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“浮力”的教学结构探索
作者：佚名 来源：本站整理 发布时间：2008-8-20 15:49:01
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增大字体 “浮力”是流体静力学中应用性较强的基础知识之一，它是在力、二力的合成、二力平衡、密度和液体的压强的基础上进行的继续学习．本章的教学内容有两大特点：一是内容的抽象性，虽然学生能够从小学自然和生活经验中已认识到“浮起的物体受到浮力”，但是，对“浮力的形成原因”、“下沉的物体是否受到浮力”等一系列问题的认识都要求学生具有较高的想象能力和抽象思维能力．二是知识的综合性较强，要求把力，尤其是重力、二力合成、二力平衡（复杂一些的是同一直线上力的平衡）、压力、液体压强、密度等诸多知识综合起来研究浮力问题．
上述两大特点，给初中学生的学习造成了较大的心理障碍，也给物理教学带来两大难点．为了突破学生学习上的心理障碍，克服教学上的难点，达到提高教学质量，培养学生的科学素质之目的．笔者经过对本章的教学内容进行了认真分析研究，结合教学实践提出了一个与学生的认知结构和心理水平相适应的可行性教学结构．
一、“浮力”的智能结构分析
1．智力因素
（1）就知识结构而言，本章主要讲了“三个一”，即一个重要概念（浮力概念），一个基本原理（阿基米德原理）和一个条件（浮沉条件）．
（2）就智能结构来讲，本章的教与学主要借助实验，从诸多的实验现象中直接摄取相关的思维素材，从而抽象出概念与规律（包含公式的逻辑推证）．因此，本章主要培养学生的观察能力、概括能力、推理能力及综合分析能力．
（3）就方法体系而论，本章运用的物理方法有：观察法、实验法、理论推导法、模型法及条件控制分析法．
2．非智力因素
浮力现象趣味生动，与学生生活经验比较接近，这有助于激发学生学习的动机，使学生更具有探索未知领域的兴趣、情感、意志和毅力等．
二、学生学习“浮力”的心理结构分析
学生在学习“浮力”时的心理特征，除了上文所说的激发动机和兴趣外，主要存在以下几种心理障碍．
1．形成概念的心理障碍
在建立浮力概念之前，学生已从小学自然、生活经验及相关教育媒体中已经形成了“浮在水中的物体受到浮力”的观念，因而对“下沉的物体”想当然地认为不受浮力，或者认为下沉的物体受到的浮力小，从而否定浮力产生原因的解释，对正确理解浮力概念产生负迁移作用．
2．理解规律和原理的心理障碍
教学实践表明，当建立了浮力概念之后，相当一部分学生对影响浮力大小的因素产生若干错误的模糊认识，从而产生理解误区．如学生认为“浮力与物体的密度有关”、“浮力与物体的形状有关”、“浮力与物体浸入液体的深度有关”等，这是“负迁移”的心理“惯性”在起作用．
3．“浮力应用”的心理障碍
（1）浮力计算的心理障碍．本章由浮力概念及其产生的原因到浮沉条件和阿基米德原理都可有相关公式计算浮力，如Ｆ浮＝Ｆ下表面－Ｆ上表面、Ｆ浮＝Ｇ－Ｆ（Ｆ为弹簧秤示数）、Ｆ浮＝Ｇ（漂浮或悬浮条件）、Ｆ浮＝ρｇＶ排等，教学实践中发现许多学生在计算过程中，不是去分析题设情境所述物理现象和物理过程，而是乱套公式，这是典型的认知错乱表现．
（2）“浮沉条件”应用的心理障碍．浮沉条件中，浮力与物体重力的关系，实心物体、空心物体以及组成该物体物质的密度与液体密度的关系，浸入与浸没的关系，悬浮与漂浮的关系等，学生在学习过程中，一般比较难以形成和谐统一的结构模式，从而产生心理障碍．
三、“浮力”的教学结构
鉴于上述分析，我们设计浮力教学模式的思路是：
教学过程中应当根据知识结构特征和学生认知特点，从下述的四个层次进行教学．
1．第一层次
