时间：2023-09-29 05:18:21
新课程理念要求教学过程不仅是学生的认知过程，而且是学生心理体验的过程，亲身经历更是师生间相互交流、相互促进的过程。为此，本课中“能对物体的沉浮作出预测，并用实验的方法验证猜想”是教学重点，又因为五年级学生的空间想象力和抽象思维能力处于初级阶段，他（她）们没有学过具体的物质的密度、比重等物体沉浮的内在科学概念，很难把物体沉浮现象与以上要素联系起来，所以本课的教学难点可以确定为：学会用切分和叠加物体的方法研究沉浮变化。
根据教材内容特点，学生学习实际，为了更好地实现教学目标，突出重点，突破难点，本着以学生为主体、教师为主导、探究为核心的理念，进行如下设计：
一、创设情境，设疑导标
于漪说：“上课的第一锤要敲在学生心坎上，或像磁石般把学生的心牢牢吸引住”，教师在教学开始就要激活主体，让学生产生强烈的求知欲，因此，在导入环节，可为学生播放动画：潜水艇在水中自由沉浮的画面，学生感受沉浮的奇妙，产生探究的欲望，进而为接下来的活动奠定了基础。
二、亲历实践，自主探究
《全日制义务教育科学课程标准》指出：“科学学习要以探究为核心，探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习科学的主要途径。”为了在教学中注重引导学生开展多种形式得学习活动，在突破重、难点上，可以设计三个探究活动。
活动一：观察物体的沉浮
教学伊始，可以让学生回忆曾经看到过的物体沉浮情况，了解学生的经验，然后出示砖块，演示轻轻放入水中，观察它的下沉过程，板书：沉；再演示木块轻放水中，观察后板书：浮；最后出示塑料，先请学生猜测沉浮情况，再观察轻放塑料块在水中的沉浮状况，并指导像塑料块这样，只要放入水中不沉入水底，都属于浮的情况，此活动设计的目的意在通过简单的观察活动，确定判断物体沉浮的标准，同时掌握正确的操作方法（把物体轻放水里，而不是把物体扔进水中，也不是放在水面），学生通过猜测、验证，对塑料块的沉浮有了一定的认识，既复习了沉浮的标准，又为下一步的观察活动做了铺垫。
活动二：观察更多的物体是沉还是浮
爱因斯坦说：“发现一个问题比解决一个问题更有价值”，在明确了观察沉浮的方法和标准后，可以引导学生再来观察更多物体的沉浮情况，教师要为学生准备多种有结构的材料（有容易判断的，也有较难判断），首先请学生猜测这些材料在水中的沉浮，并把预测结果和理由记录。之后再通过实验验证，还要比较预测与实验结果的异同，学会分析这是为什么？最后引导全体学生交流讨论，大胆发表见解。这个环节的设计意在引导学生根据已有的生活经验进行预测、验证，使学生对沉浮判断的初始概念与实验结果产生冲突，从而使学生发现问题并解决问题，这样的探究活动，既是科学研究的重要环节，更是调动学生思维的必要条件。
活动三：观察同种材料构成的物体在水中的沉浮规律
在这个活动设计中，首先提出问题：橡皮在水中是沉的，萝卜在水中是浮的，把它们切成一半大小，它们在水中的沉浮会有变化吗？如果继续切得更小，又会怎样呢？引导学生带着这样的问题猜测―实验验证―表达交流―得出结论。在学生实验操作前，教师要提醒学生使用刀具时注意安全，学生小组合作时，教师认真巡视：发现表现好的小组、学生遇到的问题等，及时地加以指导点拨；学生汇报时，组织其他人用心倾听，及时补充或提出不同的见解，培养学生倾听、评价的能力，以达到课标要求。此环节设计的目的意在通过推测、验证、讨论，使学生有更大的自主学习的空间，并对沉浮因素有了自己的认识，学生通过多角度的观察与证明，训练了逻辑思维能力，又较好地突破了本节课的教学重、难点。
三、巩固应用、拓展延伸
延伸与拓展是为了让学生学以致用，培养自主参与探究的能力，而且科学《课标》指出“科学课不应该把上下课的铃声作为教学的起点和终点，而是要延伸到课外，走向生活”。因此，在本课的最后，可以用课件出示形成性练习题，对教学重、难点进行总结，易于学生理解内化；再引导学生课后探究“沉浮与哪些因素有关”。设计意图在于通过学生对习题的挑战，达到巩固新知的目的，通过课后继续探究，使学生保持对科学学习的兴趣，落实《课标》倡导的理念。
