阿基米德的原理教學(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，直接用演示實驗得出結(jié)論，缺乏學(xué)生猜想、設(shè)計實驗驗證的環(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
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)生動手實驗活動去體驗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)，進而自然過渡到實驗設(shè)計的環(huán)節(jié)，再通過學(xué)生實驗得出結(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驗器材，需要學(xué)生動手實驗，學(xué)校有專用物理實驗室和本實驗需要用到的實驗器材，學(xué)生用的實驗器材包括：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)生實驗器材有16套，實驗桌16張，而班級人數(shù)是51人，分16個實驗小組，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行分析。
學(xué)生頭腦中存在著關(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(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)驗會促進新知識的學(xué)習(xí)，例如，許多學(xué)生有過游泳經(jīng)驗以及在河里、海里或游泳池里從淺水區(qū)走向深水區(qū)的經(jīng)驗，知道“曹沖稱象”的故事，這些經(jīng)驗知識會有利于學(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會，暴露學(xué)生自己原來的觀念，并給予學(xué)生驗證猜想的機會。
四、教學(xué)策略設(shè)計
首先創(chuàng)設(shè)問題情境，用實驗手段讓學(xué)生認(rèn)識下沉的物體也受浮力。然后在學(xué)生動手實驗的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗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驗的基礎(chǔ)上去驗證猜想，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)生分組進行實驗設(shè)計和實驗操作去檢驗這一假設(shè)。在教學(xué)的各個環(huán)節(jié)中，教師要促進學(xué)生主動地思考并給學(xué)生討論、交流的機會。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：為什么人可以浮在水面上？下沉的物體是否受浮力？
教師演示實驗：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，雞蛋會上浮。在動手及觀察體驗的基礎(chǔ)上并結(jié)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，同時讓學(xué)生說出猜想的根據(jù)，歸納出有待驗證的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?jǐn)偟讲煌男〗M，每小組只驗證其中的一個猜想。實驗過程中教師要提示學(xué)生如何控制變量。驗證猜想的方法有：
a．利用“稱重法”測量浸沒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。
利用已有知識進行推導(dǎo)，∵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(shè)：浮力的大小等于排開液體的重力。
�、輰嶒炘O(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”來討論實驗方案的設(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=ρV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．實驗操作
指導(dǎo)學(xué)生進行實驗。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，并在實驗操作時要保證物體排開的水沒要全部進入小桶中。指導(dǎo)學(xué)生并根據(jù)自己的實驗方案，進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)。
7．分析論證
學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行分析，得出實驗結(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、討論實驗過程中存在的問題和收獲，分析實驗操作上的錯誤和實驗結(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)生表達對諸如“影響浮力大小的因素是什么”等問題的看法的機會，對學(xué)生自己提出的設(shè)計實驗方案鼓勵性評價；還可以提供評價表（表1）讓學(xué)生進行自我評價和小組評價。
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