阿基米德原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計

1、阿基米德原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計阿基米德原理是初中物理知識中的一個重要物理規(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)計實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的環(huán)節(jié)，使學(xué)生對這一結(jié)論的得出感到很突然。這樣急于追求知識學(xué)習(xí)的做法很難使學(xué)生對阿基米德原理的內(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的生成過程，更深刻的理解這一原理的內(nèi)涵，同時有利于學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識。一、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)資源分析1教學(xué)內(nèi)容分析

2、課程改革后編寫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(nèi)容的編排基本上突出探究過程，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這一內(nèi)容的教學(xué)安排是：首先讓學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)活動去體驗(yàn)浮力的存在及其變化，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生猜測浮力的大小可能跟什么有關(guān)，進(jìn)而自然過渡到實(shí)驗(yàn)設(shè)計的環(huán)節(jié)，再通過學(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：彈簧測力計、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

3、示用器材：鐵架臺（1個）、大彈簧測力計（1個）、石塊（1個）、細(xì)線、大小燒杯（各1個）、溢水杯（1個）。學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材有16套，實(shí)驗(yàn)桌16張，而班級人數(shù)是51人，分16個實(shí)驗(yàn)小組，其中13個組是每組3人，3個組是每組4人。二、教學(xué)目標(biāo)的制定知識與技能目標(biāo)：通過探究學(xué)習(xí)，知道浮力的大小等于什么（阿基米德原理），會正確使用彈簧測力計或量筒等測量儀器。過程與方法目標(biāo)：經(jīng)歷探究浮力大小與什么因素有關(guān)的過程，學(xué)生能嘗試根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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研究問題。情感、態(tài)度、價值觀目標(biāo)：在動手動腦過程中，表現(xiàn)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

4、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，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)的錯誤認(rèn)識。但有些經(jīng)驗(yàn)會促進(jìn)新知識的學(xué)習(xí)，例如，許多學(xué)生有過游泳經(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)知識會有利于學(xué)生提出浮力大小跟物體排開液體體積有關(guān)的猜想。教師應(yīng)給學(xué)生提出問題或猜想的機(jī)會，暴露學(xué)生自己原來的觀念，并給予學(xué)生驗(yàn)證猜想的機(jī)會。四

5、、教學(xué)策略設(shè)計首先創(chuàng)設(shè)問題情境，用實(shí)驗(yàn)手段讓學(xué)生認(rèn)識下沉的物體也受浮力。然后在學(xué)生動手實(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)生通過討論并在動手實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上去驗(yàn)證猜想，然后引導(dǎo)學(xué)生通過分析、歸納的方法提出物體所受的浮力跟它所排開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)計和實(shí)驗(yàn)操作去檢驗(yàn)這一假設(shè)。在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，教師要促進(jìn)學(xué)生主動地思考并給學(xué)生討論、交流的機(jī)會。在整個教學(xué)過程中，教師還要注意利用學(xué)習(xí)性評價方法對學(xué)生的探究活動進(jìn)行評價。五、教學(xué)過程設(shè)計1創(chuàng)設(shè)情境、認(rèn)識浮力教師展示“死海上的人在悠閑地看書”的投影，引導(dǎo)學(xué)生提問：為什么人可以浮

6、在水面上？下沉的物體是否受浮力？教師演示實(shí)驗(yàn)：用彈簧測力計稱小石塊的重力，并稍稍用力向上托石塊，讓學(xué)生觀察這時測力計的示數(shù)變化，然后將小石塊浸入水中，觀察測力計示數(shù)的變化。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二力平衡等知識判斷浮力的存在及大小，最后得出結(jié)論：水中下沉的物體會受到一種向上托的一種力也即是浮力。2提出問題及猜想由教師提出問題：利用“稱重法”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)生動手實(shí)驗(yàn)：把空的礦泉水瓶慢慢浸入水中，感受浮力的大小變化；裝有清水的燒杯中放入雞蛋，再加入足夠多的鹽，雞蛋會上浮。在動手及觀察體驗(yàn)的基礎(chǔ)上并結(jié)合已有的生活經(jīng)驗(yàn)，要求學(xué)生對影響浮力大小的因素提出猜想，同時讓學(xué)生說出猜想