一、考虑不周
例1.一艘轮船从河里开到海里，是下沉一些还是上浮一些？为什么？
错解：由于海水的密度比河水的密度大，轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大，因此轮船在海水中比在河水中要上浮一些。
剖析：上述错解错在只看到了问题的一个方面，仅凭海水的密度比河水的密度大，便得出轮船在海水中受到的浮力比在河水中受到的浮力大，这是片面的。事实上物体受到的浮力大小不仅与液体的密度有关，还与物体排开液体的体积有关。轮船从河里开到海里，会导致上述两个因素都发生变化，因而不能仅用阿基米德原理简单地比较浮力的大小。
正解：在轮船从河里开到海里的过程中，它受到的重力不变，根据物体的漂浮条件易知，轮船受到的浮力等于轮船的重力，因此轮船受到的浮力不变。根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g，由数学知识可知，当浮力F浮一定时，V排与ρ液成反比。因为海水的密度大于河水的密度，因而轮船从河里开到海里，轮船会上浮一些。
二、原理不清
例2.一潜水艇在水下潜行，它先下沉再上浮，但始终在水面下。两种情况下潜水艇所受的浮力哪一次大？请你说出其中的道理。
错解：潜水艇上浮时受到的浮力大。这是因为潜水艇所受的重力是一定的，它之所以能够上浮，是因为它受到的浮力大于重力，下沉时它受到的浮力小于其重力。故此可知，潜水艇上浮时受到的浮力大。
剖析：上述错解错在对潜水艇浮沉的原理不理解。潜水艇的上浮与下沉是靠改变自身的重力来实现的，由于潜水艇的体积不变，只要它没有浮出水面，它所受的浮力也就不变，它的重力大小是由两侧水箱的水量来调节的，这样就可确保潜水艇既可以上浮、下沉，还可以悬浮在水中。
正解：两种情况下潜水艇受到的浮力相同，因为两种情况下潜水艇排开水的体积相同。
三、生搬硬套
例3.有一桥墩浸在河水中的体积为50 m3，则该桥墩所受的浮力为多少？
错解：根据阿基米德原理F浮=ρ液V排g有：F浮=1.0×103 kg/m3×50 m3×9.8 N/kg=4.9×105N。
剖析：上述e解非常普遍，究其原因是由于对浮力的实质理解不透，生搬硬套阿基米德原理。产生浮力的实质是：浸在液体中的物体受到向上和向下的压力差。由于桥墩是打入河底的，其与河床的土壤或土壤下的岩石层是紧密接触的，不受水向上的压力，因而也就不受浮力。
其实由于桥墩都是下粗上细，不仅不受河水的浮力，还会受到河水对其向下的压力，正是因为如此，才使得整座桥稳稳地立在河面上。
正解：桥墩所受的浮力为零。
诸如此类的问题还有：（1）底部开孔的开口容器，在底孔中塞入软木塞，然后倒入水，此时软木塞是否受到浮力？（2）将蜡烛底部熔化安在容器的底面，然后向容器中缓慢倒入水，使得蜡烛浸在水中，此时蜡烛是否受到浮力作用？
四、分析不全
例4.一个空心铜球与一个木球质量相等，投入水中后，则两球所受浮力的大小关系是（ ）
A.木球受到的浮力大
B.铜球受到的浮力大
C.两球受到的浮力相同
D.难以确定
错解：A（或C）。
剖析：有些同学之所以会误选A，是由于习惯地认为木球漂浮，铜球下沉，忽视了“空”的含义。有些同学会误选C，则是由于将空心铜球判定漂浮所致，仅凭“空”字就将铜球判定为漂浮是不准确的。铜球在水中究竟是处于漂浮、悬浮还是下沉，应根据物体的浮沉条件进行判断：当ρ球>ρ水时，铜球下沉；当ρ球=ρ水时，铜球悬浮；当ρ球
正解：D。
五、主观臆断
例5.有一边长为10 cm的正方体铁块，浸没在桶里的水中，铁块受到的浮力是多少？
错解：铁块在水中下沉到与桶底紧密接触，其下表面不受水向上的压力，因而铁块所受的浮力为零。
剖析：题中并没有告诉我们铁块与桶底紧密接触，在客观上也不一定是紧密接触，因此认为铁块与桶底紧密接触纯属主观臆断。
正解：F浮=ρ水V排g=1.0×103 kg/m3×0.13 m3×9.8 N/kg=9.8 N。
六、乱套结论
例6.有一充气薄壁橡皮球，自水池底上升，皮球自池底上升至露出水面之前所受浮力情况是（ ）
A.逐渐增大 B.逐渐减小
