教學(xué)案例 八年級物理《浮力》教學(xué)任務(wù)分析

要獲得需要的前提是：同一直線上力的合成。物理概念和規(guī)律教學(xué)概述一、物理概念和規(guī)律是通過邏輯關(guān)系建立其間關(guān)系的。二、物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)的途徑主要有實驗歸納途徑和理論分析途徑?？茖W(xué)理論建立的方式主要有二：其一通過歸納-猜測認識程序提出新的科學(xué)理論，如圖1所示，二是通過假說-演繹認識程序提出新的科學(xué)理論，如圖2所示，圖2“假說-演繹圖2“假說-演繹”認識程序圖1“歸納一猜想”認識程序與之對應(yīng)，物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)的途徑有，1、歸納模式，包括經(jīng)驗事實歸納、實驗事實歸納；2、理論演繹模式； 對實驗歸納途徑，通過“觀察、實驗”概括出科學(xué)概念和規(guī)律，然后對概念或規(guī)律中關(guān)系是否存在進行檢驗。稱為驗證環(huán)節(jié)。驗證的基本策略為：1．根據(jù)新的物理規(guī)律，合理地推演出一些論斷，這些論斷預(yù)言出未曾觀察到的、可以實驗檢驗的現(xiàn)象或?qū)傩裕?．設(shè)計出能夠顯現(xiàn)上述現(xiàn)象的實驗；3．進行實驗，對現(xiàn)象是否真實出現(xiàn)作出檢驗。對理論演繹的結(jié)果，通常也應(yīng)該驗證。三、實驗歸納途徑需要經(jīng)歷子環(huán)節(jié)（每個子環(huán)節(jié)有運用的策略）需要提出問題、假設(shè)猜測、規(guī)劃方案、設(shè)計實驗、確定實驗步驟、獲取數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)獲得結(jié)論。處理數(shù)據(jù)獲得結(jié)論通常采用歸納、演繹、極限推理等信息加工方法文獻中以下就學(xué)習(xí)各環(huán)節(jié)中運用的策略或者說方法做具體討論。其中各子環(huán)節(jié)涉及到的策略有[9][9]表4：實驗歸納途徑子環(huán)節(jié)問題解決的策略子環(huán)節(jié)所用策略提出問題模型法猜想與假設(shè)歸納法中的穆勒五法、類比法、演繹法等制定探究方案規(guī)劃方案控制變量法、演繹法、歸納法中的穆勒五法設(shè)計實驗設(shè)計實驗通用策略、轉(zhuǎn)化法、等效替代法等獲取事實與證據(jù)整理數(shù)據(jù)列表比較法、圖像法等獲得結(jié)論歸納法、演繹法、理想實驗法等表達與交流合理呈現(xiàn)證據(jù)的方法等。四、物理概念和規(guī)律學(xué)習(xí)后的結(jié)果命題網(wǎng)絡(luò)、物理概念圖式、物理規(guī)律圖式等。五、狹義的教學(xué)設(shè)計（此處指課時教學(xué)設(shè)計）是教師運用學(xué)習(xí)心理學(xué)等理論，有依據(jù)地選擇教學(xué)素材、素材呈現(xiàn)方式及學(xué)習(xí)結(jié)果評價方式形成用于幫助學(xué)生有效地習(xí)得特定學(xué)習(xí)結(jié)果的方案的過程。第一：教學(xué)任務(wù)分析。通過任務(wù)分析，揭示出習(xí)得該學(xué)習(xí)結(jié)果的內(nèi)部過程及條件，這部分工作主要運用學(xué)習(xí)心理學(xué)理論完成。