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学习方式的转变是新课程改革的显著特征.改变原有的单一、被动的学习方式,建立和形成旨在充分调动、发挥学生主体性的多样化的学习方式,促进学生在教师指导下主动地、富于个性的学习,是教学改革的核心任务.然而,学生学习方式的改善是以教师教学行为方式的变化为前提的.所以,笔者尝试在课堂教学中进行探究式教学的试验,以培养学生主动参与、乐于探究、合作交往的能力和收集信息、处理信息的能力,分析和解决问题的能力.
1设计思路
阿基米德原理是一个实验定律.常规的教学采用验证性实验教学方法,在验证性实验的过程中引导学生思考分析.根据以往的教学经验,学生在学习阿基米德原理后仍对决定浮力大小的因素有一些模糊或错误的认识,影响学生正确解决浮力的有关问题.根据以上考虑,笔者认为变验证性实验为探究性实验,采用探究式教学方式,使学生在学习阿基米德原理之前先了解浮力的大小与哪些因素有关,更有利于学生理解、掌握阿基米德原理.而且探究式教学可以使学生亲历探究过程,学习科学研究的方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识.
本次探究活动首先让学生在原有知识的基础上考虑并猜想浮力可能与哪些因素有关,然后由学生自己设计实验去验证,通过实验排除无关因素,找出相关因素,总结浮力的大小与哪些因素有关,为学习、理解阿基米德原理奠定基础.
2探究目标
(1)知识与技能
探究了解浮力的大小与哪些因素有关.
(2)过程与方法
通过学生自主的探究活动,培养学生实验动手能力和分析总结能力,体会物理研究和学习的方法.
(3)情感态度与价值观
培养学生一切从实际出发,尊重事实的科学态度,同时培养学生学习物理的兴趣,体验成功的艰辛与喜悦.本次探究活动地点在物理实验室进行,时间为1课时,所需器材有:烧杯、弹簧秤、铁块、铝块、橡皮泥、水、酒精.
3探究过程实录
(1)提出问题
教师复习提问:上节课我们学习了浮力,知道了几种求浮力的方法.请同学们回忆一下,都有哪几种?
学生:有以下几种:(1)F浮=F下-F上 (适用于形状规则的物体);(2)F浮=G物 (适用于悬浮、漂浮);(3)F浮=G-F拉 (适用于较小、较轻的物体).
教师:以上几种求浮力的方法都有一定的局限性,有没有一种普遍适用的求浮力的方法呢?要研究这个问题需要考虑浮力的大小究竟与哪些因素有关.
(2)猜想与假设
学生根据已有的知识和经验提出假设:浮力的大小可能与物体的体积、物体的密度、物体的质量(重力),液体的密度、物体在液体中的深度、物体的形状、物体浸在液体中的体积等因素有关.
(3)设计实验方案
教师引导学生利用控制变量法来设计实验,提示利用弹簧秤求浮力.教师准备相同体积的铁块、铝块及橡皮泥、水、酒精、弹簧秤等实验器材.学生分组设计实验方案,学习利用“控制变量法”进行实验.
第一组:研究浮力的大小与物体重力(质量)的关系.
取相同体积的铁块、铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第二组:研究浮力的大小与物体密度的关系.
取相同体积的铁块、铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第三组:研究浮力的大小与物体体积的关系.
取一个铁块、两个铁块(把两个相同的铁块捆在一起),分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第四组:研究浮力的大小与液体密度的关系.
取相同的铁块或铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中、浸没在酒精中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力 .
第五组:研究浮力的大小与物体浸在液体中体积的关系.
取同一物体分别测出它们在空气中和浸没在水中、部分在水中时弹簧秤的示数,利用F浮-F拉,求出它们的浮力.
第六组:研究浮力的大小与物体形状的关系.
取一块橡皮泥,捏成不同形状,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉求出它们的浮力.
第七组:研究浮力的大小与物体浸在液体中的深度的关系.
取一块铁块或铝块分别测出它们在空气中和浸没在水面下1 cm、2 cm时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉求出它们的浮力.
(4)进行实验与收集数据
学生分七组进行实验探究,设计了如下表格记录数据.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力物体1物体2第一组:研究浮力的大小与物体重力(质量)的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力物体11.7 N1.5 N0.2 N物体20.6 N0.4 N0.2 N第二组:研究浮力的大小与物体密度的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力铁块1.7 N1.5 N0.2 N铝块0.6 N0.4 N0.2 N第三组:研究浮力的大小与物体体积的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力铁块10.6 N0.4 N0.2 N铝块21.2 N0.8 N0.4 N第四组:研究浮力的大小与液体密度的关系.