C.不变D.无法确定
错解：C。
剖析：上述错解的原因在于没有从具体情况出发，乱套“物体所受的浮力与其浸没在液体中的深度无关”这一结论。其实“物体所受的浮力与浸没在液体的深度无关”是有条件的：一是液体密度不随深度改变；二是排开液体的体积也不随深度改变。而题中皮球是充气薄壁橡皮球，其在水面下上升，其在所处的水的深度减小，由液体内部压强公式p=ρgh可知，皮球所受的压强减小，皮球会膨胀，导致其体积增大，即V排增大，则由阿基米德原理F浮=ρ液V排g易知，皮球所受的浮力增大。
正解：A。
七、错误联想
例7.当物体浸没在液体中的时候，它所受到的浮力与浸入的深度有关吗？
错解：由于液体内部的压强是随着深度的增加而增大的，因此浮力的大小也随着物体浸入深度的增加而增大。物体浸入液体内部越深，所受的浮力也就越大。
剖析：上述错解的原因在于没有弄清楚浮力的物理意义，将前面学过的压强公式p=ρgh与浮力公式F浮=ρ液gV排混淆在一起，没有弄清楚两个公式的区别，产生了错误的联想。
正解：当物体全部浸没在水中时，它所受的浮力与物体浸没在液体中的深度无关。这是因为此时物体上、下表面所受的压力差不变的缘故。
八、脱离实际
例8.一个体积为0.05 m3的救生圈，重为9.8 N，问它在水中能否使体重为500 N的人不致沉没？
错解：因为救生圈所受到的最大浮力为F浮=ρ液V排g=1.0×103 kg/m3×0.05 m3×9.8 N/kg=450 N。
救生圈所能承受向下的力为F=F浮-G圈=490 N-9.8 N=480.2 N。
因为救生圈所能承受向下的压力480.2 N小于人的体重500 N，所以人会沉没。
1.科学概念
改变物体排开的水量，物体在水中的沉浮可能发生改变。钢铁制造的船能浮在水面上，原因在于它排开的水量很大。
2.过程与方法
用刻度杯测量橡皮泥排开的水量。把橡皮泥制作成不同的形状，使之能浮在水面上。根据橡皮泥排开的水量，做出沉浮判断。
3.情感、态度、价值观
认识到认真细致地采集数据的重要性。在探求原因的过程中，懂得证据的重要性。
二 教学重点
改变物体排开的水量，物体在水中的沉浮可能发生改变。
三 教学难点
认识到认真细致地采集数据的重要性。
实验器材：水槽8个，不溶水的橡皮泥若干块，刻度杯8个，记录表8份。
四 教学过程
1.观察实心橡皮泥的沉浮
情境导入：铁块在水中是沉的，而钢铁制造的轮船为什么能浮在水面上，还能装载货物呢？这节课我们以橡皮泥为研究对象，想办法让橡皮泥在水中浮起来，并探索其中的原因。
师：老师这里有一块实心的橡皮泥，如果把它放入水中，你们猜它是沉的还是浮的？（教师做演示实验，学生仔细观察。）
师：把一块橡皮泥做成各种不同的实心形状，放入水中，观察它的沉浮。（四人小组合作观察）
思考：橡皮泥的形状改变了，它的轻重改变了吗？体积改变了吗？
汇报交流：（预设：学生对橡皮泥的体积是否改变无法确定。）
讨论：我们能不能想办法测量各种不同的实心橡皮泥的体积？
小结，引出概念：我们把物体在水中排开水的体积叫作排开的水量。排开的水量=物体放入水中后水面刻度-原来量杯中的水量。（大屏幕出示，学生齐读。）
强调说明：排开的水量与我们平时说的排水量是有区别的，前者指的是物体排开水的体积，而后者是物体排开水的重量。
2.测量不同形状实心橡皮泥的体积
第一，明确实验要求：（1）实验前，先观察刻度杯中的水是多少毫升。（2）往刻度杯里放橡皮泥时要轻缓，不要让水溅出来。（3）观察刻度时视线应与水面持平。（4）读数后要及时记录。（5）认真整理分析实验数据，总结实验结果。
第二，小组合作，完成实验并做好记录，见表1。
表1
橡皮泥的形状
量杯里的水量（ml）
放入后水面刻度
排开的水量（ml）
形状1
形状2
形状3
第三，汇报数据，交流发现。
第四，概括实验结果：改变实心橡皮泥的形状，它的重量没变，体积也没有变，因此沉浮状况也不会发生变化。
3.让橡皮泥浮在水面上