第二：確定學(xué)習(xí)內(nèi)容對應(yīng)的學(xué)習(xí)結(jié)果類型，陳述教學(xué)目標；要求用可觀察、可測量的術(shù)語精確表達學(xué)習(xí)目標，這是教學(xué)設(shè)計的一項基本要求第三：規(guī)劃教學(xué)活動。依據(jù)分析出的過程與條件，合理規(guī)劃教學(xué)事件，選擇教學(xué)媒體和方法；第四：制定測評項目。依據(jù)學(xué)習(xí)結(jié)果類型及相應(yīng)學(xué)習(xí)者外顯行為，制定測評項目。六、物理概念和規(guī)律意義教學(xué)的任務(wù)分析物理概念和規(guī)律意義教學(xué)的任務(wù)分析：1.寫圖式：遵循物理概念和規(guī)律的圖式結(jié)構(gòu)，寫出所教授物理概念或規(guī)律的圖式。2.定內(nèi)容：由圖式內(nèi)容確定教學(xué)結(jié)論，確定其學(xué)習(xí)類型；3.析途徑：分析各習(xí)得教學(xué)結(jié)論的途徑，是經(jīng)驗事實歸納途徑（多用于屬性特征類物理概念的學(xué)習(xí)）、是實驗歸納途徑（多用于物理量和物理規(guī)律的學(xué)習(xí)）、是理論演繹途徑？亦或是兩種途徑結(jié)合，如先理論演繹，然后在實驗歸納等4.清序列：確定各結(jié)論所需信息獲得的途徑，分析各途徑上學(xué)生所需經(jīng)歷各子過程的學(xué)習(xí)過程和所用策略或者說方法?！案×Α苯虒W(xué)任務(wù)分析一、寫圖示表浮力概念圖式物理意義描述物體浸在液體中時受到液體對其作用的合力。定義浸在液體中的物體受到向上的力稱為浮力實質(zhì)物體浸在液體中、受到液體對其各個方面的壓力、壓力的合力形成浮力公式表示，是液體對物體向上的壓力，是液體對物體向下的壓力物理性質(zhì)大小定性浮力大小與物體浸在液體中體積有關(guān)、與液體密度有關(guān)；定量浮力大小與物體浸在液體中的體積成正比，與液體密度成正比數(shù)學(xué)表達式阿基米德原理方向定性豎直向上性質(zhì)形成的依據(jù)略單位牛頓（）量的性質(zhì)矢量，大小和方向如上。狀態(tài)量/過程量狀態(tài)量二、定內(nèi)容1、浮力概念浸在液體中的物體受到液體對其施加的向上的力，該力稱為浮力；2、浮力大小的稱量法（重物在液體中所受浮力）：3、浮力產(chǎn)生的原因浮力的產(chǎn)生是由于液體對物體產(chǎn)生的壓力差；用公式表示：4、影響浮力大小的因素浮力與物體浸入液體中的體積有關(guān)、與液體密度有關(guān)。三、析途徑1、浮力概念：經(jīng)驗事實歸納途徑；2、浮力大小的稱量法：理論演繹途徑3、浮力產(chǎn)生的原因：理論分析途徑+實驗證實4、影響浮力大小的因素：實驗歸納模式。四、清序列第一部分結(jié)論獲得的邏輯過程分析一、浮力概念學(xué)習(xí)1、簡單枚舉法（通過一個例子，概括出概念的屬性）舉例：在泳池內(nèi)，人能感受到一個向上的力概括：這個向上的力，稱為浮力。2、求同法推理11漂浮在液面上的物體（小船、木塊等）受到向上的力浸在液體中2浸沒在液體中（特別是下沉）物體（鐵塊、鋁塊等）也受到向上的力浸在液體中…………物體受到液體對其向上的力，與其浸在液體中有關(guān)2.1漂浮在液面上的物體受到液體對其向上的力。已知：小船漂浮在水面，在豎直方向保持靜止。小船受重力，豎直向下。待求：小船或木塊還受何種力？其方向如何？