阿基米德的原理教學(xué)設(shè)計(jì)
阿基米德原理是初中物理知識(shí)中的一個(gè)重要物理規(guī)律，是初中物理課程的重要教學(xué)內(nèi)容。傳統(tǒng)物理教學(xué)中對(duì)這一內(nèi)容的教學(xué)多采用傳授式教學(xué)方法，即教師通常是在引入問(wèn)題之后，直接用演示實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，缺乏學(xué)生猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，使學(xué)生對(duì)這一結(jié)論的得出感到很突然。這樣急于追求知識(shí)學(xué)習(xí)的做法很難使學(xué)生對(duì)阿基米德原理的內(nèi)容有深刻的印象，往往是停留在死記原理內(nèi)容、生搬硬套公式的水平，不利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。因此，該課題教學(xué)應(yīng)采用探究教學(xué)方法，使學(xué)生明白阿基米德原理這一知識(shí)的生成過(guò)程，更深刻的理解這一原理的內(nèi)涵，同時(shí)有利于學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。
一、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)資源分析
1．教學(xué)內(nèi)容分析
課程改革后編寫(xiě)的各種版本的初中物理教材在對(duì)阿基米德原理這一部分教學(xué)內(nèi)容的編排基本上突出探究過(guò)程，體現(xiàn)了讓學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的教學(xué)思想，與《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的要求也是一致的。人教版初中物理教材對(duì)這一內(nèi)容的教學(xué)安排是：首先讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)活動(dòng)去體驗(yàn)浮力的存在及其變化，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生猜測(cè)浮力的大小可能跟什么有關(guān)，進(jìn)而自然過(guò)渡到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，再通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論（即阿基米德原理）。
2．教學(xué)資源分析
本課題的探究需要用到較多的實(shí)驗(yàn)器材，需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)校有專用物理實(shí)驗(yàn)室和本實(shí)驗(yàn)需要用到的實(shí)驗(yàn)器材，學(xué)生用的實(shí)驗(yàn)器材包括：彈簧測(cè)力計(jì)、木塊、石塊、細(xì)線、橡皮泥、溢水杯、量筒、大燒杯、小桶、塑料瓶、水、酒精等。教師演示用器材：鐵架臺(tái)（1個(gè)）、大彈簧測(cè)力計(jì)（1個(gè)）、石塊（1個(gè)）、細(xì)線、大小燒杯（各1個(gè)）、溢水杯（1個(gè)）。學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材有16套，實(shí)驗(yàn)桌16張，而班級(jí)人數(shù)是51人，分16個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，其中13個(gè)組是每組3人，3個(gè)組是每組4人。
二、教學(xué)目標(biāo)的制定
知識(shí)與技能目標(biāo)：通過(guò)探究學(xué)習(xí)，知道浮力的大小等于什么（阿基米德原理），會(huì)正確使用彈簧測(cè)力計(jì)或量筒等測(cè)量?jī)x器。
過(guò)程與方法目標(biāo)：經(jīng)歷探究浮力大小與什么因素有關(guān)的過(guò)程，學(xué)生能嘗試根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)對(duì)影響浮力大小的因素提出猜想，知道使用控制變量法來(lái)研究問(wèn)題。
情感、態(tài)度、價(jià)值觀目標(biāo)：在動(dòng)手動(dòng)腦過(guò)程中，表現(xiàn)出對(duì)物理和生活的興趣以及對(duì)科學(xué)的探索精神；學(xué)生在探究中有交流與合作的愿望、熱情。
三、學(xué)習(xí)者分析
學(xué)生在學(xué)習(xí)本課題內(nèi)容之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了二力平衡的知識(shí)，在教學(xué)中教師要喚起學(xué)生對(duì)這部分知識(shí)的回憶，以便利用該知識(shí)對(duì)浸入液體物體的受力情況進(jìn)行分析。
學(xué)生頭腦中存在著關(guān)于浮力的學(xué)前經(jīng)驗(yàn)，有些經(jīng)驗(yàn)是片面的、不科學(xué)的，如看到木頭浮在水面上而鐵塊沉入水底的現(xiàn)象而形成浮力的大小與物體的密度有關(guān)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。但有些經(jīng)驗(yàn)會(huì)促進(jìn)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，例如，許多學(xué)生有過(guò)游泳經(jīng)驗(yàn)以及在河里、海里或游泳池里從淺水區(qū)走向深水區(qū)的經(jīng)驗(yàn)，知道“曹沖稱象”的故事，這些經(jīng)驗(yàn)知識(shí)會(huì)有利于學(xué)生提出浮力大小跟物體排開(kāi)液體體積有關(guān)的猜想。教師應(yīng)給學(xué)生提出問(wèn)題或猜想的機(jī)會(huì)，暴露學(xué)生自己原來(lái)的觀念，并給予學(xué)生驗(yàn)證猜想的機(jī)會(huì)。
四、教學(xué)策略設(shè)計(jì)
首先創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，用實(shí)驗(yàn)手段讓學(xué)生認(rèn)識(shí)下沉的物體也受浮力。然后在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)浮力的大小與哪些因素有關(guān)提出有根據(jù)的猜想。教師安排學(xué)生通過(guò)討論并在動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上去驗(yàn)證猜想，然后引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)分析、歸納的方法提出物體所受的浮力跟它所排開(kāi)液體的重力相等的假設(shè)。最后讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)操作去檢驗(yàn)這一假設(shè)。在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，教師要促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地思考并給學(xué)生討論、交流的機(jī)會(huì)。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師還要注意利用學(xué)習(xí)性評(píng)價(jià)方法對(duì)學(xué)生的探究活動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