讨论以下三个问题：（1）能不能让橡皮泥浮在水面上呢？大家试想想办法，看哪一组先能做出浮的形状（前提是改变橡皮泥的形状，不能有其他添加物）。（2）仔细观察，浮的形状有什么共同特点？（3）讨论：同一块橡皮泥，改变形状后，为什么有的能够浮在水面上？是什么原因使橡皮泥浮起来的？（预设：学生认为橡皮泥能够浮起来的原因可能是浸入水中的体积改变了。）
4.测量橡皮泥排开的水量，探索橡皮泥上浮的原因
第一，明确实验要求及注意事项：（1）向刻度杯倒入300ml水，把橡皮泥做成实心团，放入刻度杯中，观察它排开的水量，做好记录。再把橡皮泥做成能浮在水面上的各种形状，观察它们排开的水量，也记录在表格中。（2）特别提示：在测空心橡皮泥排开的水量时，要轻轻把它往水下按，当按到水即将进入空心橡皮泥时，才能记录它的水面指示刻度。放入橡皮泥前，检查刻度杯中的水是否300ml，如果不足用滴管从水槽中取水补足。第二，小组合作，完成实验并做好记录，见表2。
表2
橡皮泥的形状
量杯里的水量（ml）
放入后水面刻度（ml）
排开的水量（ml）
沉浮状况
实心团
300
沉的形状
300
能浮的形状1
300
能浮的形状2
300
能浮的形状3
300
第三，讨论：从上面的数据中，我们发现了什么？
第四，概括实验结果：沉的形状排开的水量小，即浸入水的体积小，浮的形状排开的水量大，即浸入水的体积大。从上面的数据中我们发现，橡皮泥浮起来的原因在于它的质量不变，而浸入水中的体积增大。
5.拓展实验
沉和浮教学设计
7、马铃薯在液体中的沉浮
课题背景：
影响物体沉浮的因素不仅仅有物体本身的重量和体积(密度)，而且还有液体的密度。学生经历了本单元前六课的学习，了解物体的材料特性会影响它在水中的沉浮状态。本课将展开对影响沉浮状态的另一个变量，即液体进行研究，向学生展示一个新的探索项目。
本课主要研究当物体放置的液体改变了，或不同浓度的液体，对马铃薯沉浮状态是否有影响。调制一杯能使马铃薯浮起来的盐水，可以使学生感知：在液体中溶解足够多的食盐时，马铃薯才能浮起来。在学生的实践中渗透改变液体密度会影响物体沉浮的概念。
教学目标：
科学概念：
1、液体的性质可以改变物体的沉浮。
2、一定浓度的液体才能改变物体的沉浮。
过程与方法：
1.
经历一个的“观察—发现—推测—验证”的科学探究活动过程。
2.
能基于所学的知识，制订比较完整的探究计划，初步具备实验设计的能力和意识。
情感、态度、价值观：
1.
帮助学生形成严谨的思维习惯和良好的实验操作习惯。
2.
在科学探究活动中主动与他人合作，积极参与交流和讨论，尊重他人的情感和态度。
教学重点：
经历一次完整的科学探究活动过程，发现规律，理解液体的性质可以改变物体的沉浮。
教学难点：
在尊重证据的前提下，分析原因，再次观察、实验，以事实为依据作出判断：一定浓度的液体才能改变物体的沉浮。
课时安排：1课时
教学准备:
演示实验：马铃薯，清水，浓盐水，镊子，纸巾。
小组实验：马铃薯、培养皿、镊子、食盐、勺子、塑料片、烧杯、100毫升清水、筷子、记录单。
教学过程:
一、导入
1、情境：光头强如何取出沉在缸底马铃薯的故事。
2、引出本节课的探究主题——马铃薯在液体中的沉浮。
二、活动一：盐水是否能改变马铃薯的沉浮状态
1、问题：盐水能否改变马铃薯的沉浮状态？（分析：盐水能改变马铃薯的沉浮状态）
2、介绍实验步骤
（1）把马铃薯轻轻放入清水中，观察它的沉浮状态。
（2）把马铃薯从清水杯中拿出、擦干，轻轻放入盐水中，观察它的沉浮状态。
3、学生演示实验，其他学生观察实验现象。
4、归纳结论：盐水能改变马铃薯的沉浮状态。
三、活动二：放多少食盐溶解在水中，才能改变马铃薯的沉浮状态
1、问题：食盐溶液要达到一定的浓度才能改变马铃薯的沉浮状态？
2、分组讨论，设计实验。
3、学生发言，表达设计思路。
4、看操作步骤图，整理实验步骤，提示学生需要注意的事项。
①100毫升水
②取1平勺盐
③放入水中搅拌至完全溶解
④用镊子夹马铃薯放入水中
⑤记录马铃薯在水杯中的位置
⑥用镊子从水中取出马铃薯，放置于培养皿中，重复实验。
5、分组实验活动，时间10分钟。
6、实验结束。
①收拾桌面
②上交实验材料
③整理实验结论
7、学生分享交流实验结果。