演繹推理：推理2如果物體受力平衡，物體保持靜止或勻速運動小船或木塊靜止所以，小船或木塊受力平衡推理3物體受力平衡，應(yīng)滿足兩力方向相反小船或木塊受重力所以，小船或木塊還受向上的力2.2在液體中下沉的物體也受到液體對其向上的力如上圖教材中實驗，鋁塊在水中下沉；現(xiàn)象：懸掛在彈簧稱下的鋁塊，彈簧稱指針指向A；懸掛在彈簧稱下的鋁塊，浸沒在水中，彈簧稱指針指向B，示數(shù)減小。得出結(jié)論：在水中的鋁塊，受到一個向上的力。從現(xiàn)象得出結(jié)論，需要通過如下演繹推理，推理4懸掛在彈簧稱下的物體，受到向上的力，彈簧稱示數(shù)將減少（大前提）懸掛在彈簧稱下的鋁塊，浸沒在水中，彈簧稱指針示數(shù)減小。（小前提）所以，浸沒在水中的鋁塊受到向上的力。真正解決該子問題所需前提技能是：同一直線上力的合成，以及作用力和反作用力等（初中不會涉及）。而學(xué)生通常也沒有形成大前提的生活經(jīng)驗，因此，如果象教材中這樣直接呈現(xiàn)小前提，學(xué)生很難得出結(jié)論。為了突破這一難點，實際教學(xué)中，有教師通常會采用如下做法：顯然，這種處理方式就是通過簡單枚舉的方法，為推理4準備一個大前提。懸掛在彈簧稱下的鋁塊，用手托起鋁塊（給鋁塊向上的力），彈簧稱指針示數(shù)減小。 由2.1、2.2通過求同法概括出浮力概念。無論漂浮、還是浸沒，也無論物體在液體中是下沉還是上浮，都受到液體對其豎直向上的作用力，該力稱為浮力。(求同法)二、重物浮力的測量方法—稱重法如圖提供了一種重物浮力大小的測量方法:浮力的稱重法（重物）所需前提技能是：同一直線上力的合成、以及作用力和反作用力的關(guān)系。初中不會涉及，如果學(xué)生程度較好，亦可相對完整介紹。實際教學(xué)中，也可以通過一個實例來建立，如教學(xué)中：圖1中，彈簧稱示數(shù)為4牛頓，圖2中，彈簧稱示數(shù)為2牛頓，向上的托力為多大？學(xué)生憑借經(jīng)驗，能夠得出：托力等于兩者的差值。然后在引導(dǎo)學(xué)生分析，在空氣中彈簧稱示數(shù)為，浸沒水中時彈簧稱示數(shù)為，那么在液體中物體所受浮力為？學(xué)生應(yīng)該可以建立：三、浮力產(chǎn)生的原因已知：液體內(nèi)部壓強，物體浸沒在液體中待求：物體受到液體對其向上的力。求解：1、簡化模型，用長方體、正方體或圓柱體等規(guī)則物體為對象。（研究物理問題時選擇研究對象的一般思路或方法：從簡單、易于研究的對象入手）2、分解研究問題為相應(yīng)的子問題（以長方體為研究對象）子問題一:液體對長方體左右方向的壓力的關(guān)系?子問題二:液體對長方體前后方向的壓力關(guān)系?子問題三：液體對長方體上下方向壓力的關(guān)系？（研究問題的一般方法，手段-目標法。在手段—目標分析中，解決者試圖減少當前所處狀態(tài)與想要達到目標狀態(tài)間的差異，這種啟發(fā)式與向前推理（也稱為爬山法）的不同在于問題解決者把一個問題分解為若干個子問題。）3、解決各子問題3.1前后、左右方向的壓力浸沒在液體中的物體，沒有前后方向的運動。根據(jù)平衡條件，說明液體對其前后作用力是平衡力。浸沒在液體中的物體，沒有左右方向的運動。根據(jù)平衡條件，說明液體對其左右作用力是平衡力。3.2上下方向的壓力（可用策略：逆推法。要求的是：上下方向的壓力，需要要找到與壓力有關(guān)的公式。F=PS要求壓力，需要找到P，液體壓強。要求液體壓強，需要液體壓強公式。）求解：浸沒在液體中的物體，上表面受到液體向下的壓力，大小等于。下表面受到液體向上的壓力，大小等于。根據(jù)液體內(nèi)部壓強特點，所以，液體內(nèi)部對物體向上的壓力與向下的壓力的差，就是浮力。數(shù)學(xué)表達式：。