7、的根據(jù)，歸納出有待驗(yàn)證的3個猜想即：物體浸沒在液體中的深度；液體的密度；物體排開的液體的體積；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)證其中的一個猜想。實(shí)驗(yàn)過程中教師要提示學(xué)生如何控制變量。驗(yàn)證猜想的方法有：a利用“稱重法”測量浸沒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時所處的深度是否有關(guān)。b利用“稱重法”測量石塊浸入水中的體積不同時所受浮力的大小，驗(yàn)證浮力的大小是否與排開水的體積大小有關(guān)。c利用“稱重法”分別測量同一個石塊浸沒水中和浸沒酒精中所受浮力大小，驗(yàn)證浮力大小與物體所排開液體的密度是否有關(guān)。d將同一橡皮泥做成兩個不同

8、的形狀，然后用“稱重法”分別測量它們浸沒到水中的浮力大小，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液體的體積和排開液體的密度有關(guān)，跟物體浸沒時所處的深度、物體的形狀無關(guān)。e建立假設(shè)引入“曹沖稱象”的故事，并讓學(xué)生思考“浮力的大小與排開液體的體積和排開液體的密度”這一結(jié)論說明浮力的大小與什么力有關(guān)呢？注意引導(dǎo)學(xué)生與舊的知識相互結(jié)合，利用“推導(dǎo)法”解決這一問題。利用已有知識進(jìn)行推導(dǎo)，V=m，mg=G，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液體的重力。實(shí)驗(yàn)設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何測浮力、如何測排開液體的重力”來討論實(shí)驗(yàn)方案

9、的設(shè)計。利用“稱重法”可以測量出物體所受浮力的大??；收集排開液體的方法可能有：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將排開的液體放入量筒中，利用公式m=V求解排開液體的質(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(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(yàn)操作時要保證物體排開的水沒要全部進(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)。實(shí)驗(yàn)過程：（一）1舉例說明生活、生產(chǎn)中有哪些物體受到浮力，2學(xué)生邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)，感受浮力的存在。問

10、題1：物體浸沒在水或鹽水中時是否受到浮力？方向如何？能否用測力計來測量其大小？分析學(xué)生設(shè)計的實(shí)驗(yàn)步驟：（1）物體在空氣中的重為_N。（2）把重物浸沒在水中或鹽水中，彈簧測力計的示數(shù)為_N。分析數(shù)據(jù)可得：浮力的概念：液體對浸在其中的物體的豎直向上的托力叫浮力。測量浮力大小的一種方法：懸吊法F浮GF問題2：當(dāng)物體部分浸入液體中時是否受到浮力？能否測出大??？步驟A：在空氣中用彈簧測力計測出物體的重G步驟B：把物體浸在液體中，測出彈簧測力計的示數(shù)為F步驟C：浮力的大小為F浮GF觀察在物體緩慢浸入液體的過程中，彈簧測力計的示數(shù)變化情況，由此可以得出什么結(jié)論？分析：在物體逐漸浸入液體的過程中，彈簧測力計的

11、示數(shù)逐漸變小，說明物體受到的浮力逐漸變大。（二）學(xué)生進(jìn)行猜測：物體受到的浮力大小與哪些因素有關(guān)？1實(shí)驗(yàn)2：浮力的大小與哪些因素有關(guān)？2演示：石頭與浮力；浸入液體中的體積不同時，物體受浮力大小的變化；浸沒在液體中的深度不同時，浮力大小的變化。分析并完善學(xué)生的實(shí)驗(yàn)表格物體進(jìn)入液體中的體積V浸物體排開的液體的體積V排物體排開的液體的重力G排彈簧測力計的示數(shù)F物體在液體中受到的浮力F3總結(jié)：物體受到的浮力大小與物體的排液體積有關(guān)，與其浸沒的深度無關(guān)。（三）探究阿基米德原理從以上實(shí)驗(yàn)初步可知，浸在液體中的物體受到的浮力大小與它排開的液體的多少有關(guān)，并且排開液體越多，受到的浮力越大。讀讀議議有關(guān)“曹沖稱象