①放了多少平勺食盐溶解后，马铃薯的沉浮状态开始改变？
②放了多少平勺食盐溶解后，马铃薯开始露出水面？
③我们的发现是：当盐水浓度增大的时候，马铃薯受到的浮力也增大。
8、从实验现象和结果分析盐水浓度和马铃薯受到浮力大小的关系。
四、拓展和应用
1、情境：光头强在没有食盐的情况下，还能取出沉在缸底马铃薯吗？
2、任务：应用课堂上的方法，和父母一起调制糖溶液（或其他），看是否能让马铃薯浮起来。不局限于用糖做探究实验。
板书设计：
7、马铃薯在液体中的沉浮
活动一
发现：盐水能改变马铃薯的沉浮状态。
活动二
发现：当盐水浓度增大的时候，马铃薯受到的浮力也增大。
附件：
活动二记录表
水的量
食盐的量
沉浮情况
100毫升
（
）平勺盐
100毫升
（
）平勺盐
100毫升
（
）平勺盐
实验内容
科学四年级下册第17课《沉浮的秘密》
实验目的：
1、
知道影响物体沉浮的因素是什么。
2、
初步感知“质量相同时，大的物体容易上浮，小的容易下沉。大小相同时，重的物体容易下沉，轻的容易上浮”。
3、
用简单器材做简单的观察实验，并做好实验记录。
4、
发展和保持探究沉浮现象的兴趣和好奇心，培养动手能力和创新精神。
实验重点：知道影响物体沉浮的因素是什么。
实验难点：分析、解释沉浮的原因。
实验准备：
教师演示材料：水槽、空心乒乓球和装了盐的乒乓球各一个。
学生准备：水槽、水、泡沫、橡皮泥、小石头、螺丝钉、木块、塑料瓶等。
实验过程：
一、
设疑激趣，提出问题。
1、
教师手拿两个乒乓球（一个空心，一个里面注满了水）
提问：猜一猜，这两个乒乓球放在装有水的水槽里会出现什么现象？（学生大胆猜想）
2、教师演示实验。
3、导入新课：看来关于沉浮还有好多秘密呢，今天我们就来一起研究沉浮的秘密。（板书课题）
二、实验分析，探究秘密。
师：为了揭开沉浮的秘密，老师为大家设计了三个闯关实验，你们有信心闯过关吗？（生答：有）
在闯关之前，老师先提个小小的要求，每个小组的同学要听从小组长的指挥，比比看哪个小组表现最好。同学们，你们准备好了吗？（生：准备好了）我宣布闯关开始，第一关：我会分类。（课件显示实验要求：请同学们仔细观察1号袋中的物品，先猜测一下这些物体放在水里沉还是浮，把沉在水里的分为一类，把浮在水上的分为一类，看哪个小组分的又快又好，并填写好实验记录单一。）明白要求了吗？好，请小组长打开1号袋，（学生分组活动）
师：同学们的动作真迅速，那你们的这次的猜测又是对还是错呢？下面请同学们把分好的物体一个一个轻轻放进水槽，看看你分对了吗？并继续完成实验记录单一。注意：实验的时候动作要轻，不要把水溅在桌子上了，开始行动。（学生分组实验）
师：同学们已经完成了实验，下面请每个小组汇报你们组的实验结果。（学生汇报）
师：通过实验，你发现物体的沉浮可能与什么有关？（要求有学生回答，教师做相应的板书）
师：同学们可真捧，已经顺利闯过第一关，我宣布马上进入第二关：我会思考。（课件显示实验要求：仔细观察2号袋里的物体的特点，完成第二关的实验，并填写好实验记录单二。）请小组长打开2号袋。（学生分组实验）
师：提醒同学们要想顺利闯关，要特别注重物体的特点。
师：同学们都做完实验了，下面我们来分享一下你们组的实验成果吧。（学生汇报交流，教师做相应的板书）
师：通过实验发现，质量相同时，较大的物体容易上浮，较小的物体容易下沉。大小相同时，质量大的物体容易下沉，质量小的物体容易上浮。
师：两关同学们都顺利闯过了。现在谁能解释刚才老师用乒乓球做的那个实验？（让学生亲自感受一下两个乒乓球的质量）。
师：第三关，我有办法。请小组长把3号袋里的橡皮泥拿出来放进水槽，仔细观察，橡皮泥沉还是浮？（生答：沉）请同学们开动自己的小脑筋，想办法让橡皮泥浮起来（学生思考）。（动手实验）
师：你的实验成功了吗？把你们组的实验结果跟大家交流一下吧。（学生汇报）
师：有的小组实验成功了，有的小组实验没有成功，但是每一个伟大的科学家都是从这样一个个小实验开始研究的。大家今天的表现真棒，为自己鼓掌吧！
二、
联系生活，寻找沉浮现象。
师：在生活中也有很多地方运用到了沉浮的例子，你能说说吗?
