影响浮力大小的因素.doc

“影响浮力大小的因素”（第一课时）

乐清市乐成镇第一中学　　石晓煦

背景介绍
情况描述 由于近几年教学观念的改革，在各科教学中越来越注重以学生自主研究、合作学习为主的探究式教学，因而，我在平时教学中非常重视对学生进行学习方法及实验设计方面的指导。经过近三年时间的培养，初三（12）班的同学已基本形成合作交流，敢于探究与实践的良好学风，学生之间相互评价，相互提问的互动气氛较浓。鉴于平时教学中所进行的探究主要是侧重于实验探究，因此我打算对学生进行一次课内理论探究的尝试。考虑到初三学生已有了一定的力学知识储备，而且浮力问题较为常见，学生会有较多的感性认识，但由于对表面现象缺乏深入分析，学生对“浮力的大小跟哪些因素有关”这个问题有许多错误的认识，比较适合开展探究性学习。于是决定尝试着把第六册中浮力这一节内容分为两课时进行探究教学，第一课时侧重于学生思维上的探究，第二课时侧重于学生定量实验探究。
课题描述
（一 ）教学目标
1、 认知目标
（1） 感受不同物体在液体中受浮力的情况
（2） 知道影响浮力大小的具体因素
2、 能力目标
（1） 指导学生通过协商、讨论、实验等探究活动获得“影响浮力大小的因素”的相关知识
（2） 培养学生提出问题的能力和实验探究能力
（3） 发展学生批评性思维，培养思维的严密性
3、 情感目标
（1） 通过对实例的讨论、归纳，提高学生学习兴趣及探究的自信心
学会与人合作，朋友善于观察、敢于发现、大胆质疑的品质
（二）教学仪器准备
（学生仪器）弹簧秤（一把）、烧杯（二小一大）、石块（一大一小）、水、酒精、圆柱体两只（体积相同而密度不同）、刻度尺（一把）等。
（教师仪器）除学生仪器外，还有装面粉的气球（一只）、一角硬币（两枚）、玩具小船（一只）、不锈钢碟（一只）等等。
教学过程
（一）设置情景、提出问题
一开始上课我就从生活实例着手，提出一个简单而亲切的问题：
小明是小学三年级的学生，有一天早餐店吃早餐的时候，看见店主正在炸油条，他惊奇地发现：刚放入油锅的面条儿是沉在锅底的，而炸好了的油条能却浮在油面上。他感到疑惑不解：为什么油条能浮在油面上而不下沉呢？
简单的问题启动了学生的思维，接着我启发学生利用生活实里例讨论、归纳出不同的物体在不同的液体里也同样受到浮力。针对学生举例中只对浮在液面上的物体受到浮力有较多的感性认识，我又指导学生利用弹簧秤自己动手通过实验验证沉在液体中的物体同样也受到了浮力，并从实验中总结出测量浮力大小的一种方法——称量法，为下面的验证猜想的实验做准备。同时结合各小组在实验中所测得的浮力大小有异这一事实提出问题：浮力的大小会跟哪些因素有关？
（二）讨论协商、提出猜想
[讨论]为了使学生能进行有效的协商讨论，首先我鼓励学生们不妨利用已有的知识及生活经验，对影响浮力大小的因素这个问题作出大胆而清晰的猜想，同时也提出要求：由于猜想不是瞎想，所以，当你把自己的猜想展示给同组其他同学时，要说明你根据哪一个具体的事例得出这一猜想，而且在自己陈述的同时也要认真倾听组内其他同学的设想及意见，若认为别人的猜想不合理，可以提出修正的建议，但应有更有力的事实支持自己的设想，最后请小组长把自己这一组中认为最有可能或最深研究猜想写下来（写在实验报告单上）展示给大家。
在接下来的小组讨论中，我发现讨论非常激烈，每位同学都能参与其中，而且有的同学还动手为自己的猜想进行简单的实验验证，我也忙于在各组之间巡视指导，主要是帮助他们组织讨论或帮助他们对不合理猜想的批驳确定切入点，但对他们的猜想不进行评价，大约经过10分钟的讨论，各组都有了自己的成果。
