小學科學《浮力》一課的創(chuàng)新與思考 論文

小學科學《浮力》一課的創(chuàng)新與摘要：本文討論的是教育科學出版社小學《科學》，第三課《浮力》，一課中的教學設計和實驗行性、實驗數(shù)據(jù)的準確性、學生的實際操作等方面，作者進行了幾點改變和思考。同時對根據(jù)課堂教學的實踐，作者對自己的設計進行了反思。關鍵詞：浮力實驗、改進、創(chuàng)新、推壓力計。引言：從《義務教育科學課程標準（2017年版）》在“教學具開發(fā)建議”中提到，科學探究離不開物質(zhì)材料的支持，精心設計的教學具可以幫助學生更好的理解抽象、難懂的科學知識。教具的設計，應著眼于幫助教師向?qū)W生清楚演示抽象、難懂的科學概念。而在設計及執(zhí)教《浮力》這一課的過程中，我發(fā)現(xiàn)課本提供的實驗方法和流程存在一定的不足之處。針對問題和學生的認知特點，按照“探究—研討”的教學方法，如何讓學生做好在探究之前準備、如何運用有“結(jié)構(gòu)的材料”、以及探究的過程中更便捷結(jié)果都是我們希望解決的問題。一、“平衡力”概念的引入和介1.教材中關于“平衡力”的處理本節(jié)課是教育科學出版社小學《科學》，五第五課，前面四課的內(nèi)容，從觀察物體在水中的浮和沉，到物體在水中的浮和沉的影響因素，做了一系列的實驗和解釋。已經(jīng)讓學生對浮力這一抽象的概念有了一定的感受。因此本課從“感受浮力”的角度切入，讓學生通過按壓，感受泡沫塊在水中的受力情況，來對浮力進行描述，從而得到浮力的兩個關鍵詞：“水對泡沫塑料塊產(chǎn)生”、“向上的力”。緊接著課本就給出了：“當泡沫塊靜止浮在水面上時，它受到的浮力，等于它受到的重力，且方向相反”?！捌胶饬Α钡某Ｍ回?，因為學生之前并沒有對物體進行受力分析的基礎，并且對力這樣的抽象概念概念時比較模糊的。但是平衡力是后面測量浮力大小的基礎，十分重要，所以我增加了一些設計。2.我的設計與改進五年級學生已有的知識結(jié)構(gòu)是四年級學習的重力，因此我將此處抽象的平衡力”的概念進行了具象化。我的處理方式是：首先請兩位力氣差不多的“同學上臺進行拔河比賽，在比賽的過程中，讓學生體會，原來靜止不動也有可能是兩邊的拉力大小相等，方向相反；接著請一位同學提一桶水，請同學們根據(jù)剛剛的拔河比賽，推測此時水桶受到的力，以及水桶靜止的原因。3.我的反思（1）通過這兩組實驗，學生能夠很快的理解，泡沫塊受到的浮力與重力大小相等、方向相反。為后面思考“測量浮力的方法”起到很好的鋪墊作用。（2）對于力的三要素：方向、大小和作用點，由于時間問題，對“作用點”這一要素，我選擇了忽略講解，但這樣分析是缺乏科學性的。（3）通過課堂教學實踐發(fā)現(xiàn)，學生在進行該項活動時，所用的時間往往超過預期的3分鐘，這取決于學生對重力這個知識點的記憶程度。因此課前還是應該改做好學情調(diào)查。二、實驗改課本中對于測量浮力的實驗設計部分，采用學生討論的方式開始。學生首先討論：“當泡沫塊壓入水中時，它受到的浮力有變化嗎？”得出有變化的結(jié)論后，接著討論如何“用彈簧測力計測出浸入水中泡沫塑料塊受到的浮力大小”。在教學實踐中我發(fā)現(xiàn)，即使學生已經(jīng)知道了，漂浮在水面的泡沫塑料塊，受到的浮力大小等于重力大小。當我問到“如何測量此時泡沫塑料塊受到的浮力大小？”時，學生仍然是不知道該怎樣進行操作的。他們有的按，有的秤，無法將測量浮力與以往的知識結(jié)構(gòu)掛鉤。因此我對這部分的改進如下：（一）實驗步驟改進我在測量變化的浮力之前，增加了一個學生實驗：設計并測量浮在水面上的泡沫塑料塊受到的浮力大小。并將本實驗代替了課本中測量“小部分浸入水中”的泡沫塑料塊受到的浮力大小實驗。