同一铝块在空气中示数在液态中示数所受浮力放入水中1.2 N0.8 N0.4 N放入酒精中1.2 N0.9 N0.3 N第五组:研究浮力的大小与物体浸在液体中体积的关系. 同一铝块全部浸入水中一半浸入水中在空气中时弹簧秤的示数1.2 N1.2 N在水中时弹簧秤的示数0.8 N1.0 N物体在液体中所受浮力0.4 N0.2 N第六组:研究浮力的大小与物体形状的关系.
同一橡皮泥橡皮泥捏成长方形橡皮泥捏成球体物体在空气中时弹簧秤的示数0.7 N0.7 N物体在液体中时弹簧秤的示数0.1 N0.1 N物体在液体中所受浮力0.6 N0.6 N第七组:研究浮力的大小与物体浸在液体中深度的关系.
同一铝块铁块浸没在
水面下1 cm铁块浸没在
水面下2cm物体在空气中时弹簧秤的示数1.7N1.7N物体在水中时弹簧秤的示数1.5N1.5N物体在液体中所受浮力0.2N0.2N(5)分析与论证
学生按组对实验数据进行处理、分析,得出如下结论:第一组:测出两物体浮力相等,由此得出结论:浮力的大小与物体重力无关;第二组:测出两物体浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与物体密度无关;第三组:测出两物体浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与物体体积有关;第四组:测出两次浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与液体密度有关;第五组:测出两次浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与浸在液体中的体积有关;第六组:测出两次浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与物体形状无关;第七组:测出两次浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与在液体中的深度无关.
(6)合作、交流与评价
全班交流,相互评估.通过交流发现:第三组通过实验得出的结论是浮力与物体体积有关;第六组通过实验得出的结论是浮力与物体形状无关.这两组的结论有矛盾,物体形状变了,但体积不变.如果浮力与物体形状无关,也应该与体积无关.这是怎么回事呢?教师引导学生再回头分析第三组的实验,发现第三组的实验结论不够准确,准确的应是浮力与浸在液体中的体积有关,与第五组的结论一致.
师生共同总结归纳,得出结论:浸在液体中的物体所受浮力与液体密度、浸在液体中的体积有关;与物体的质量、密度、形状、浸在液体中的深度无关.
4对探究教学的思考
(1)在探究学习中学生的积极性很高,探究的欲望较强,学生对浮力的决定因素认识较深,为理解掌握阿基米德原理奠定了基础.尽管一节课的尝试还不足以彻底改变学生的学习方式,但它已显示了这种教学方式的很多优越性,学生学习物理的兴趣、探究科学的愿望增强了,学生的积极性、主动性得到了较充分的发挥和体现.学生亲身体验了“做科学”的乐趣,同时锻炼了学生的实验设计、动手实践、归纳总结、分析思考的能力,培养了科研中不可缺少的团结协作的良好品质.只要教师结合教材,适宜地进行探究式教学,长期坚持下去,必将使学生的学习能力、创新能力得到发展和提高.
(2)探究教学的尝试,促使笔者进一步思考在教学过程中教师的地位和作用.传统的教学方式,教师总是充当着“智者”的角色,为学生“传道、授业、解惑”.在探究式教学中,教师是学生探究过程中的指导者、合作者.作为指导者,教师对探究过程中可能出现的问题要尽可能考虑周全,这就需要教师在课下花更大功夫来了解学生的基础和情况,同时需要教师具有较深厚的专业知识和相关知识及能力,适时给学生以指导.作为合作者,教师应放下“教师”的架子,和学生一起进行探究,处于平等参与的地位,尤其是在探究过程中出现预料之外的情况或出现突发问题时,教师应以严谨求实的治学态度,科学的思考问题的方法和学生一起探究,这也正是教师应该潜移默化地传授给学生的东西.让学生在探究过程中体验科学研究的思路和方法,学习严谨的治学态度和献身科学的精神,这些与通过探究得到结果相比同样重要甚至更重要.
(3)学生在学校中的学习,接受式学习还应是主要的学习方式.我们进行探究式学习的试验,选择适当学习内容,引导学生开展发现、探索式学习,只是要找回它应有的位置,成为接受式学习的有力辅助和补充,以重现人的学习活动的本质.而接受式学习则更应强调启发式、讨论式,像奥苏贝尔所说的“有意义的接受式学习”,促使学生形成现代学习能力.
