《浮力阿基米德原理》的归纳法教学

这里所说的“归纳法”教学，是指“讲一种现象，然后再给出其理论解释”的教学方法。比如讲“闪电”，先是给出“闪电”这一现象，然后引导学生根据自己的理解给出解释。与“归纳法”相反的教学方法是“演绎法”，即先学习某些电学理论，然后再用这些理论来解释闪电等诸多有关电现象。在两种教学方法的对比中，我们可以看出“归纳法”在实施新课标理念方面的优势：因为是先给现象，后给解释。学生在教学中互动性强，兴趣高涨，思维活跃。所以“归纳法”教学可以改变学生单纯地接受知识传输的学习方式，帮助学生形成一种对知识的主动探求，并重视解决实际问题的积极的学习方式。从而有效地开展源于课本而又高于课本的自主性学习。

下面笔者就以“浮力阿基米德原理”教学课为例，谈谈对“归纳教学法”的一些尝试：

【教学过程】

一、情境导入，问题驱动

1．教师出示两个等大的小球：一个为白色乒乓球，一个为黑色铁球。

设问1．1　把两个小球浸没在水中，会看到什么现象？（学生回答）

实验一实验演示，验证学生的回答。

设问1．2　为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？

学生猜想1．1　乒乓球更轻，铁球更重。

学生猜想1．2　轻的物体都会浮上来，重的物体都会沉下去！

教师将学生的猜想稍作整理后写在黑板上。

教师：刚才有的同学说了乒乓球会上浮的原因是乒乓球更轻，铁球更重则下沉；有的同学交流讨论后还总结出了“轻的物体都会浮上来，重的物体都会沉下去”这一“规律”。

设问1．3　是不是“重的物体一定会沉下去，轻的物体一定会浮上来？”

2．学生实验

教师：下面注意你们桌上的小铁块和木块，你们用弹簧秤分别称一下它们的重量后都浸在水中，可以得出什么结论？

实验二学生实验后笑着否定了猜想1．1和猜想1．2。

教师：同学们通过实验否定了上述自己的猜想。物体“浮起来”还是“沉下去”与物体的重量无关。实际上，一个完全不会游泳的人跳到深水里会怎样（学生笑着回答）？但根据你们语文课本上的“死海不死”知识，他跳到“死海”里却是另一番情景了。（后记：学生对语文这一不同学科的知识迁移很有兴趣）。

出示课件“死海不死”，引导学生观看课本插图。

教师：为什么人在“死海”中“不死”及“为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？”这就是我们本章所要讨论的话题──“浮力阿基米德原理”。

二、引导学生定性研究浮力

指导学生做“称重法测浮力”实验。

实验三学生做“称重法测浮力”实验，教师指导。

设问2．1　刚才同学们实验时有两种不同的测试步骤：先在空气中测铁球重量和先在水中测铁球重量。这两种做法有什么不同，有什么后果？

引导学生思考，解决学生实验中存在的错误。

设问2．2　铁球在空气中和水中时，弹簧秤的示数变化说明了什么？你能试着得出什么结论？

学生猜想2．1　在水中的铁球受到了一个向上的力。

学生猜想2．2　在水中的铁球变轻了。

引导学生由G＝mg＝ρgV证明猜想2．2的不正确性；请出支持猜想2．1的同学来说明理由。

用受力分析来引导归纳浮力的定义，再由此引导出F_浮＝G－F′。用平衡力的知识，明确浮力的作用点和方向。教师由F_浮＝G－F′引出的实验是用弹簧秤两次称重量法求浮力，给出“称重法”求浮力的定义。

三、对影响浮力大小因素的探讨

教师：我们现在来研究浮力的另一因素：浮力的大小，看看浮力的大小与哪些因素有关？

实验四（溢水杯盛满水，水面上有一空金属盆，溢水口处下方置一烧杯，如图1所示）往空盆中逐渐加入小石块，可看到溢出的水越来越多。

学生（看到石块越多，物体越重却未下沉，则说明浮力越大）交流、讨论。

猜想3．1　物体的重量（质量）越大，浮力越大；

猜想3．2　浮力的大小与浸没的体积有关；

猜想3．3　浮力的大小与物体排开的水的体积有关。

教师：这个实验是历史上“曹冲称象”的简单模型（讲述“曹冲称象的启示”）。刚才同学们的猜想3．1的浮力的大小与物重有关，是不是这样呢？不同猜想的支持者相互讨论一下，然后自己动手做一下实验。

实验五（学生实验）

（1）逐渐用手向下按木块，观察溢水量，同时体会这只手的感觉（如图2所示）。

（2）两个一样大小的小球（一个为铁球，一个为橡皮泥球），“称重法”比较两者浸在水中所受的浮力的大小。

引导学生归纳（否定学生猜想3．1）浮力的大小与物体的质量无关，而与排开的水的多少有关。

四、浮力大小定量分析

教师：我们已经知道，浮力的大小与排开的水的多少有关，到底是什么关系呢？下一个实验要研究这一问题的，有两个小问题：（1）浮力的大小；（2）排开水的多少（如何衡量多少？）。