(在本環(huán)節(jié)子問題解決中，采用的是理論分析途徑，其中需要用到的、解決子問題的基本技能有：液體內(nèi)部的壓強,壓力等；采用的策略，有選擇研究對象的一般思路、有解決問題的弱方法手段-目標分析法、在子問題上下方向的壓力差的解決中，采用根據(jù)待求的量,找到該量的求解知識和技能，逆推法等。)●驗證環(huán)節(jié)驗證的方法：1．根據(jù)新的物理規(guī)律，合理地推演出一些論斷，這些論斷預(yù)言出未曾觀察到的、可以實驗檢驗的現(xiàn)象；2．設(shè)計出能夠顯現(xiàn)上述現(xiàn)象的實驗；3．進行實驗，對現(xiàn)象是否真實出現(xiàn)作出檢驗。如果要對進行驗證，應(yīng)遵循驗證的基本途徑（1）在采取理論分析獲得后，可遵循驗證的方法對該結(jié)論的正確性進行驗證。①根據(jù)已有：推出，如果物體浸沒在液體中，沒有受到液體向上的壓力，也就沒有對物體向上的浮力。②如圖實驗中，將一端開口的瓶中，放置一個乒乓球，堵住瓶口，將水倒入瓶中。由于乒乓球下面沒有液體，所以此種情況下，乒乓球不受浮力，所以即使是乒乓球完全浸沒在水中，它也不會浮起。③完成實驗，乒乓球確實沒有浮起。證實浮力產(chǎn)生原因：。（備注：此驗證環(huán)節(jié)中的實驗不是學(xué)生可以有序思考獲得的，因此只能是教師應(yīng)提供實驗方案，教師引導(dǎo)學(xué)生分析該實驗中“乒乓球不受浮力”，從而即便是大部分處于水中，出現(xiàn)現(xiàn)象“不會浮起”。（2）若采用實驗歸納方法建立“浮力產(chǎn)生與下表面有液體有關(guān)”可完成如下兩個實驗，運用差異法獲得。圖一原本在水中應(yīng)浮起的乒乓球，浸沒在水中，確沒有浮起，說明沒有受到浮力。圖二中浸沒在水中乒乓球浮起，乒乓球不受浮力下表面沒有液體（也就沒有向上壓力乒乓球受浮力下表面有液體（有向上的壓力）浮力的產(chǎn)生與下表面受到壓力有關(guān)【案例】一位教師在這一環(huán)節(jié)的處理如下所示(二)浮力產(chǎn)生的原因：1、浸在液體中的物體受到液體對物體向各個方向的壓力。情境分析已知：邊長為L的立方體位于水面下h深處四個側(cè)面所受壓力F合=0N。上、下兩面所受壓力關(guān)系∵p向上＞p向下∴F向上＞F向下F浮=F向上－F向下結(jié)論：浮力是液體對物體向上和向下的壓力差。2、演示實驗:乒乓球?qū)嶒瀸嶒灛F(xiàn)象:（1）將乒乓球放入瓶內(nèi)，向瓶里倒水，乒乓球不浮起；（2）將瓶下口堵住，乒乓球浮起。分析結(jié)論：在狀態(tài)1中乒乓球只受到液體對它向下的壓力；在狀態(tài)2中乒乓球受到液體對它向上和向下的壓力，且向上的壓力大于向下的壓力，產(chǎn)生向上的浮力。（通過實驗和理論分析，讓學(xué)生認識浮力產(chǎn)生的原因）【案例分析】在1、中已經(jīng)通過理論分析，獲得“浮力與上下表面壓力差有關(guān)”如果采用“理論演繹+驗證”途徑，其后應(yīng)遵循驗證環(huán)節(jié)，只做圖1實驗即可，如前所述。如果采用實驗+理論分析，即通過實驗獲得“浮力與下表面受壓力有關(guān)”，再理論分析出有何關(guān)系，那就應(yīng)該將2的實驗放在前，將理論分析放在后。這位教師對這部分的處理，不符合物理學(xué)習(xí)的基本邏輯。四、“影響浮力大小的因素”相關(guān)結(jié)論獲得的邏輯過程4.1物體所受浮力與物體浸在液體中的深度無關(guān)；如果物體所受浮力與深度有關(guān)，那么，當物體在液體中深度改變時，浮力也應(yīng)改變懸掛在彈簧稱下的鋁塊，浸沒在水中，深度改變了，彈簧稱指針示數(shù)沒有變化（即浮力大小不變）所以，物體所受浮力與物體浸在液體中的深度無關(guān)。