在学生已有“浮力”直觉认识的基础上，巧用实验、类比的方法，建立浮力概念，揭示基本规律．对于浮力，学生已有直觉认识，水对浸入它当中的物体有浮力，然而要形成科学的浮力概念，仍需要通过观察、分析实践，经过推理得出全面认识．九年义务教育三年制初中物理第一册（下文简称初中课本）第141面图12-2所示的实验，我们的处理方法是，首先做实验演示获得“浮力”的有关事实依据；①用弹簧秤称不规则物体在空气中的重力；②将物体分别浸入水、盐水、酒精、煤油中实验；③记录各次弹簧秤示数，记入下列表中．
空气中
水中
盐水中
酒精中
煤油中
示数
其次运用多媒体课件（实验用录像资料嵌入课件中）进行研究分析，这里主要是研究弹簧秤示数减小的原因．在研究分析过程中，要充分发挥学生的主体性作用，让学生参与分析与研究．实践证明，大多数学生能正确地认识到弹簧秤示数变小的原因是由于物体受到了浮力．类比液体内部压强形成的实验，分析出浮力的方向是竖直向上，并建立立方体模型，分析研究浮力产生的原因．这样的教学过程是由形象思维过渡到抽象思维的认识序列组成的，这一程序适合初中生的认知水平，于是学生通过参与教学后欣然明确：①一切浸入液体的物体都受到液体对它的浮力；②同一物体浸没在不同液体中所受浮力大小不同；③浮力的方向是竖直向上的；④浮力的实验计算方法：Ｆ浮＝Ｇ－Ｆ读；⑤浮力是液体对物体向上和向下的压力差，即Ｆ浮＝Ｆ向上－Ｆ向下．
2．第二层次
把实验的范围外推，将认知层次引伸和扩展，给学生创设一个认识物理规律的物理情境，以达到“知之愈深，受之愈切”的效果．设置实验：初中课本第141面图12-3所示的甲、乙、丙、丁四个实验同时演示，其现象是显示而易见的．进而提出问题：既然一切物体受到液体对它的浮力，那么为什么有些物体下沉，有些上浮，有些悬浮，又有些漂浮在液面上呢?为了理解这一问题，我们用多媒体课件辅助教学，运用叠加与动态效果进行演播操作，经教师引导，学生研究与分析实验现象，总结规律，如下表：
下沉
上浮
悬浮
漂浮
条件
Ｆ浮＜Ｇ
Ｆ浮＞Ｇ
Ｆ浮＝Ｇ
Ｆ浮＝Ｇ
受力图示
学习浮沉条件的思维策略是，深化实验认识，强调理性推理作用，要从力与物体运动状态关系的角度引导学生分析，培养初步推理能力．
3．第三层次
以实验为先导，数理分析为辅助，将物理实验加数学分析的实验研究方法渗透到课堂教学之中．理解阿基米德原理的关键在于分析初中课本中的演示实验，课本已经改变了传统的阿基米德桶的做法：采用烧杯作溢水杯的方法，使学生更容易理解，实验过程中教师要通过具体数据来验证实验结论．
液体
空气中
的重力
物体
上述两大特点，给初中学生的学习造成了较大的心理障碍，也给物理教学带来两大难点．为了突破学生学习上的心理障碍，克服教学上的难点，达到提高教学质量，培养学生的科学素质之目的．笔者经过对本章的教学内容进行了认真分析研究，结合教学实践提出了一个与学生的认知结构和心理水平相适应的可行性教学结构．
一、“浮力”的智能结构分析
1．智力因素
（1）就知识结构而言，本章主要讲了“三个一”，即一个重要概念（浮力概念），一个基本原理（阿基米德原理）和一个条件（浮沉条件）．
（2）就智能结构来讲，本章的教与学主要借助实验，从诸多的实验现象中直接摄取相关的思维素材，从而抽象出概念与规律（包含公式的逻辑推证）．因此，本章主要培养学生的观察能力、概括能力、推理能力及综合分析能力．
（3）就方法体系而论，本章运用的物理方法有：观察法、实验法、理论推导法、模型法及条件控制分析法．
2．非智力因素
浮力现象趣味生动，与学生生活经验比较接近，这有助于激发学生学习的动机，使学生更具有探索未知领域的兴趣、情感、意志和毅力等．
二、学生学习“浮力”的心理结构分析
学生在学习“浮力”时的心理特征，除了上文所说的激发动机和兴趣外，主要存在以下几种心理障碍．
1．形成概念的心理障碍
在建立浮力概念之前，学生已从小学自然、生活经验及相关教育媒体中已经形成了“浮在水中的物体受到浮力”的观念，因而对“下沉的物体”想当然地认为不受浮力，或者认为下沉的物体受到的浮力小，从而否定浮力产生原因的解释，对正确理解浮力概念产生负迁移作用．
