物理教学与学具制作有机结合

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[摘要]将物理教学与学具制作融合，可使物理知识教学与制作学具相结合。不同于以往的物理学具制作，这是用学具制作支撑整个课堂教学，是提升探究能力，将物理教与学整合的最佳方式。

[关键词]初中物理；学具制作；教学相长

物理教学是以观察和实验为基础的一门学科，对培养中学生科学素养起着至关重要的作用，如何将教学与实验有机结合，让实验教学大放异彩，是值得教师深思的问题。以往的物理实验课学生往往是阅读说明书，机械操作完成既定的实验过程，得出教材提供的结论，学生只能是被动地操作器材，对提高探究能力作用微乎其微。而将物理教学与学具制作融为一体,学生带着问题制作学具的优点显而易见,在这种学具制作过程中会产生很多问题，让学生带着问题探究，能激发他们的探究意识，有利于提高物理教学效果。

一、学具制作让“教”有的放矢

《浮沉条件及其应用》这节知识是八年级物理教学的难点,以往的教学是为学生演示不同物体在水中上浮、悬浮、下沉，进行受力分析得出物体的浮沉条件，然后在解题应用时，一部分学生记不清浮沉条件，一部分学生忘记判断状态就乱用公式。为了更好地让学生理解浮沉条件,我让学生在体验中不断制作能实现浮沉的器材。学生准备的器材有:矿泉水瓶（500ml带盖空瓶）、口服液小瓶（带软盖空瓶）、盐（500g）。教师准备的器材有:烧杯（1000ml）、足够量的水。情境导入:空小瓶漂浮在水面上。提出问题:将浸没水中小瓶松手后，最终能在水中哪些位置停留呢？学生两人一组动手实践。有向小瓶中加水改变小瓶重力的，也有向小瓶中加盐改变小瓶重力的，盖好瓶盖的小瓶浸没水中，松手后有的直接沉入水底,有的能够浮出水面,最终漂在水面上。接下来学生就想让小瓶浸没水中松手后在水中停留，既不露出水面，又不碰容器底。这可难住了大部分学生，他们反复改变小瓶中物体的质量，不断尝试、认真交流、逐步改进。当让学生总结这一实践活动的收获时，学生们抢着发言，效果很好。学生一：我们小组是通过改变装入小瓶中水的多少来改变小瓶的重力，带盖空小瓶浸没水中松手后会向上运动，最终静止在水面上；将装满水的小瓶盖好瓶盖，浸没水中松手后，小瓶会向下运动，最终停留在烧杯底部。我们并没有实现小瓶在水中停留，相信时间足够，我们一定能调整好小瓶的重力。学生二:我们小组是改变装入小瓶中盐的多少来改变小瓶的重力，多次改变小瓶重力后，小瓶实现了在水中不同位置停留。但我们认为这样效率太低，如果器材足够的情况下，我们可以用量筒测出小瓶体积，计算出浮力。再用天平测出不断加减盐后小瓶的重力，或者用注射器不断给小瓶注水、抽水也可以提高效率。学生将所描述的几种状态进行归类和受力分析，小瓶向上运动过程叫上浮，是非平衡态，只受重力和浮力作用，因此上浮的物体浮力大于重力；小瓶静止在水面上叫漂浮是平衡态，依据二力平衡知识可知漂浮的物体浮力等于重力；小瓶向下运动过程叫下沉是非平衡态，浮力小于重力；最终沉在烧杯底部静止是平衡态，小瓶还多受到一个支持力，受力平衡，浮力加支持力等于重力。若小瓶在水中停留，则浮力刚好等于重力叫悬浮。同一个小瓶重力不变上浮后漂浮，分析两次浮力不同的原因，小瓶上浮过程排开液体体积等于物体体积(V排=V物)，漂浮在水面上时排开液体体积等于物体体积(V排<V物)，排开水的体积变小了，依据F浮=ρ液gV排，液体密度不变，浮力变小最终等于物体重力时实现漂浮。悬浮和漂浮都是浮力等于重力，然同一物体两次因排开液体体积不同而导致浮力不相等。