4.2物體所受浮力與液體密度有關(guān)。1浮力最小浸入液體密度最小同一實驗條件，同物、浸入液體中體積等2浮力較大浸入液體密度較小3浮力最大浸入液體密度最大浮力與物體浸入液體密度有關(guān)4.3物體所受浮力與物體密度無關(guān)如果物體所受浮力與密度有關(guān)，那么，當不同密度的物體在液體同一狀況下,浮力大小應(yīng)不同懸掛在彈簧稱下的同一體積的鋁塊\銅塊\鐵塊，浸沒在水中同一深度,彈簧稱兩次指針的差值不變（即浮力不變）所以，物體所受浮力與物質(zhì)密度無關(guān)。4.3物體所受浮力與物體浸在液體中的體積有關(guān)。1浮力最小浸入液體中的體積最小同一實驗條件，同物、同液體等2浮力較小浸入液體中的體積較小3浮力較大浸入液體中的體積較大4浮力最大浸入液體中的體積最大浮力與物體浸入液體中的體積有關(guān)第二部分各子環(huán)節(jié)分析一、浮力概念（見第一部分相關(guān)分析）二、重物浮力大小的稱重法（見第一部分相關(guān)分析）三、浮力產(chǎn)生的原因（見第一部分相關(guān)分析）四、浮力大小的影響因素【提出問題】浮力大小與那些因素有關(guān)；【假設(shè)猜測】本環(huán)節(jié)目的幫助學(xué)生猜測出研究對象或?qū)傩缘挠绊懸蛩?。猜測不是瞎猜，通常學(xué)習(xí)者需要基于生活經(jīng)驗、實驗經(jīng)驗或理論分析形成研究對象的相關(guān)影響因素。此環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，如果學(xué)習(xí)者有經(jīng)驗，教師可引導(dǎo)學(xué)生回憶出相關(guān)經(jīng)驗（如向心力大小與那些因素有關(guān)、蒸發(fā)快慢因素、滑動摩擦力大小的影響因素等），若學(xué)習(xí)者沒有經(jīng)驗，教師應(yīng)提供相應(yīng)的生活情景或?qū)嶒炃榫埃ò枰R別的因素）給學(xué)生。 1、根據(jù)人在泳池里的經(jīng)驗，學(xué)生比較容易得出猜測出（共變法）：物體所受浮力大小與物體在液體中的深度有關(guān)。 2、根據(jù)浮力產(chǎn)生的原因，而液體對物體的壓力與液體密度有關(guān)，猜測物體所受浮力可能與密度有關(guān)。 3、猜測可能與不同物質(zhì)的密度有關(guān).木頭漂浮在水面，鐵塊沉入水底。無任何經(jīng)驗事實或理論支持學(xué)生猜測：浮力與體積有關(guān)。除非瞎猜?！疽?guī)劃研究方案】經(jīng)過假設(shè)和猜測環(huán)節(jié)，學(xué)習(xí)者已確定了可研究問題以及可能的影響因素，接下來的任務(wù)是規(guī)劃研究的方案。本環(huán)節(jié)用控制變量法規(guī)劃方案?？煞謩e研究“浮力與浸入液體的深度是否有關(guān)”、“浮力與液體密度是否有關(guān)”、“浮力是否與物體物質(zhì)的密度有關(guān)第一組研究“浮力與浸入液體的深度是否有關(guān)”。保證其他條件不變，改變物體浸入的深度，觀察浮力是否變化？1物體浸入液體中深度1浮力12物體浸入液體中深度2浮力23物體浸入液體中深度3浮力34……第二組研究浮力與物質(zhì)的密度是否有關(guān).保持條件不變,改變不同物質(zhì),觀察浮力是否變化?第三組研究“浮力與液體密度是否有關(guān)”。保持其他條件不變，改變液體密度，觀察浮力是否變化？略.【設(shè)計實驗】本環(huán)節(jié)的目的是：幫助學(xué)生形成用于研究問題的實驗。