三、
实验总结，情感升华。
师：同学们今天表现的真棒，说说这节课你有哪些收获？
一、进行教学前测，了解学生错误前概念
教授新知识前，教师应采用诊断性的测试方式，如问卷调查和访谈法，激活学生经验图式，让学生的认知结构浮出水面。对于前概念及转变策略研究来说，诊断学生前概念非常必要，而且要弄清哪些是正确的，哪些是片面的，甚至是错误的。对错误的前概念，教师要设计科学合理的教学过程以帮助学生改造和重组原有认知结构，从而形成正确概念。在教学浮力知识前，对本校154名初二学生进行问卷调查，并访谈部分学生，研究结果及分析如下。
1.对漂浮状态的认识
（1）对漂浮原因的认识
如表1，近一半学生（48.1%）认为物体能浮在水面上是因为受到的浮力大。一项对7～12岁儿童的研究发现，31.7%的儿童认为物体漂浮是因为这个物体很轻，17.2%的儿童认为物体是空心的[1]，而本调查数据显示，持这两种观点的学生各占3.2%，百分比大幅下降，原因是学生经历了小学科学课程和初二大半年的物理课程学习，知识在增长，生活阅历逐渐丰富，一些错误的观念发生了潜移默化的转变，学生的自我教育在这种转变过程中发挥了重要作用。因为学生已经学习了密度知识，有45.5%的学生开始用密度的视角思考物体浮沉的原因。
表1
（2）对漂浮浮力的比较
如表2，大部分学生（71.9%）认为物体露出液面的体积越大，就是浮的越厉害，受到的浮力也就越大。仅有13.4%的学生认为一样大，说明多数学生不能将漂浮与平衡状态联系起来，缺乏在具体情景中应用物理知识的能力。
表2
（3）对上浮和漂浮的理解
如表3，91.6%的学生认为“上浮”与“漂浮”是有区别的，但只是从字面意思上区别了“上浮”和“漂浮”，在物理情景中应用时却会犯错，如表4，正确率仅为37.6%，51.0%的学生选A，其实他们就是把两者混淆了。
表3
表4
2.对下沉状态的认识
与漂浮原因的认识相似，学生思维主要集中在一个因素，即物体自身特点或者浮力大小，如表5，认为与物体自身有关的（物体很重、物体是实心的）占10.3%，43.6%的学生认为“受到的浮力小”，这些都是从一个维度考虑浮沉条件，而实质上要比较重力与浮力或物体与水的密度大小关系，说明学生依据知识与经验构建起来的前概念一般不复杂，但前概念是学生与环境长期作用的结果，往往根深蒂固，“不复杂”并不意味着可以轻松转变。因为掌握了一些密度知识，有46.1%的学生认为“物体密度比水大”。
表5
3.对悬浮状态的认识
（1）对悬浮现象的认识
上浮、漂浮、下沉现象司空见惯，悬浮在日常生活中少见，学生缺乏这样的生活体验。如表6，27.9%的学生认为“悬浮”不可能，9.1%的学生“不知道”。
表6
（2）对悬浮原因的认识
要求表6选A的学生继续回答表7的问题，36.4%的学生认为物体悬浮在液体中应还受其他外力作用，说明学生心目中的“悬浮”与物理学上的悬浮概念存在偏差，进而表明学生对物理学上的悬浮现象持怀疑态度。
表7
（3）对悬浮现象的理解
表8中，59.7%的学生认为木块是悬浮的，由访谈了解到原因，学生将“悬浮”拆开来理解，物体有上浮的趋势（即“浮”），但在外力作用下静止在水中（即“悬”），则也为悬浮状态。由此可见，在几种状态中，学生认识复杂且有分歧的是悬浮现象，但从教学实践看，学生只要明确了悬浮的定义，这个看似复杂的前概念反而更容易转化。
表8
二、基于错误前概念，积极探寻纠正策略
1.体验证伪，引发认知冲突
科学是靠证伪发展的，比如比萨斜塔实验，证伪了亚里士多德关于物体下落的论断；卢瑟福的α粒子散射实验，证伪了汤姆逊的原子结构西瓜模型……科学史表明：在科学探索的漫长岁月中，人们对自然科学现象及本质的认识都是不断地通过证伪错误的假说和理论而逐步深入的[2]。通过体验感知，引导学生证伪前概念，激发学生修正或重构观念的心理欲望。
[教学片段一]
器材准备：盛水的水槽、带盖的小玻璃瓶、小泡沫块、苹果、橡皮泥以及学生自备的各种小物体。（注：小玻璃瓶的体积大于小泡沫块的体积，苹果的质量大于橡皮泥的质量。）
