組合作討論，讓學(xué)生代表說明分析結(jié)果，其他學(xué)生補(bǔ)充。

問題8：“浮沉子”的浮沉原理是什么？

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】針對本節(jié)課教學(xué)重難點(diǎn)，有計(jì)劃、有目的地設(shè)計(jì)上述練習(xí)，目的是檢測物體浮沉條件及應(yīng)用的掌握情況，內(nèi)化新知。

6.7 課堂小結(jié)，升華提高

教與學(xué)的活動(dòng)10：引導(dǎo)學(xué)生先自己思考、總結(jié)這節(jié)課學(xué)到的知識和其他收獲；后小組討論，然后全班交流。

（1） 物體的浮沉條件；

（2） 改變物體浮沉狀態(tài)的方法；

（3） 物體浮沉的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例及原理。

接著教師結(jié)合三維教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行點(diǎn)評與歸納總結(jié)。

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】教師引導(dǎo)學(xué)生從三維學(xué)習(xí)目標(biāo)談本節(jié)課的收獲和體會，既是對本節(jié)課內(nèi)容的總結(jié)升華，又緊扣教學(xué)目標(biāo)，保持課程標(biāo)準(zhǔn)與課堂教學(xué)的一致性。

6.8 課外作業(yè)，動(dòng)手動(dòng)腦

（1）做一個(gè)塑料袋熱氣球。

（2）解釋湯圓剛放入鍋中時(shí)，便下沉到鍋底，煮熟的湯圓就浮起來，如果把涼的湯圓放入鍋中，又沉到鍋底的原因。

（3）利用多媒體展示“浮筒打撈法”的相關(guān)材料，解釋原因。

【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】作業(yè)內(nèi)容力爭做到既動(dòng)手，又動(dòng)腦；既能與生活實(shí)際相聯(lián)系，深化對知識的理解，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突出以興趣引導(dǎo)學(xué)習(xí)的理念。學(xué)生通過獨(dú)立完成作業(yè)，能夠達(dá)到對物體浮沉條件及應(yīng)用的復(fù)習(xí)鞏固。

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