阿基米德的原理教學(xué)設計

　　阿基米德原理是初中物理知識中的一個(gè)重要物理規律，是初中物理課程的重要教學(xué)內容。傳統物理教學(xué)中對這一內容的教學(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)驗得出結論，缺乏學(xué)生猜想、設計實(shí)驗驗證的環(huán)節，使學(xué)生對這一結論的得出感到很突然。這樣急于追求知識學(xué)習的做法很難使學(xué)生對阿基米德原理的內容有深刻的印象，往往是停留在死記原理內容、生搬硬套公式的水平，不利于對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。因此，該課題教學(xué)應采用探究教學(xué)方法，使學(xué)生明白阿基米德原理這一知識的生成過(guò)程，更深刻的理解這一原理的內涵，同時(shí)有利于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認識。

　　一、教學(xué)內容及教學(xué)資源分析

　　1．教學(xué)內容分析

　　課程改革后編寫(xiě)的各種版本的初中物理教材在對阿基米德原理這一部分教學(xué)內容的編排基本上突出探究過(guò)程，體現了讓學(xué)生探究性學(xué)習的教學(xué)思想，與《物理課程標準》的要求也是一致的。人教版初中物理教材對這一內容的教學(xué)安排是：首先讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗活動(dòng)去體驗浮力的存在及其變化，在此基礎上讓學(xué)生猜測浮力的大小可能跟什么有關(guān)，進(jìn)而自然過(guò)渡到實(shí)驗設計的環(huán)節，再通過(guò)學(xué)生實(shí)驗得出結論（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)驗器材，需要學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗，學(xué)校有專(zhuān)用物理實(shí)驗室和本實(shí)驗需要用到的實(shí)驗器材，學(xué)生用的實(shí)驗器材包括：彈簧測力計、木塊、石塊、細線(xiàn)、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（1個(gè)）、大彈簧測力計（1個(gè)）、石塊（1個(gè)）、細線(xiàn)、大小燒杯（各1個(gè)）、溢水杯（1個(gè)）。學(xué)生實(shí)驗器材有16套，實(shí)驗桌16張，而班級人數是51人，分16個(gè)實(shí)驗小組，其中13個(gè)組是每組3人，3個(gè)組是每組4人。

　　二、教學(xué)目標的制定

　　知識與技能目標：通過(guò)探究學(xué)習，知道浮力的大小等于什么（阿基米德原理），會(huì )正確使用彈簧測力計或量筒等測量?jì)x器。

　　過(guò)程與方法目標：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?chē)L試根據經(jīng)驗和已有知識對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(guān)目標：在動(dòng)手動(dòng)腦過(guò)程中，表現出對物理和生活的興趣以及對科學(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)習者分析

　　學(xué)生在學(xué)習本課題內容之前已經(jīng)學(xué)習了二力平衡的知識，在教學(xué)中教師要喚起學(xué)生對這部分知識的回憶，以便利用該知識對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(zhù)關(guān)于浮力的學(xué)前經(jīng)驗，有些經(jīng)驗是片面的、不科學(xué)的，如看到木頭浮在水面上而鐵塊沉入水底的現象而形成浮力的大小與物體的密度有關(guān)的錯誤認識。但有些經(jīng)驗會(huì )促進(jìn)新知識的學(xué)習，例如，許多學(xué)生有過(guò)游泳經(jīng)驗以及在河里、海里或游泳池里從淺水區走向深水區的經(jīng)驗，知道“曹沖稱(chēng)象”的故事，這些經(jīng)驗知識會(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。教師應給學(xué)生提出問(wèn)題或猜想的機會(huì )，暴露學(xué)生自己原來(lái)的觀(guān)念，并給予學(xué)生驗證猜想的機會(huì )。