学生活动：将这些物体浸没在水中松手，观察发生的现象，汇报下沉和上浮的物体分别有哪些。
学生交流：下沉的物体有：装较多水的小玻璃瓶、橡皮泥等；上浮的物体有：装少量水的小玻璃瓶或空玻璃瓶、小泡沫块、苹果等。
基于前概念研究结果，展示要讨论的问题：下列关于浮沉原因的分析是否正确？为什么？（1）轻的物体上浮，重的物体下沉；（2）空心的物体上浮，实心的物体下沉；（3）物体受到的浮力大，所以上浮，反之，下沉。
尽管有些实验现象与以上说法一致，但一些反例足以使学生意识到自己的前概念存在瑕疵，例如：对于问题（1），橡皮泥比苹果轻，而橡皮泥下沉，苹果上浮，说明物体的浮沉并不由轻重决定；对于问题（2），装较多水的小玻璃瓶是空心的，但它下沉；苹果是实心的，但它上浮，说明物体的浮沉并不由实心或空心决定；对于问题（3），装有较多水的小玻璃瓶体积比小泡沫块大，受到的浮力大，但小玻璃瓶下沉，小泡沫块上浮，说明浮沉条件也不是仅由浮力大小决定。学生自然就会产生疑问，物体的浮沉到底由什么决定呢？
以上体验活动和“证伪”过程，让学生产生认知冲突，导致认知失衡，从而自发地产生调整认知结构的内驱力。这种认识兴趣和认知内驱力是学习内在动机中最活跃的成分，将鼓励学生充满热忱地从事学习和探究。
2.探究推理，构建科学概念
认知内驱力点燃了学生求知的火把，如果及时地提供探究素材，构建科学概念就水到渠成了。
[教学片段二]
任务驱动：怎样使下沉的物体浮起来？怎样使漂浮的物体沉下去？并说明采用的方法。
学生探究，交流方案，例如：减少瓶中的水、将橡皮泥捏成船形分别是通过减少物重、增大浮力的方法使沉底的物体漂浮；相反，增大物重或减少浮力能使漂浮的物体沉下去。
教师追问：以下沉的物体为例，减小物重或增大浮力一定能使沉底的物体浮上去吗？
教师演示：将沉底的玻璃瓶取出，用注射器抽出少许水，放入水中，小玻璃瓶仍沉在底部；绑有钩码的气球沉底，用打气筒给气球充少量气，体积变大，浮力增大，而它们还是沉底。前者减少物重，后者增大浮力，但都没有浮起来，这是为什么？
教师对比演示：继续抽取一部分水，小玻璃瓶开始上浮；继续给气球充气，气球和钩码也开始上浮。这又是为什么？
引导学生从受力的角度思考，让沉底的物体上浮，减少物重或者增大浮力的最终目标是使浮力大于重力，让学生意识到浮沉条件由浮力和重力共同决定。学生归纳推理，得出结论：当浮力大于重力时，物体上浮；当浮力小于重力时，物体下沉。
接着介绍“漂浮”和“悬浮”两种状态，并结合二力平衡知识得出漂浮和悬浮条件，同时让学生讨论“上浮”和“漂浮”的区别。对于悬浮，可以用鸡蛋悬浮在盐水中的实验强化对悬浮现象的感知，并说明鸡蛋只受重力和浮力作用，不受其他外力，最后学生自主推导不同状态下物体密度和液体密度的关系。
三、教学效果与反思
新课结束后，对授课班级（40人）进行了测验（第一次后测），经过约一周的习题教学后，用相同的试卷对相同的学生又进行了测试（第二次后测）。以“漂浮条件及应用”知识为例，对比前测和两次后测的正确率：表1的问题“物体为什么能浮在水面上”在三次测验中的正确率为：在新课前为45.5%，新课结束后，马上检测，正确率不升反而降为17.5%，75%的学生选“受到的浮力大”，说明前概念很顽固，转化过程可能有反复，而经过一周习题训练后，正确率达到92.5%；表2关于铅笔浮力的问题在三次测验中的正确率分别为13.4%、40.0%、82.5%，第二次后测的正确率较第一次后测有明显提高。
本研究启发我们，探究式教学能培养学生动手能力和创新精神，但要纠正错误前概念，只有探究式学习显然不够，一定要配合传统的习题教学。该过程的任务是将学生建构的新图式运用到各种情境中，以促进学生对科学概念更深刻、更全面的理解，比如对悬浮现象的认识、上浮和漂浮的区别等。
参考文献
[1] 陈素平，王小梅，蔡庆龙，等.对7～12岁儿童的浮力前概念的探查报告.教育科学研究，2011（5）.