1设计思路
阿基米德原理是一个实验定律.常规的教学采用验证性实验教学方法,在验证性实验的过程中引导学生思考分析.根据以往的教学经验,学生在学习阿基米德原理后仍对决定浮力大小的因素有一些模糊或错误的认识,影响学生正确解决浮力的有关问题.根据以上考虑,笔者认为变验证性实验为探究性实验,采用探究式教学方式,使学生在学习阿基米德原理之前先了解浮力的大小与哪些因素有关,更有利于学生理解、掌握阿基米德原理.而且探究式教学可以使学生亲历探究过程,学习科学研究的方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识.
本次探究活动首先让学生在原有知识的基础上考虑并猜想浮力可能与哪些因素有关,然后由学生自己设计实验去验证,通过实验排除无关因素,找出相关因素,总结浮力的大小与哪些因素有关,为学习、理解阿基米德原理奠定基础.
2探究目标
(1)知识与技能
探究了解浮力的大小与哪些因素有关.
(2)过程与方法
通过学生自主的探究活动,培养学生实验动手能力和分析总结能力,体会物理研究和学习的方法.
(3)情感态度与价值观
培养学生一切从实际出发,尊重事实的科学态度,同时培养学生学习物理的兴趣,体验成功的艰辛与喜悦.本次探究活动地点在物理实验室进行,时间为1课时,所需器材有:烧杯、弹簧秤、铁块、铝块、橡皮泥、水、酒精.
3探究过程实录
(1)提出问题
教师复习提问:上节课我们学习了浮力,知道了几种求浮力的方法.请同学们回忆一下,都有哪几种?
学生:有以下几种:(1)F浮=F下-F上 (适用于形状规则的物体);(2)F浮=G物 (适用于悬浮、漂浮);(3)F浮=G-F拉 (适用于较小、较轻的物体).
教师:以上几种求浮力的方法都有一定的局限性,有没有一种普遍适用的求浮力的方法呢?要研究这个问题需要考虑浮力的大小究竟与哪些因素有关.
(2)猜想与假设
学生根据已有的知识和经验提出假设:浮力的大小可能与物体的体积、物体的密度、物体的质量(重力),液体的密度、物体在液体中的深度、物体的形状、物体浸在液体中的体积等因素有关.
(3)设计实验方案
教师引导学生利用控制变量法来设计实验,提示利用弹簧秤求浮力.教师准备相同体积的铁块、铝块及橡皮泥、水、酒精、弹簧秤等实验器材.学生分组设计实验方案,学习利用“控制变量法”进行实验.
第一组:研究浮力的大小与物体重力(质量)的关系.
取相同体积的铁块、铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第二组:研究浮力的大小与物体密度的关系.
取相同体积的铁块、铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第三组:研究浮力的大小与物体体积的关系.
取一个铁块、两个铁块(把两个相同的铁块捆在一起),分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力.
第四组:研究浮力的大小与液体密度的关系.
取相同的铁块或铝块,分别测出它们在空气中和浸没在水中、浸没在酒精中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉,求出它们的浮力 .
第五组:研究浮力的大小与物体浸在液体中体积的关系.
取同一物体分别测出它们在空气中和浸没在水中、部分在水中时弹簧秤的示数,利用F浮-F拉,求出它们的浮力.
第六组:研究浮力的大小与物体形状的关系.
取一块橡皮泥,捏成不同形状,分别测出它们在空气中和浸没在水中时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉求出它们的浮力.
第七组:研究浮力的大小与物体浸在液体中的深度的关系.
取一块铁块或铝块分别测出它们在空气中和浸没在水面下1 cm、2 cm时弹簧秤的示数,利用F浮=G-F拉求出它们的浮力.
(4)进行实验与收集数据
学生分七组进行实验探究,设计了如下表格记录数据.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力物体1物体2第一组:研究浮力的大小与物体重力(质量)的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力物体11.7 N1.5 N0.2 N物体20.6 N0.4 N0.2 N第二组:研究浮力的大小与物体密度的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力铁块1.7 N1.5 N0.2 N铝块0.6 N0.4 N0.2 N第三组:研究浮力的大小与物体体积的关系.
物体在空气中时
弹簧秤的示数物体在液体中时
弹簧秤的示数物体所受浮力铁块10.6 N0.4 N0.2 N铝块21.2 N0.8 N0.4 N第四组:研究浮力的大小与液体密度的关系.