這樣改進的好處是，很多學生會立刻回想起來，剛剛學習的“平衡力”的知識點，從而順利的設計出實驗，得出此時泡沫塑料塊受到的浮力大小。接下來再討論：“如何測量出浸入水中不同體積的泡沫塑料塊收到的浮力大??？”方便學生對知識進行垂直遷移。（二）實驗方法改進1.課本實驗分析課本中在測量“浸入水中不同體積的泡沫塑料塊收到的浮力大小”時，采用的是，使用彈簧測力計加滑輪的設計，對泡沫塑料塊施加向下的壓力。再根據(jù)“浮力大小=重力大小+拉力大小”的式子，以及記錄的實驗數(shù)據(jù)，計算出浮力的大小。圖1：課本提供的實驗方法，圖2：課本出示的實驗記錄表格1在學生得出浮力大小與排開的水量的關系后，統(tǒng)一“浸入水中的多少”這一變量，測量大小不同的泡沫塑料塊完全浸入水中時所受到的浮力大小。圖3：課本出示的實驗記錄表格2如此設計的優(yōu)點是：（1）學生對彈簧測力計的使用方法已經(jīng)比較熟悉；這樣的實驗設計邏輯清晰，既然無法在水下使用彈簧測力計，那就使用定滑輪，改變拉力的方向，按照學生的思路，這一點很容易想到。能夠充分的發(fā)揮學生在設計時主動性。（2）第二組實驗，作為第一組實驗的補充，從兩個角度對浸入水中的體積進行闡述，加深印象。并且學生在熟悉了實驗操作后，再進行實驗，既可以鍛煉學生的操作能力，又能提升學生對于實驗的嚴謹性的認識。但我認為，設計也有不可忽略的問題：（1）拉力的方向問題：這是導致實驗誤差最大的問題。實驗中涉及的三個力分別是重力、浮力以及拉力，這三個力是同一作用點、豎直方向上的三個力。但是在實驗操作中，由于操作難度大，學生不免會出現(xiàn)拉力不在豎直方向上的問題，這對實驗數(shù)據(jù)的影響很大。圖4：實際操作中可能出現(xiàn)的誤差原因示意圖通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，當“理論拉力”的方向與“實際拉力”的方向的夾角越大，拉力的誤差越大。泡沫塑料塊的體積越大，越難達到理論拉力的方向。（2）水對滑輪和繩子的阻力：由于水壓，滑輪在水底的轉(zhuǎn)動有一定的阻力，繩子與滑輪之間也有摩擦力，都會導致實驗的誤差變大。（3）關于表格中“排”，這一實驗數(shù)據(jù)無法根據(jù)課得出?！芭砰_的水量”這一概念指的是排開水的體積，要準確測量排開水的體積，需要用到燒杯、量筒等一系列的儀器。不僅增加了原本實驗的內(nèi)容和難度，還增加了課堂實驗的時間。2.改進思路（1）原理改進：將向下的拉力改為向下的壓力。浮力大小=重力大小+壓力大小。（2）儀器改進：直接使用可以測量壓力的推壓力計，測量向下的壓力。該儀器既可以測量壓力，又可以測量拉力，使用方便，操作簡單，數(shù)據(jù)準確易讀。圖5：推壓力計示意圖（3）實驗記錄表格改進：利用表格里面的圖片和等式，指導學生進行實驗操作和計算。本節(jié)課的目標是根據(jù)觀察，能夠得出“物體浸入水中的體積越大，排開水的體積越大，受到的浮力也越大?！钡慕Y(jié)論因此把“排開的水量””，因為液體是紅色的，提示，學生很容易發(fā)現(xiàn)，水槽內(nèi)液面的上升。然后再通過水平遷移，從液面的上升的原因聯(lián)系到排開水的體積，得到最終結(jié)論。3.我的實驗設計1）實驗原理：靜止在水中的泡沫塑料塊，受到的向上浮力大小，等于向下的重力大小與壓力大小之和。（2）實驗儀器：大小不同的三塊泡沫塑料塊（帶繩子，有序簽）、推壓力計一個，實（3）實驗步驟：①觀看推壓力計的使用視頻，了解使用注意事項。②調(diào)整推壓力計到測量拉力模式，測量泡沫塊的重力。③計算漂浮的泡沫塑料塊受到的浮力大小。根據(jù)此時浮力大小等于重力大小，計算出浮力大小。④測量泡沫塑料塊的一半被壓入水中時受到的浮力大小。調(diào)整推壓力計到測量壓力模式，用壓力計將泡沫塑料塊壓入水中一半（液面至泡沫塑料塊的刻度處）讀取此時的壓力大小。