12、”的故事，再次說明上述現(xiàn)象。學(xué)生邊學(xué)邊實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這個觀點(diǎn)。（）設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案需要解決的兩個問題：如何測量物體受到的浮力。如何測量被物體排開的液體的重力。實(shí)驗(yàn)所需的器材：彈簧測力計，重物，盛有液體的燒杯，溢杯，空杯等。（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分析總結(jié)分析課本所給出的實(shí)驗(yàn)方法分析數(shù)據(jù)可得：物體全部浸沒于液體中時F浮G排。問題3：如果物體只是部分浸入液體中時，那么它所受的浮力是否還等于它排開液體的重力呢？分析數(shù)據(jù)可得：物體部分浸入液體中時F浮G排。阿基米德原理：浸在液體中的物體受到豎直向上的浮力，浮力的大小等于被物體排開的液體受到的重力的大小。測量浮力的另一種方法：排液法：F浮G排。（3）進(jìn)一步討論阿基米德原理

13、：F浮G排m排g液V排g浮力的大小與液，V排有關(guān)，且成正比關(guān)系。討論V排和V物的大小關(guān)系：物體全部浸沒于液體中時V排=V物物體部分浸入于液體中時V排<V物問題4：浮力的大小與物體的密度、質(zhì)量、形狀以及物體浸入液體中的深度是否有關(guān)？學(xué)生課后設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，探究上述問題。7分析論證學(xué)生對實(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，同時證明了前面的假設(shè)是正確的。8評估與交流引導(dǎo)學(xué)生小組交流、討論實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題和收獲，分析實(shí)驗(yàn)操作上的錯誤和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差來源。六、教學(xué)評價1對學(xué)生探究學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)性評價方法采用口頭任務(wù)法，給學(xué)生表達(dá)對諸如“影響浮力大小的因素是什么”等問題

14、的看法的機(jī)會，對學(xué)生自己提出的設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案鼓勵性評價；還可以提供評價表（表1）讓學(xué)生進(jìn)行自我評價和小組評價。表1 探究性實(shí)驗(yàn)評價表內(nèi)容自我評價小組評價情感態(tài)度與價值觀對這個實(shí)驗(yàn)課題始終有濃厚的興趣符合不符合符合不符合記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是真實(shí)的符合不符合符合不符合積極地與小組同學(xué)合作符合不符合符合不符合知識與技能通過探究知道浮力大小等于物體排開液體的重力符合不符合會正確使用測力計或量筒符合不符合過程與方法提出了至少一個合理的猜想符合不符合設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案是合理的符合不符合能采用控制變量的方法符合不符合2教師的自我反思本節(jié)課以探究浮力的大小與什么因素有關(guān)這一主題為線索，合理安排教學(xué)內(nèi)容，無論是教學(xué)環(huán)節(jié)的安排還是問題的設(shè)計、教學(xué)策略的選擇，都將學(xué)生主體作用的發(fā)揮放在首要考慮的位置，教師充分體現(xiàn)出了作為學(xué)習(xí)活動的組織者、引導(dǎo)者和參與者的作用，基本完成了預(yù)定的教學(xué)目標(biāo)。在用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證浮力跟物體排開液體的重力是否相等的過程中，學(xué)生展現(xiàn)了一些個性化的做法：有些同學(xué)在往溢水杯中放物體的同時，測出了物體所受浮力和物體排開液體所受重力；有些同學(xué)是先在大燒杯中測定物體全部浸入水中所受浮力，然后再利用溢水杯測定物體沒入水中時排開水所受重力。教師對這些做法都給予了贊同。其中一個小組同學(xué)還提出了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案，該