浮力阿基米德原理的归纳法教学

　　这里所说的＂归纳法＂教学，是指＂讲一种现象，然后再给出其理论解释＂的教学方法。比如讲＂闪电＂，先是给出＂闪电＂这一现象，然后引导学生根据自己的理解给出解释。与＂归纳法＂相反的教学方法是＂演绎法＂，即先学习某些电学理论，然后再用这些理论来解释闪电等诸多有关电现象。在两种教学方法的对比中，我们可以看出＂归纳法＂在实施新课标理念方面的优势：因为是先给现象，后给解释。学生在教学中互动性强，兴趣高涨，思维活跃。所以＂归纳法＂教学可以改变学生单纯地接受知识传输的学习方式，帮助学生形成一种对知识的主动探求，并重视解决实际问题的积极的学习方式。从而有效地开展源于课本而又高于课本的自主性学习。
　　下面笔者就以＂浮力阿基米德原理＂教学课为例，谈谈对＂归纳教学法＂的一些尝试：
　　【教学过程】
　　一、情境导入，问题驱动
　　1．教师出示两个等大的小球：一个为白色乒乓球，一个为黑色铁球。
　　设问1．1　把两个小球浸没在水中，会看到什么现象？（学生回答）
　　实验一　实验演示，验证学生的回答。
　　设问1．2　为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？
　　学生猜想1．1　乒乓球更轻，铁球更重。
　　学生猜想1．2　轻的物体都会浮上来，重的物体都会沉下去！
　　教师将学生的猜想稍作整理后写在黑板上。
　　教师：刚才有的同学说了乒乓球会上浮的原因是乒乓球更轻，铁球更重则下沉；有的同学交流讨论后还总结出了＂轻的物体都会浮上来，重的物体都会沉下去＂这一＂规律＂。
　　设问1．3　是不是＂重的物体一定会沉下去，轻的物体一定会浮上来？＂
　　2．学生实验
　　教师：下面注意你们桌上的小铁块和木块，你们用弹簧秤分别称一下它们的重量后都浸在水中，可以得出什么结论？
　　实验二　学生实验后笑着否定了猜想1．1和猜想1．2。
　　教师：同学们通过实验否定了上述自己的猜想。物体＂浮起来＂还是＂沉下去＂与物体的重量无关。实际上，一个完全不会游泳的人跳到深水里会怎样（学生笑着回答）？但根据你们语文课本上的＂死海不死＂知识，他跳到＂死海＂里却是另一番情景了。（后记：学生对语文这一不同学科的知识迁移很有兴趣）。
　　出示课件＂死海不死＂，引导学生观看课本插图。
　　教师：为什么人在＂死海＂中＂不死＂及＂为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？＂这就是我们本章所要讨论的话题 ＂浮力阿基米德原理＂。
　　二、引导学生定性研究浮力
　　指导学生做＂称重法测浮力＂实验。
　　实验三　学生做＂称重法测浮力＂实验，教师指导。
　　设问2．1　刚才同学们实验时有两种不同的测试步骤：先在空气中测铁球重量和先在水中测铁球重量。这两种做法有什么不同，有什么后果？
　　引导学生思考，解决学生实验中存在的错误。
　　设问2．2　铁球在空气中和水中时，弹簧秤的示数变化说明了什么？你能试着得出什么结论？
　　学生猜想2．1　在水中的铁球受到了一个向上的力。
　　学生猜想2．2　在水中的铁球变轻了。
　　引导学生由g mg ρgv证明猜想2．2的不正确性；请出支持猜想2．1的同学来说明理由。
　　用受力分析来引导归纳浮力的定义，再由此引导出f浮 g－f′。用平衡力的知识，明确浮力的作用点和方向。教师由f浮 g－f′引出的实验是用弹簧秤两次称重量法求浮力，给出＂称重法＂求浮力的定义。
　　三、对影响浮力大小因素的探讨
　　教师：我们现在来研究浮力的另一因素：浮力的大小，看看浮力的大小与哪些因素有关？ 实验四　（溢水杯盛满水，水面上有一空金属盆，溢水口处下方置一烧杯，如图1所示）往空盆中逐渐加入小石块，可看到溢出的水越来越多。学生（看到石块越多，物体越重却未下沉，则说明浮力越大）交流、讨论。猜想3．1　物体的重量（质量）越大，浮力越大；猜想3．2　浮力的大小与浸没的体积有关；猜想3．3　浮力的大小与物体排开的水的体积有关。教师：这个实验是历史上＂曹冲称象＂的简单模型（讲述＂曹冲称象的启示＂）。刚才同学们的猜想3．1的浮力的大小与物重有关，是不是这样呢？不同猜想的支持者相互讨论一下，然后自己动手做一下实验。实验五（学生实验）（1）逐渐用手向下按木块，观察溢水量，同时体会这只手的感觉（如图2所示）。（2）两个一样大小的小球（一个为铁球，一个为橡皮泥球），＂称重法＂比较两者浸在水中所受的浮力的大小。引导学生归纳（否定学生猜想3．1）浮力的大小与物体的质量无关，而与排开的水的多少有关。