根據(jù)此時的浮力大小等于重力和壓力之和，計算出此時的浮力大小。（由于是同一塊泡沫塑料⑤測量泡沫塑料塊全部被壓入水中時受到的浮力大小。調(diào)整推壓力計到測量壓力模式，用壓力計將泡沫塑料塊完全壓入水中，讀取此時的壓力，計算浮力大小。⑥比較測量的三組浮力的大小，推測影響泡沫塑料塊受到的浮力大小因素，以及浮力大小與燒杯內(nèi)液面高度的關系。⑦重復步驟②和⑤，分別將三塊大小不同的泡沫塑料塊完全壓入水中，測量三塊泡沫塑料塊分別被完全壓入水中時受到的浮力大小。（4）實驗結(jié)果三、實踐和反1.課堂實錄：（節(jié)選）（1）片段一：師：為什么兩位同學同時在使力，卻都靜止在這里？生：他們的力氣一樣大。師：除了力氣一樣大，還有別的原因嗎？生：他們一個向左拉，一個向右拉。師：所以，當兩個力大小相等，方向相反的時候，受到力的不動?，F(xiàn)在你能分析一下，吊著的這個砝碼為什么也是靜止的呢？生師：如果我剪斷繩子，會怎么樣？為什么？生：因為砝碼受到了重力。還有繩子的拉力，并且拉力和重向相反，所以砝碼不動。（2）片段二：師：現(xiàn)在你能測出你們桌上的泡沫塊，浮在水面時受到的浮樣測量？生：測量它的重力，就等于浮在水面的浮力了。師：為什么？生：因為它靜止了，和剛剛的砝碼一樣，但是沒有繩子，有樣的。（板貼：浮力，重力，靜止=重力）師：好的，那你來試一試吧。生：上臺演示（希沃：實時拍攝實驗過程）（3）片段三：師：只要是完全浸沒的物體，受到的水的浮力都一樣大嗎？生：不一定。師：我現(xiàn)在有三塊大小不同的泡沫塊，把他們完全浸沒在水浮力一樣大嗎？生：不是。師：誰受到的浮力會最大？請在圖片上標出它們受到的浮力大小的順序。生：進行預測。1號最大，3號最小。師：為什么？生：1號的體積最大。師：泡沫塊受到浮力的大小與是否完全浸沒無關，而是與泡體積有關。泡沫塊浸入水中的體積越大，受到的水的浮力越大?，F(xiàn)在你能解釋，為什么完全浸沒的泡沫塊受到的浮力更大了嗎？生：一塊泡沫塊，當他完全浸沒時，泡沫塊浸入水中的體積時要大，所以受到的浮力更大。2.問題與反思：（1）由于時間問題，這堂課我沒有完成第二個探究實驗，而是把探究改成了判斷和分析。造成這個問題的原因有：①預設的時間不合理，比如我預2分鐘左右，但學生操作，由于是新的儀器，學生不熟練，需要指導，因此耽誤了時間。②由于對于學情調(diào)查的不夠全面，提出的問題對學生來說如：從拔河到吊著的砝碼的受力分析，學生很容易想到繩子的拉力，知識點，由于時間太久，需要引導；從液面升高到排開水的體積的轉(zhuǎn)學生數(shù)學課的知識點，對學生來說遷移也需要一定的時間。③課前沒有進行有效的分組安排，導致有的小組實驗時比的時間。（2）本節(jié)課我使用的“有結(jié)構(gòu)的材料”主要是四個：帶繩子和標志線的泡沫塑料塊、被染紅的水、帶初始水位線的水槽和推壓力計。從教學效果來看，這四個材料都起到了我預設的作用。尤其是推壓力計的使用，大大降操作難度，并且讓數(shù)據(jù)變得準確。水槽上的“初始”貼紙，能夠很好的示學生注意觀察水槽內(nèi)液面的變化。除了以上材料，通過查閱資料我校采用了“具支量杯”來測量排水量，這樣既簡便又準確的實驗器具，能夠在增加實驗科學性和準確性的同時，給學生提供更加科學的概念。（3）在這新舊教材交替的時間節(jié)點上，上了舊版教材的這么一節(jié)課，既是對自己過去的教學的總結(jié)，也是對未來教學的探究。從2017版《義務教育科學課程標準》和已經(jīng)更新的1-4年級新教材來看，未來科學教學主體性得到了更多的發(fā)揮空間，但這并不是壓制教師的主導性。在我教師的引導作用變得更加的重要了。所以在本課的教28分鐘的時間給學生做實驗、分享和研討，盡量做到“不干涉的引導”。這也是我在探尋，如何帶領學生像科學家一樣，“做科學參考