二、学具制作让“学”成果可见

前面我们是向小瓶中加减液体水或固体盐来改变小瓶重力，或改变液体的密度来改变小瓶浮力，可不可以人为控制小瓶吸水、排水？实现上浮、悬浮、下沉呢？学生进行多种尝试。有的将小瓶开口朝上放入装有水的矿泉水中，小瓶漂浮，盖好矿泉水瓶盖，用力挤压矿泉水瓶身；也有将小瓶装入部分水后，开口朝下放入装水的矿泉水瓶中的。学生三:我们成功制成了人为控制吸水或排水的小瓶，实现上浮、悬浮、下沉，我们的设计思路是通过挤压矿泉水瓶，让矿泉水瓶中气体压强大于小瓶内气体压强，水就会在气体压强作用下压入小瓶，改变小瓶的重力。可以通过控制挤压小瓶的力度，实现小瓶的上浮、下沉、悬浮。开始，我们是把小瓶开口朝上放进矿泉水瓶中，挤压瓶身后，小瓶沉入水底无法再上升。考虑气体密度小，若倒置小瓶放入水中则气体会在小瓶上方封存，这样尝试并改变着小瓶和矿泉水瓶中的水量。当我们让小瓶中水占小瓶容积二分之一，矿泉水瓶中水占矿泉水瓶容积三分之二时效果最好，不用太大的力挤压矿泉水瓶身，就能改变小瓶重力。要想小瓶装水后开口朝下，水又不流出，可将矿泉水瓶倾斜近似于水平时快速放入，大气压的作用让小瓶中的水不再流出。学生四:潜水艇就是通过改变自身重力来实现上浮、悬浮、下沉的，我们新做的学具就叫“潜水艇模型”好了。当用力挤压矿泉水瓶瓶身时，矿泉水内气体压强变大，水被压入小瓶中，小瓶重力变大，重力大于浮力下沉；松手后，矿泉水瓶内气体压强变小。小瓶中压缩的气体将水排出一部分，小瓶重力小于浮力上浮；掌握好挤压矿泉水瓶瓶身的力度，我们就能顺利实现悬浮，也就是小瓶重力刚好等于浮力。对于潜艇我们要了解到它有很多个水柜，当潜艇下潜时向水柜中注水，使潜艇重力大于浮力，当潜艇上浮时利用压缩空气的方法将水柜中水排出一部分，潜艇重力小于浮力而上浮。当水柜里的水量保持不变时，潜水艇在水下某一深处是处于悬浮状态而不是沉底。这样制作学具的过程中学生通过实践发现问题，尽可能多地调动了学生的知识储备。如利用前面学习的“阿基米德原理”F浮=ρ液gV排，改变液体密度，或改变物体排开液体的体积来改变浮力；“大气压强”的知识，瓶内气体压强与体积的关系；“二力平衡”的知识，平衡态受力分析、非平衡态受力分析，运动和力的关系等，几乎融合了八年级下学期物理前四章的知识。在不断改进设计方案，解决问题的同时，潜移默化地提升了学生实验探究的能力。

三、学具制作让教学相长

为了让教学与学具制作相辅相成，就要求教师课前多思、多研究、大量查阅资料，尽可能多地做出预备方案，教师的动手能力、探究能力都将得到大幅度提升。教师的能力提高会促进学生能力的提高，学生在教师引领下制作学具，通过不断地思考、提问、交流、调整方案，探究能力也将不断提高，学生的能力提升必然也要求教师有更高的教学能力。改变以教定学的方式，换成以学定教，教师要调整好自己的状态，同时关注学生的学习状态，以达到教学相长的目的。在制作“潜水艇模型”时，有一组学生出现了这样的问题:小瓶之前还能在用力捏矿泉水瓶身时实现自由浮沉，玩了几次后小瓶沉入水底再也无法上浮。学生问为什么，于是我让学生场景再现，看他做了什么才导致这样的结果。他一个动作(矿泉水瓶正立、倒置反复两次)就让我明白为什么会有小瓶沉底不再起浮的现象，我让同学们跟着讨论分析原因。认真观察的同学也发现了问题后,快速要求发表见解:他不应将矿泉水瓶倒置，因为矿泉水瓶倒置后,小瓶由原来的开口朝下变成开口朝上，瓶内原有的气体密度小于水,会向上运动，所以我们在这个过程中会看到有气泡产生，就是小瓶中的气体从瓶中跑出,小瓶中的气体越来越少,水不断进入小瓶，最后小瓶中气体排尽，小瓶的重力大于所受浮力，只能沉入水底,因此再也无法通过挤压矿泉水瓶瓶身实现上浮了。在教学中我和学生一起带着问题制作学具，从实际问题入手，在解决问题中不断调整方案，物理知识在学生的主动探究中获得，物理课的“教”不再是难懂的理论知识，而是在不断调试的学具制作中“悟”出的真理，在提高学生学习物理兴趣的同时，更能提高学生的探究能力，动手实践操作能力。学生利用身边常见物品来自制学具能让学生体验物理来源于生活又应用于生活的特点,从而关注生活中物理知识的应用，探究意识逐步提升。

参考文献:

[1]麻武.兴趣视角下初中物理教学实践的有效尝试[J].读与写(教育教学刊),2017(04).

[2]王思华.初中物理教学中学生有效性学习的探讨[J].新课程(中学),2016(03):119.

作者:佟秀娟 单位:黑龙江省嫩江市第一中学