[提出猜想]首先我请得出猜想最多的第4小组来汇报猜想，他们的组长是一位女生，她提出的第一个猜想是：浮力的大小和物体浸入液体的深度有关，因为把一个皮球按入水中，越往下越难按，说明物体浸入液体越深受到的浮力越大。同学们对她们这一猜想表示赞同。她提出的第二个猜想是：浮力的大小和物体的质量有关，因为轻的木块（质量小）在水中会浮起，而重的铁块（质量大）则沉下去，说明木块受到的浮力比铁块大，由于没有合力的概念，学生把浮力的大小与合力相混淆。但这个问题会随着下面学习的深入而迎刃而解，所以我也就暂时不指出她这种描述的错误，可对于学生关于物体轻重的说法应及时予以纠正，木块不一定比铁块轻，指出日常用语中的轻重有时是指密度，并把这一猜想深化为浮力的大小的物体和密度有关，至于这个猜想是否正确，留待学生通过实验来检验。这位学生提出的第三个猜想是：浮力的大小和液体的密度有关，但她本人和第4小组其他成员都说不出实例依据，只能求助于其他的同学，想不到其他同学竟提供了许多事实依据，有学生说可根据人掉在河中下沉，而在死海中会浮上来得知；有学生说可根据鸡蛋在水中沉而在食盐水中浮得知；还有一位学生说在自然课中他发现金属钠保存在煤油中是沉在底部的，而放在水中却是浮在上面的，他的回答博得了全班同学热烈的掌声，我立刻授予他“生活有心人”的称号。此时，全班同学的课堂讨论已非常投入，这时第4小组的组长说出了她们的第四个猜想：浮力的大小物体与液体的接触面积有关，因为在生活中她观察到有些树叶横放在水面上能浮，而侧过来放入水中则沉，说明物体与液体接触面积越大浮力也越大，但马上第11小组有一位男生举手表示有异议，因为他做过这样的实验，把一枚干燥的硬币小心地横放在水面上可以浮，而当它的两面都弄湿后无论怎样放都会沉下去，我当场利用水槽和两枚一角硬币演示了这一实验，由这一实验得到的结论与第4组的猜想相反，到底浮力的大小与物体与液体的接触面积是否有关呢？
我知道这一现象与水的表面张力的有关，但这是高中知识，一时无法向学生讲清，我也不便解释。正当大家困惑时，第8小组一位男生举手了，他说自己认为浮力的大小与接触面积有关。他的根据来自刚开始上课时所做的实验，他发现挂在弹簧秤下物体全浸入水中时，随着物体往下没，物体与液体接触面积越来越大，而弹簧秤的读数越来越小，即浮力越来越大。所以他认为物体与液体的接触面积越大，受到的浮力越大。这时我利用一只不锈钢碟子做了以下实验：不锈钢碟子放在水面上能浮，而把它全部浸沉在水中时（碟子与水的接触面积增加了），反而下沉。由这个实验又得出接触面积越大浮力越小的结论，以此说明上面的这些事实不能用浮力的大小和物体与液体接触面积有关这一说法来很好地解释，在学生无可适从时，我引导学生从另一个角度来考虑这些实例，终于第8小组的那位男生率先提出浮力的大小可能和物体浸入液体的体积有关的猜想。
第4小组汇报完他们的猜想，又有好多同学举手，第1小组同学说出了第五个猜想：浮力的大小和液体的体积有关，理由是大船在浅河中行驶会搁浅，而在深河中却能顺利行驶。看到学生未能提出批驳意见，我利用一杯水分别倒入两横截面积不同的水槽中而小船一沉一浮这一简单的实验来启发学生自己排除的这个错误猜想。
汇报继续进行，第5小组一位学生说他出第六个猜想：浮力的大小和液体的温度有关，因为他看见煮饺子时，饺子放在冷水中是沉下去的，而煮熟后在沸水中却能浮在液面上。我未对这个猜想作出直接评价，而是问学生有无注意煮熟的饺子与未煮熟的饺子有什么不同，学生齐声回答：饺子体积变大了，而密度变小了。我再补充：由于水的温度也变了……，没等我说完，学生接着：水的密度也变了，所以学生们很快地把这个猜想修正为浮力与物体或液体的密度有关。
通过充分的讨论，学生们共同确定了值得研究的猜想：
ａ、浮力大小可能和物体浸入液体的深度有关。
ｂ、浮力大小可能和物体密度大小有关。
ｃ、浮力大小可能和液体密度大小有关。