五、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)
1．創(chuàng)設(shè)情境、認(rèn)識(shí)浮力
教師展示“死海上的人在悠閑地看書(shū)”的投影，引導(dǎo)學(xué)生提問(wèn)：為什么人可以浮在水面上？下沉的物體是否受浮力？
教師演示實(shí)驗(yàn)：用彈簧測(cè)力計(jì)稱小石塊的重力，并稍稍用力向上托石塊，讓學(xué)生觀察這時(shí)測(cè)力計(jì)的示數(shù)變化，然后將小石塊浸入水中，觀察測(cè)力計(jì)示數(shù)的變化。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二力平衡等知識(shí)判斷浮力的存在及大小，最后得出結(jié)論：水中下沉的物體會(huì)受到一種向上托的一種力也即是浮力。
2．提出問(wèn)題及猜想
由教師提出問(wèn)題：利用“稱重法”可以測(cè)量浮力的大小，浮力大小可能和什么因素有關(guān)呢？
學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)：①把空的礦泉水瓶慢慢浸入水中，感受浮力的大小變化；②裝有清水的燒杯中放入雞蛋，再加入足夠多的鹽，雞蛋會(huì)上浮。在動(dòng)手及觀察體驗(yàn)的基礎(chǔ)上并結(jié)合已有的生活經(jīng)驗(yàn)，要求學(xué)生對(duì)影響浮力大小的因素提出猜想，同時(shí)讓學(xué)生說(shuō)出猜想的根據(jù)，歸納出有待驗(yàn)證的3個(gè)猜想即：物體浸沒(méi)在液體中的深度；液體的密度；物體排開(kāi)的液體的體積；物體的形狀。
3．驗(yàn)證猜想
小組討論驗(yàn)證猜想的辦法，并把驗(yàn)證猜想的任務(wù)分?jǐn)偟讲煌男〗M，每小組只驗(yàn)證其中的一個(gè)猜想。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師要提示學(xué)生如何控制變量。驗(yàn)證猜想的方法有：
a．利用“稱重法”測(cè)量浸沒(méi)于水中不同深度的石塊所受浮力大小，驗(yàn)證浮力的大小與浸沒(méi)時(shí)所處的深度是否有關(guān)。
b．利用“稱重法”測(cè)量石塊浸入水中的體積不同時(shí)所受浮力的大小，驗(yàn)證浮力的大小是否與排開(kāi)水的體積大小有關(guān)。
c．利用“稱重法”分別測(cè)量同一個(gè)石塊浸沒(méi)水中和浸沒(méi)酒精中所受浮力大小，驗(yàn)證浮力大小與物體所排開(kāi)液體的密度是否有關(guān)。
d．將同一橡皮泥做成兩個(gè)不同的形狀，然后用“稱重法”分別測(cè)量它們浸沒(méi)到水中的浮力大小，從而看出浮力的'大小和物體的形狀是否有關(guān)。
總結(jié)各小組的驗(yàn)證結(jié)論得出：物體所受浮力的大小與排開(kāi)液體的體積和排開(kāi)液體的密度有關(guān)，跟物體浸沒(méi)時(shí)所處的深度、物體的形狀無(wú)關(guān)。
e．建立假設(shè)
引入“曹沖稱象”的故事，并讓學(xué)生思考“浮力的大小與排開(kāi)液體的體積和排開(kāi)液體的密度”這一結(jié)論說(shuō)明浮力的大小與什么力有關(guān)呢？注意引導(dǎo)學(xué)生與舊的知識(shí)相互結(jié)合，利用“推導(dǎo)法”解決這一問(wèn)題。
利用已有知識(shí)進(jìn)行推導(dǎo)，∵ρV=m，mg=G，∴ρ液V排=m排，m排g=G排
∴F浮=G排
最后確立假設(shè)：浮力的大小等于排開(kāi)液體的重力。
�、輰�(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
引導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何測(cè)浮力、如何測(cè)排開(kāi)液體的重力”來(lái)討論實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。利用“稱重法”可以測(cè)量出物體所受浮力的大�。皇占砰_(kāi)液體的方法可能有：
a．先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量小空桶重，然后用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出桶和溢出水的總重，再相減即得G排。
b．將排開(kāi)的液體放入量筒中，利用公式m=ρV求解排開(kāi)液體的質(zhì)量。
c．直接用塑料袋接取溢出的液體，用測(cè)力計(jì)測(cè)出塑料袋和溢出水的總重即相于G排。
6．實(shí)驗(yàn)操作
指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求學(xué)生按照儀器的使用方法來(lái)使用彈簧測(cè)力計(jì)和量筒，石塊不能碰溢水杯的底或壁，并在實(shí)驗(yàn)操作時(shí)要保證物體排開(kāi)的水沒(méi)要全部進(jìn)入小桶中。指導(dǎo)學(xué)生并根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
7．分析論證
學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，也就是二千年前阿基米德所發(fā)現(xiàn)的規(guī)律，同時(shí)證明了前面的假設(shè)是正確的。
8．評(píng)估與交流
引導(dǎo)學(xué)生小組交流、討論實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在的問(wèn)題和收獲，分析實(shí)驗(yàn)操作上的錯(cuò)誤和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差來(lái)源。
六、教學(xué)評(píng)價(jià)
1．對(duì)學(xué)生探究學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)性評(píng)價(jià)方法
采用口頭任務(wù)法，給學(xué)生表達(dá)對(duì)諸如“影響浮力大小的因素是什么”等問(wèn)題的看法的機(jī)會(huì)，對(duì)學(xué)生自己提出的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)；還可以提供評(píng)價(jià)表（表1）讓學(xué)生進(jìn)行自我評(píng)價(jià)和小組評(píng)價(jià)。
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