　　四、教學(xué)策略設計

　　首先創(chuàng )設問(wèn)題情境，用實(shí)驗手段讓學(xué)生認識下沉的物體也受浮力。然后在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗的基礎上，引導學(xué)生根據生活經(jīng)驗對浮力的大小與哪些因素有關(guān)提出有根據的猜想。教師安排學(xué)生通過(guò)討論并在動(dòng)手實(shí)驗的基礎上去驗證猜想，然后引導學(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。最后讓學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗設計和實(shí)驗操作去檢驗這一假設。在教學(xué)的各個(gè)環(huán)節中，教師要促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地思考并給學(xué)生討論、交流的機會(huì )。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，教師還要注意利用學(xué)習性評價(jià)方法對學(xué)生的探究活動(dòng)進(jìn)行評價(jià)。

　　五、教學(xué)過(guò)程設計

　　1．創(chuàng )設情境、認識浮力

　　教師展示“死海上的人在悠閑地看書(shū)”的投影，引導學(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：用彈簧測力計稱(chēng)小石塊的重力，并稍稍用力向上托石塊，讓學(xué)生觀(guān)察這時(shí)測力計的示數變化，然后將小石塊浸入水中，觀(guān)察測力計示數的變化。引導學(xué)生根據二力平衡等知識判斷浮力的存在及大小，最后得出結論：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(chēng)重法”可以測量浮力的大小，浮力大小可能和什么因素有關(guān)呢？

　　學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗：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(guān)察體驗的基礎上并結合已有的生活經(jīng)驗，要求學(xué)生對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，歸納出有待驗證的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．驗證猜想

　　小組討論驗證猜想的辦法，并把驗證猜想的任務(wù)分攤到不同的小組，每小組只驗證其中的一個(gè)猜想。實(shí)驗過(guò)程中教師要提示學(xué)生如何控制變量。驗證猜想的方法有：

　　a．利用“稱(chēng)重法”測量浸沒(méi)于水中不同深度的石塊所受浮力大小，驗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(chēng)重法”測量石塊浸入水中的體積不同時(shí)所受浮力的大小，驗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(chēng)重法”分別測量同一個(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(chēng)重法”分別測量它們浸沒(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)。

　　總結各小組的驗證結論得出：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

　　引入“曹沖稱(chēng)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”這一結論說(shuō)明浮力的大小與什么力有關(guān)呢？注意引導學(xué)生與舊的知識相互結合，利用“推導法”解決這一問(wèn)題。

　　利用已有知識進(jìn)行推導，∵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：浮力的大小等于排開(kāi)液體的重力。

　�、輰�(shí)驗設計

　　引導學(xué)生圍繞“如何測浮力、如何測排開(kāi)液體的重力”來(lái)討論實(shí)驗方案的設計。利用“稱(chēng)重法”可以測量出物體所受浮力的大��；收集排開(kāi)液體的方法可能有：

　　a．先用彈簧測力計測量小空桶重，然后用彈簧測力計測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，用測力計測出塑料袋和溢出水的總重即相于G排。

　　6．實(shí)驗操作

　　指導學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗。要求學(xué)生按照儀器的使用方法來(lái)使用彈簧測力計和量筒，石塊不能碰溢水杯的底或壁，并在實(shí)驗操作時(shí)要保證物體排開(kāi)的水沒(méi)要全部進(jìn)入小桶中。指導學(xué)生并根據自己的實(shí)驗方案，進(jìn)行實(shí)驗，記錄實(shí)驗數據。

　　7．分析論證

　　學(xué)生對實(shí)驗數據進(jìn)行分析，得出實(shí)驗結論，也就是二千年前阿基米德所發(fā)現的規律，同時(shí)證明了前面的假設是正確的。

　　8．評估與交流

　　引導學(xué)生小組交流、討論實(shí)驗過(guò)程中存在的問(wèn)題和收獲，分析實(shí)驗操作上的錯誤和實(shí)驗結果的誤差來(lái)源。

　　六、教學(xué)評價(jià)

　　1．對學(xué)生探究學(xué)習的學(xué)習性評價(jià)方法

　　采用口頭任務(wù)法，給學(xué)生表達對諸如“影響浮力大小的因素是什么”等問(wèn)題的看法的機會(huì )，對學(xué)生自己提出的設計實(shí)驗方案鼓勵性評價(jià)；還可以提供評價(jià)表（表1）讓學(xué)生進(jìn)行自我評價(jià)和小組評價(jià)。

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