ｄ、浮力大小可能和物体浸入液体的体积有关。
（三）设计实验、实施探究
在得出明确的猜想后，我要求学生能验证这些猜想是否正确，学生们提出可用实验的方法来检验猜想。虽然进行实验不是这节课的难点，但实验的成功与否对影响浮力大小的因素的确定却是致关重要的，所以我对学生进行了实验设计方面的简单指导：由于浮力大小可能和上述因素中的一个、多个、甚至全部都有关系，当我们研究浮力大小和其中一个因素的关系时，必须控制其它因素，使其保持不变，以排除其它因素的影响和干扰。这种实验的方法叫控制变量法。如我们要研究浮力大小与物体的密度是否有关，必须保持其它因素不变，只改变物体的密度。
在交待了这些后，我要求学生选择自己认为最值得探究的1至2个猜想进行实验设计。在学生选择猜想、设计并进行实验的过程中，我和4位大组长到各组巡视指导。在巡视过程中我还发现发现学生选择验证ｂ、ｃ两个猜想较多，而选择ａ的较少，而第3小组的学生进行实验时，得出两种不同的实验结论：一位学生认为浮力的大小与深度无关，因为物体浸没于水中里，继续下沉，弹簧秤读数不变；另一位学生则认为物体浸入的深度越深，浮力也越大，因为刚浸入时随着浸入深度增加而弹簧秤读数逐渐变小。对于他们的争论我不参与其中，只是提示他们只有在排除了其他因素的影响才能得出正确的结论。至于会有什么结论则由他们自己去实验。当我巡视完14小组的实验情况，我发现没有一个小组是选择猜想ｄ的，只是第6小组学生在报告单上写上物体浸入液体的体积然后又划去了，我就问他们为什么不去检验浮力大小与物体浸入液体的体积的关系，他们回答是因为他们在设计实验时无法控制深度不变而只让物体的体积变化（即无法排除浸入的深度对实验的干扰）。我想如果让他们先进行深度的验证，利用浮力与深度关系的结论，可能会对这个实验的进行有所帮助，而且他们研究的问题还可能对第3小组的学生有所启示，于是我鼓励他们与第3小组的同学合作，一起讨论设计并实施这两个实验。
在安顿好第3、第6小组的后，我发现其他组的学生都至少有了一个结论，而且大部分的结论都是正确的，只有第13小组的学生得出来浮力的大小与物体密度有关的错误结论。我不打算马上指导他们改正这一错误，而希望在汇报时他们能把错误暴露出来，让全班同学帮助纠错，对学生们实验的严谨性及批判思想的培养很有好处，但我得了解一下他们可能是在哪个环节出错了，于是，我查看了他们实验报告单，实验设计及实验步骤都没错，然后向这一大组的组长了解，发现他们在弹簧秤读数时出现了错误：读数时视线没有与刻度线相平，而且最小刻度后一位估计值省略不读，这样引起两次的浮力大小有较小的差异，再加上他们事先在大脑中已有浮力的大小随物体的密度而变化的错误观点的影响，因而得到了错误的结论。
（四）、汇报总结、知识应用
当各组基本上已完成了实验，我邀请了在本堂课中不太发言的第7小组汇报他们的实验结论，这小组同学检验浮力大小与物体密度和液体密度的关系，实验设计很完美，结论也很正确，得出了“浮力的大小与液体的密度有关，而与物体密度无关”的结论，我也让第13小组的同学把自己的浮力与物体密度有关的结论暴露出来，并把他们的实验报告单投影给大家，然后由第四大组的组长汇报他们的实验操作过程，引导全班同学分析他们出错的原因并予以纠正。
当我询问是否有同学研究浮力与物体浸入的深度的关系时，第3小组的组长举手汇报了自己这一组的实验过程及结论，结论分两种情况：（1）当物体没有完全浸沉于液体中时，浮力与深度有关。（2）当物体完全浸沉于液体中时，浮力与深度无关。可能由于留给他们的思考讨论的时间过短，看来第3小组未能得出正确的结论，这时我要求全班同学思考他们的这两个结论的正确性和出错的原因，很快他们自己这组同学率先发现了未完全浸沉时，物体浸在液体中的体积变化在干扰实验现象，因此只有在完全浸没时，实验的结论才是正确的，最后确定物体受到的浮力与物体浸入液体的深度无关的结论。