同一铝块在空气中示数在液态中示数所受浮力放入水中1.2 N0.8 N0.4 N放入酒精中1.2 N0.9 N0.3 N第五组:研究浮力的大小与物体浸在液体中体积的关系. 同一铝块全部浸入水中一半浸入水中在空气中时弹簧秤的示数1.2 N1.2 N在水中时弹簧秤的示数0.8 N1.0 N物体在液体中所受浮力0.4 N0.2 N第六组:研究浮力的大小与物体形状的关系.
同一橡皮泥橡皮泥捏成长方形橡皮泥捏成球体物体在空气中时弹簧秤的示数0.7 N0.7 N物体在液体中时弹簧秤的示数0.1 N0.1 N物体在液体中所受浮力0.6 N0.6 N第七组:研究浮力的大小与物体浸在液体中深度的关系.
同一铝块铁块浸没在
水面下1 cm铁块浸没在
水面下2cm物体在空气中时弹簧秤的示数1.7N1.7N物体在水中时弹簧秤的示数1.5N1.5N物体在液体中所受浮力0.2N0.2N(5)分析与论证
学生按组对实验数据进行处理、分析,得出如下结论:第一组:测出两物体浮力相等,由此得出结论:浮力的大小与物体重力无关;第二组:测出两物体浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与物体密度无关;第三组:测出两物体浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与物体体积有关;第四组:测出两次浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与液体密度有关;第五组:测出两次浮力不等,由此得出结论: 浮力的大小与浸在液体中的体积有关;第六组:测出两次浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与物体形状无关;第七组:测出两次浮力相等,由此得出结论: 浮力的大小与在液体中的深度无关.
(6)合作、交流与评价
全班交流,相互评估.通过交流发现:第三组通过实验得出的结论是浮力与物体体积有关;第六组通过实验得出的结论是浮力与物体形状无关.这两组的结论有矛盾,物体形状变了,但体积不变.如果浮力与物体形状无关,也应该与体积无关.这是怎么回事呢?教师引导学生再回头分析第三组的实验,发现第三组的实验结论不够准确,准确的应是浮力与浸在液体中的体积有关,与第五组的结论一致.
师生共同总结归纳,得出结论:浸在液体中的物体所受浮力与液体密度、浸在液体中的体积有关;与物体的质量、密度、形状、浸在液体中的深度无关.
4对探究教学的思考
(1)在探究学习中学生的积极性很高,探究的欲望较强,学生对浮力的决定因素认识较深,为理解掌握阿基米德原理奠定了基础.尽管一节课的尝试还不足以彻底改变学生的学习方式,但它已显示了这种教学方式的很多优越性,学生学习物理的兴趣、探究科学的愿望增强了,学生的积极性、主动性得到了较充分的发挥和体现.学生亲身体验了“做科学”的乐趣,同时锻炼了学生的实验设计、动手实践、归纳总结、分析思考的能力,培养了科研中不可缺少的团结协作的良好品质.只要教师结合教材,适宜地进行探究式教学,长期坚持下去,必将使学生的学习能力、创新能力得到发展和提高.
(2)探究教学的尝试,促使笔者进一步思考在教学过程中教师的地位和作用.传统的教学方式,教师总是充当着“智者”的角色,为学生“传道、授业、解惑”.在探究式教学中,教师是学生探究过程中的指导者、合作者.作为指导者,教师对探究过程中可能出现的问题要尽可能考虑周全,这就需要教师在课下花更大功夫来了解学生的基础和情况,同时需要教师具有较深厚的专业知识和相关知识及能力,适时给学生以指导.作为合作者,教师应放下“教师”的架子,和学生一起进行探究,处于平等参与的地位,尤其是在探究过程中出现预料之外的情况或出现突发问题时,教师应以严谨求实的治学态度,科学的思考问题的方法和学生一起探究,这也正是教师应该潜移默化地传授给学生的东西.让学生在探究过程中体验科学研究的思路和方法,学习严谨的治学态度和献身科学的精神,这些与通过探究得到结果相比同样重要甚至更重要.
(3)学生在学校中的学习,接受式学习还应是主要的学习方式.我们进行探究式学习的试验,选择适当学习内容,引导学生开展发现、探索式学习,只是要找回它应有的位置,成为接受式学习的有力辅助和补充,以重现人的学习活动的本质.而接受式学习则更应强调启发式、讨论式,像奥苏贝尔所说的“有意义的接受式学习”,促使学生形成现代学习能力.