2．理解规律和原理的心理障碍
教学实践表明，当建立了浮力概念之后，相当一部分学生对影响浮力大小的因素产生若干错误的模糊认识，从而产生理解误区．如学生认为“浮力与物体的密度有关”、“浮力与物体的形状有关”、“浮力与物体浸入液体的深度有关”等，这是“负迁移”的心理“惯性”在起作用．
3．“浮力应用”的心理障碍
（1）浮力计算的心理障碍．本章由浮力概念及其产生的原因到浮沉条件和阿基米德原理都可有相关公式计算浮力，如Ｆ浮＝Ｆ下表面－Ｆ上表面、Ｆ浮＝Ｇ－Ｆ（Ｆ为弹簧秤示数）、Ｆ浮＝Ｇ（漂浮或悬浮条件）、Ｆ浮＝ρｇＶ排等，教学实践中发现许多学生在计算过程中，不是去分析题设情境所述物理现象和物理过程，而是乱套公式，这是典型的认知错乱表现．
（2）“浮沉条件”应用的心理障碍．浮沉条件中，浮力与物体重力的关系，实心物体、空心物体以及组成该物体物质的密度与液体密度的关系，浸入与浸没的关系，悬浮与漂浮的关系等，学生在学习过程中，一般比较难以形成和谐统一的结构模式，从而产生心理障碍．
三、“浮力”的教学结构
鉴于上述分析，我们设计浮力教学模式的思路是：
教学过程中应当根据知识结构特征和学生认知特点，从下述的四个层次进行教学．
1．第一层次
在学生已有“浮力”直觉认识的基础上，巧用实验、类比的方法，建立浮力概念，揭示基本规律．对于浮力，学生已有直觉认识，水对浸入它当中的物体有浮力，然而要形成科学的浮力概念，仍需要通过观察、分析实践，经过推理得出全面认识．九年义务教育三年制初中物理第一册（下文简称初中课本）第141面图12-2所示的实验，我们的处理方法是，首先做实验演示获得“浮力”的有关事实依据；①用弹簧秤称不规则物体在空气中的重力；②将物体分别浸入水、盐水、酒精、煤油中实验；③记录各次弹簧秤示数，记入下列表中．
空气中
水中
盐水中
酒精中
煤油中
示数
其次运用多媒体课件（实验用录像资料嵌入课件中）进行研究分析，这里主要是研究弹簧秤示数减小的原因．在研究分析过程中，要充分发挥学生的主体性作用，让学生参与分析与研究．实践证明，大多数学生能正确地认识到弹簧秤示数变小的原因是由于物体受到了浮力．类比液体内部压强形成的实验，分析出浮力的方向是竖直向上，并建立立方体模型，分析研究浮力产生的原因．这样的教学过程是由形象思维过渡到抽象思维的认识序列组成的，这一程序适合初中生的认知水平，于是学生通过参与教学后欣然明确：①一切浸入液体的物体都受到液体对它的浮力；②同一物体浸没在不同液体中所受浮力大小不同；③浮力的方向是竖直向上的；④浮力的实验计算方法：Ｆ浮＝Ｇ－Ｆ读；⑤浮力是液体对物体向上和向下的压力差，即Ｆ浮＝Ｆ向上－Ｆ向下．
2．第二层次
把实验的范围外推，将认知层次引伸和扩展，给学生创设一个认识物理规律的物理情境，以达到“知之愈深，受之愈切”的效果．设置实验：初中课本第141面图12-3所示的甲、乙、丙、丁四个实验同时演示，其现象是显示而易见的．进而提出问题：既然一切物体受到液体对它的浮力，那么为什么有些物体下沉，有些上浮，有些悬浮，又有些漂浮在液面上呢?为了理解这一问题，我们用多媒体课件辅助教学，运用叠加与动态效果进行演播操作，经教师引导，学生研究与分析实验现象，总结规律，如下表：
下沉
上浮
悬浮
漂浮
条件
Ｆ浮＜Ｇ
Ｆ浮＞Ｇ
Ｆ浮＝Ｇ
Ｆ浮＝Ｇ
受力图示
学习浮沉条件的思维策略是，深化实验认识，强调理性推理作用，要从力与物体运动状态关系的角度引导学生分析，培养初步推理能力．
3．第三层次
以实验为先导，数理分析为辅助，将物理实验加数学分析的实验研究方法渗透到课堂教学之中．理解阿基米德原理的关键在于分析初中课本中的演示实验，课本已经改变了传统的阿基米德桶的做法：采用烧杯作溢水杯的方法，使学生更容易理解，实验过程中教师要通过具体数据来验证实验结论．
液体
空气中
的重力
物体
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