在处理好浮力与深度关系后，我询问第6小组的同学是否已完成浮力与物体浸入液体体积关系的实验。他们的小组长回答没有，但组中的一位女学生说她已经知道了浮力与物体浸入液体体积的正确关系，面对同学和老师诧异的眼光，她颇为得意地说出了自己的想法：既然浮力的大小和物体的深度无关，实验中就不必考虑浸入的深度对实验的影响，所以她根据第3小组的实验，当物体没有完全浸没在液体里，随着浸入深度的增加（即物体浸入液体中的体积增大），弹簧秤读数减小（即浮力增大），可以得到浮力的大小与物体浸入液体的体积有关的结论且浮力随物体浸入液体的体积增大而增大，她的发言赢得了全场热烈的掌声。
至此，我们通过实验排除了物体的密度及物体浸入到液体中的深度对浮力大小的影响，确定了影响浮力大小的两个因素：液体的密度和物体浸入液体的体积，然后我利用第一册已学过的用量筒测不规则物体体积的方法，得出物体浸在液体的体积等于物体排开液体的体积。由此得出结论：浸在液体里的物体受到的浮力大小，跟液体的密度有关，跟物体排开液体的体积有关。
看到这节课所有的问题都已顺利解决，从学生自信的眼光中我看到了他们在这节课中得到了收获。于是我又不失时机地布置了这样一个课外思考题：浮力的大小既然与物体排开液体的体积有关，又跟液体的密度有关，综合起来考虑，你能得出关于浮力大小的什么样的结论？请设计一个简单而巧妙的实验加以研究。希望通过这个课外思考题，能把课内的探究延伸到课外，同时也为下一节课的阿基米德定律的教学做好准备。
反 思
一堂探究式教学的公开课结束了，看着学生们带着意犹末尽的表情离开教室，我突然发现，其实不管学生们以往的成绩如何，都能积极地参与讨论，关键是要有一个他们感兴趣或能激发他们思考的主题。作为教师，要把教材内容转化成几个层层深入的问题，围绕着这些问题组织一些情境，擦亮学生思维的火花。
在这堂课中，我要求学生提出各种猜想、通过实验及理性思维排除一些明显的错误猜想、自己选择验证的主题、自行设计和操作实验、发表和阐述自己的观点和结论，这是开放性的活动，但我十分强调“依据”，这样可以促进学生去观察实验现象或回忆生活经验，也能杜绝他们碰到棘手问题时敷衍了事的行为。盲目的猜想不能为课堂探究带来任何利益，只会造成课堂时间的浪费。因此，开放式教学中，虽然强调学生自主探究，但老师适时适当的引导也是必不可少的。课堂中强调学生动手操作，能体现出探究性，但并不能保证学生的思维能投入到任何一个基本的探究过程，因此，要设计出多种形式的学生活动，如讨论、汇报、评价等，以确保学生能参与其中的部分活动。
从这堂课的准备和组织教学的过程中，我也领会到探究性教学能达到以往的教学模式无法达到的目标，可以和以往的教学模式相互补充，但它不能替代其它任何一种教学模式，不可能所有的知识都通过探究来教学，所有知识都只用一种方式教学是低效的，并且会使学生感到枯燥无聊，有效的教学要求运用各种教学方式和策略。

浮
探索与研究

浮力的大小跟什么因素有关？

探究小组编号：

一、请根据你已有的知识和生活经验，对可能影响浮力大小的相关因素

作出明确的猜想：

猜 想
实 例 依 据

二、实验：选择你认为最值得探究的1至2个猜想进行研究

实　验　1
实　验　2
研究的问题

实验条件

相同条件

不同条件

实验器材

实验现象记录

实 验 结 论
（定性描述）

三、若实验的结论与你原来的猜想不相符，请提出修改的意见：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
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