四、浮力大小定量分析教师：我们已经知道，浮力的大小与排开的水的多少有关，到底是什么关系呢？下一个实验要研究这一问题的，有两个小问题：（1）浮力的大小；（2）排开水的多少（如何衡量多少？）。设问4．1　请同学们看看，①需要哪些实验器材？②实验步骤如何设计？学生交流讨论，教师提示：①称重法测浮力实验的步骤可不可以颠倒？②如何测水的多少？在教师的引导、启发下学生选定器材，制定实验方案。学生的选用不同的器材方案：①选用了量筒；②选用了天平；③系好了绳子的小烧杯。两种略有不同的实验方案：一种为以m排水、g排水来衡量水的多少，另一种为v排水来衡量水的多少。实验六　浮力的大小与排开的水的多少的关系研究。学生实验，教师在旁指导。（后记：大部分学生是用ｇ排水来衡量水的多少，且他们是用量筒测体积，利用了公式g排水 ρ水gv水）实验结果：①浮力f的大小与v排水成正比；②浮力f的大小与m排水成正比；③浮力f g排。引导学生从浮力的方向、大小对前面的实验结果进行归纳、小结：a．浸在水（液体）中的物体受到竖直向上的浮力；b．浮力的大小等于被物体排开的水（液体）受到的重力的大小。（即阿基米德原理）五、气体的浮力（略）六、小结（逐一回顾学生的各猜想）1．小结：在本节课，我们学到了什么？可以解释什么问题？2．根据本节课探讨的内容，你对我们黑板上的哪些猜想能得到证实或明确排除？3．本节课中老师的哪些问题用本节课的内容还无法解决？教师：对于＂为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？＂。我们现在无法解答，这将是我们后面所要讨论的话题 物体的沉浮条件。请同学们课后自己去交流、讨论、预习一下。七、作业（课件、实物同时出示）一个两端开口的矿泉水瓶倒立，
　　置一乒乓球（如图3）。一手悬空拿住瓶子，一手往里面快速注入水，乒乓球会怎样？如果用手托住（堵住）瓶口，乒乓球又怎样？自己回去之后反复多做几次，把你的观察到的现象记录下来，同时再查资料试着用自己的语言去解释一下，写一篇小论文。
　　结束语　这次作业的内容将是我们下节课讨论的问题：＂浮力产生的原因＂。
　　【教学设计说明】
　　长期以来，教师们对物理课都是采用＂理论 现象 例子 练习＂这一模式，很少有学生参与的空间。由于教师是先给出一个理论（这个理论常常是无可厚非的），再给出现象让学生解释。这样会窒息学生＂提问题＂的意识和＂质疑＂意识，不利开展研究性学习和学生自主探索学习。
　　本节课的教学设计注重培养学生的＂质疑＂意识、同学间的合作交流能力和自主探索学习能力。
　　1．本节课采用＂边讲边实验＂的教学形式。课堂上对于学生有条件做的实验都安排了学生实验，对于一些重要的实验现象还用课件来强调。一方面注重学生的动手能力和观察能力的培养，另一方面让学生明白：＂我为什么要做这个实验，做这个实验有什么用＂。本节课安排了6 7个实验，每一个实验都有它明确的目的：要么是用来判断＂学生猜想＂的正误，要么是用来探索规律的。尤其是在学生自主探索中，实验起到了举足轻重的作用，这不是多媒体课件和教师讲解所能取代的。
　　2．有效地营造了学生的合作、交流、讨论氛围。本节课的教师设问，都引发了学生猜想。学生在合作、交流中支持某一观点达成共识，又与另一猜想的支持者发生争论。比如在讨论＂浮力的大小与什么因素有关＂时，支持＂与物重有关＂和支持＂与排开的水的多少＂、＂物体浸没的体积＂的两组就有激烈的争论，最后由实验五的a、b两实验验证后又归于讨论。同时，本节课鼓励学生猜想、学生实验，使每一个学生都有事可做，每一种声音都有反馈。顾及了全体学生的参与性。
　　3．激发学生思考的火花。本节课在实验的设计，方案、器材的选取上都给了学生思考余地。比如实验六，接收溢水杯排出的水有的同学想到用量筒（而不是书上的＂用细绳系好的烧杯＂），使实验大大简化；且在这个实验上，学生的设计方案多种多样（虽然有些不尽合理），包括实验的结论五花八门，很好的再现了科学家们艰难的真理探索之路。
　　4．让学生带着问题走进课堂，又带着问题走出课堂。本节课是以教师的设问1．2为问题驱动、引导学生进入课堂，但要到学了本章第三节＂物体的沉浮条件＂后才能解决。同时＂作业＂的布置又是下一节课＂浮力产生的原因＂的引导素材。以＂问题＂驱动教学，虽有本节课未解决的问题，却未显拖沓而有＂启后＂之感。不过，本节课对于基础较差的班级来说，实施上有一定的难度，需要长期积累，在设问方面应给予足够的引导和较小的梯度。
　　原载《中学物理教学参考》2004．7