设问4．1　请同学们看看，①需要哪些实验器材？②实验步骤如何设计？

学生交流讨论，教师提示：①称重法测浮力实验的步骤可不可以颠倒？②如何测水的多少？

在教师的引导、启发下学生选定器材，制定实验方案。

学生的选用不同的器材方案：①选用了量筒；②选用了天平；③系好了绳子的小烧杯。

两种略有不同的实验方案：一种为以m_排水、G_排水来衡量水的多少，另一种为V_排水来衡量水的多少。

实验六浮力的大小与排开的水的多少的关系研究。

学生实验，教师在旁指导。（后记：大部分学生是用Ｇ排水来衡量水的多少，且他们是用量筒测体积，利用了公式G_排水＝ρ_水gV_水）实验结果：

①浮力F的大小与V_排水成正比；

②浮力F的大小与m_排水成正比；

③浮力F＝G_排。

引导学生从浮力的方向、大小对前面的实验结果进行归纳、小结：

A．浸在水（液体）中的物体受到竖直向上的浮力；

B．浮力的大小等于被物体排开的水（液体）受到的重力的大小。（即阿基米德原理）

五、气体的浮力（略）

六、小结（逐一回顾学生的各猜想）

1．小结：在本节课，我们学到了什么？可以解释什么问题？

2．根据本节课探讨的内容，你对我们黑板上的哪些猜想能得到证实或明确排除？

3．本节课中老师的哪些问题用本节课的内容还无法解决？

教师：对于“为什么乒乓球会浮上来，铁球会沉下去？”。我们现在无法解答，这将是我们后面所要讨论的话题──物体的沉浮条件。请同学们课后自己去交流、讨论、预习一下。

七、作业（课件、实物同时出示）一个两端开口的矿泉水瓶倒立，置一乒乓球（如图3）。一手悬空拿住瓶子，一手往里面快速注入水，乒乓球会怎样？如果用手托住（堵住）瓶口，乒乓球又怎样？自己回去之后反复多做几次，把你的观察到的现象记录下来，同时再查资料试着用自己的语言去解释一下，写一篇小论文。

结束语　这次作业的内容将是我们下节课讨论的问题：“浮力产生的原因”。

【教学设计说明】

长期以来，教师们对物理课都是采用“理论──现象──例子──练习”这一模式，很少有学生参与的空间。由于教师是先给出一个理论（这个理论常常是无可厚非的），再给出现象让学生解释。这样会窒息学生“提问题”的意识和“质疑”意识，不利开展研究性学习和学生自主探索学习。

本节课的教学设计注重培养学生的“质疑”意识、同学间的合作交流能力和自主探索学习能力。

1．本节课采用“边讲边实验”的教学形式。课堂上对于学生有条件做的实验都安排了学生实验，对于一些重要的实验现象还用课件来强调。一方面注重学生的动手能力和观察能力的培养，另一方面让学生明白：“我为什么要做这个实验，做这个实验有什么用”。本节课安排了6～7个实验，每一个实验都有它明确的目的：要么是用来判断“学生猜想”的正误，要么是用来探索规律的。尤其是在学生自主探索中，实验起到了举足轻重的作用，这不是多媒体课件和教师讲解所能取代的。

2．有效地营造了学生的合作、交流、讨论氛围。本节课的教师设问，都引发了学生猜想。学生在合作、交流中支持某一观点达成共识，又与另一猜想的支持者发生争论。比如在讨论“浮力的大小与什么因素有关”时，支持“与物重有关”和支持“与排开的水的多少”、“物体浸没的体积”的两组就有激烈的争论，最后由实验五的A、B两实验验证后又归于讨论。同时，本节课鼓励学生猜想、学生实验，使每一个学生都有事可做，每一种声音都有反馈。顾及了全体学生的参与性。

3．激发学生思考的火花。本节课在实验的设计，方案、器材的选取上都给了学生思考余地。比如实验六，接收溢水杯排出的水有的同学想到用量筒（而不是书上的“用细绳系好的烧杯”），使实验大大简化；且在这个实验上，学生的设计方案多种多样（虽然有些不尽合理），包括实验的结论五花八门，很好的再现了科学家们艰难的真理探索之路。

4．让学生带着问题走进课堂，又带着问题走出课堂。本节课是以教师的设问1．2为问题驱动、引导学生进入课堂，但要到学了本章第三节“物体的沉浮条件”后才能解决。同时“作业”的布置又是下一节课“浮力产生的原因”的引导素材。以“问题”驱动教学，虽有本节课未解决的问题，却未显拖沓而有“启后”之感。不过，本节课对于基础较差的班级来说，实施上有一定的难度，需要长期积累，在设问方面应给予足够的引导和较小的梯度。