本環(huán)節(jié)可采用設(shè)計實驗的通用策略、以及在特定子環(huán)節(jié)采用轉(zhuǎn)化法、等效替代法等方法選擇解決必要技能。由于課堂教學(xué)中，都提供了基本的設(shè)計實驗的裝置，也就是測量的技能都是確定的。本例中提供相關(guān)實驗儀器：液體：水、酒精；固體：鋁塊。彈簧秤、大燒杯等。本例中，可遵循設(shè)計實驗通用策略，逐步有序地思考形成實驗的裝置。定實驗?zāi)康难芯扛×εc液體浸入深度是否有關(guān)定實驗中的研究對象；以鋁塊（浸入水中所受浮力）為對象③確定實驗中研究物體的狀態(tài)、過程及要測量的物理量；鋁塊應(yīng)浸在液體中靜止（此處教師可自行先確定完全浸沒條件。）需要測量鋁塊的浮力，測量物體在液體中的深度定各狀態(tài)出現(xiàn)的條件及各物理量測量的原理；物體浸在液體的深度，可用刻度尺或眼睛直接觀察獲得；物體所受浮力：稱重法擇測量各物理量的實驗儀器；測量浮力——彈簧秤⑥確定每次實驗中的條件（如物理量的變化方式；）將彈簧秤下的鋁塊，浸沒后放在不同的深度，保持靜止⑦確定實驗儀器連接方式。定實驗?zāi)康难芯扛×εc液體密度是否有關(guān)定實驗中的研究對象；以鋁塊（浸入水中、酒精所受浮力）為對象③確定實驗中研究物體的狀態(tài)、過程及要測量的物理量；鋁塊應(yīng)分別浸在水、酒精中，保持靜止（此處教師可自行先確定完全浸沒條件。）需要測量液體的浮力，測量液體密度④確定各狀態(tài)出現(xiàn)的條件及各物理量測量的原理；液體密度可以查表獲得；物體所受浮力：稱重法⑤選擇測量各物理量的實驗儀器；測量浮力——彈簧秤⑥確定每次實驗中的條件（如物理量的變化方式；）將彈簧秤下的鋁塊，浸沒后放置在不同液體中同一位置，保持靜止確定實驗儀器連接方式?！緢?zhí)行實驗，獲得數(shù)據(jù)】環(huán)節(jié)：依據(jù)實驗原理和裝置，確定實驗步驟，形成實驗表格；第一組1物體浸入液體中深度1浮力12物體浸入液體中深度2浮力2=浮力13物體浸入液體中深度3浮力3=浮力14……第二組1浮力最小浸入液體密度最小同一實驗條件，同物、浸入液體中體積等2浮力較大浸入液體密度較小3浮力最大浸入液體密度最大第三組1鐵塊浮力12銅塊浮力2=浮力13鋁塊浮力3=浮力14……【處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論】環(huán)節(jié)：第一組得出：浮力大小與物體浸入液體內(nèi)部深度無關(guān)；演繹推理見前分析第二組得出：浮力大小與液體密度有關(guān)。共變法分析見前。第三組得出：浮力大小與構(gòu)成物體物質(zhì)的密度無關(guān)。前面得出“浮力與物體浸入液體內(nèi)部深度無關(guān)”，而人們在下泳池時，向下越深，感受到的浮力越大？這又是怎么回事呢？子問題：物體所受浮力不與深度有關(guān)。應(yīng)與那些因素有關(guān)？【猜測】仔細觀察物體，由浸入到浸沒的過程。引導(dǎo)學(xué)生分析，此時浮力確有變化，而前以得出與深度無關(guān)，那與那個因素有關(guān)？學(xué)生應(yīng)能觀察到隨著物體浸入，除了浸入深度變化外，浸入的體積也在增大？可以猜測“浮力大小與物體浸入液體中的體積有關(guān)”【規(guī)劃方案】結(jié)論獲得是:共變法。見前分析引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)共變法規(guī)劃。改變浸入液體的體積，保持其他條件不變，觀察浮力是否改變？【設(shè)