科学实验作为科学教学的重要基础、重要内容、重要方法和重要手段，在科学教学中具有重要的地位和作用，也是激发学生学习科学兴趣的重要手段。有人曾打趣地说：“上课学生想睡觉，老师就做实验。”可见，学生对实验是很感兴趣的。
这是八年级上册科学第一章《生活中的水》中第5节《水的浮力》的一个教学片段。这节课探究的是物体沉浮条件，我设计的实验方案在一个班的教学中遇到了难题，于是我调整了实验方案中实验的次序，却又重获成功的案例。
二、案例描述
在探究物体浮沉条件时，我做了以下的演示实验。
材料：圆柱形空塑料瓶一只，石蜡一个，铝块一个。
出示铝块、木块和石蜡。问：将它们一一放入水中，是上浮还是下沉？学生猜测。之后教师一一演示，验证猜测。（目的：是让学生直观了解生活中的物体有的是上浮的，有的是下沉的。）
为什么会这样？学生有很多理由。教师引导学生探究：接下来，请同学们着重思考它们的沉浮与它们的重力之间找找原因。（目的：定下探究的主题，着重从物体受到的浮力与重力的关系来探究物体的沉浮条件，突出重点。）
（一）提出问题：物体的浮沉与物体的重力有什么关系？
（二）建立假设：
1.可能当物体受到的浮力大于物体受到的重力时，物体上浮；
2.可能当物体受到的浮力等于物体受到的重力时，物体悬浮；
3.可能当物体受到的浮力小于物体受到的重力时，物体下沉……
（三）设计实验：学生不一定就选一个塑料盒来进行，可以是上浮的东西选一个，悬浮的东西选一个，下沉的东西选一个。
（四）获取事实与证据：
我提供的实验材料：塑料盒（一鸣奶吧装饼干用的）一个、钩码若干、溢水杯等。
失败的演示实验
可是，这个实验在实际操作中遇到了一个难题，就是步骤一中用排水法测空塑料盒的浮力时，空塑料盒是上浮的，必须把它压进水里才行，而且不能用称量法求浮力，必须用溢水杯来做，再根据阿基米德原理来求。学生本来对阿基米德原理掌握的还不够牢固，结果这时出现了让很多学生望而生畏的“计算”，无形中给学生增加了难度，也使实验的吸引力大大降低。原来很喜欢看“热闹”的学生，开始转移注意力了。有的学生乘机在那里说起了悄悄话，而我正关注着会计算的学生呢。因而花费了很多时间，也使课堂一下子瘫痪，学生对接着的探究也就兴味索然了。后来，剩下的实验是都演示了一遍，但似乎没有得到学生多大的感悟。
课后，我从失望而又倍感无奈的情绪中静下心来想一想，怎么办？接下去的另一个班级上这节课时，要不要做这个演示实验？经过一番自我反思后，我发现实验是可以做好的，只要改变一下实验的次序就行了。
失败是成功之母
于是，我到另一个班级上课时，我是这样做的。
步骤一：探究下沉时物体受到的浮力与重力的关系：用弹簧秤称量放了很多钩码在里面的塑料盒的重力，再将塑料盒慢慢放入水中直至塑料盒完全被水淹没，让学生观察弹簧秤读数，两次读数相减即由于经过这样实验先后次序的变换，测物体浮力时，塑料盒里是放了很多砝码的，浮力是小于重力的，可以直接用称量法求得其浮力，不需要溢水杯，不需要根据阿基米德来求浮力，省时省力，又能牢牢地抓住学生的兴趣和注意力。整个演示实验一气呵成，最后得出结论都是顺理成章。这样，使课堂有了更多的时间，也使实验真正成为课堂学习的辅助，而不是为实验而实验，更重要的是提高了课堂教学效率。幸亏，我没有放弃失败之后的尝试。否则，这样的失败可能会不断地打击我，使我认为实验只会浪费时间，从而走上“公开课弄个实验，平时上课绝不实验”的部分有“经验”的老教师的所谓经验之路了。其实，如果一个科学教师认为科学实验不重要，很可能他是经历了一次次失败的实验或无效的实验。其实，世上无难事，只怕有心人。科学的发展本身就是有无数无所畏惧、屡败屡战的科学家不断尝试的结果。科学教师应该传承和发扬科学精神，不断提高自身和学生的科学素养，使课堂更有效。
三、课后反思
关键词: 浮沉子实验 反常现象 平衡
一、现象
在学习苏科版八年级下“物体的浮与沉”时,我让学生课后制作浮沉子,结果一些学生给我展示了他们的浮沉子发生的两种奇怪现象:一种很简单,就是怎么挤压外瓶浮沉子都不会沉底。另外一种较为复杂,如图1,轻挤外瓶后,浮沉子逐渐沉底,松手后浮沉子不再浮起,仍然处于沉底状态。这时如用手突然打击瓶底,浮沉子上升并最终漂浮于水面。这些现象该如何解释才能让一部分喜欢动脑筋学生明白呢?
二、理论分析
1.浮沉子完全进入水中之前
如图2,浮沉子处于漂浮状态,设水面下浮沉子外壳体积为V,水面下浮沉子内空气体积为V,浮沉子外壳及内部空气总重力为G,由F=G可得:
ρg(V+V)=G(1)
挤压外瓶使水面上方空气压强增大,从而进入浮沉子内水增加,于是V减小,原有平衡被打破,浮沉子下沉,同时V增大。显然当V的变化量等于V的变化量时,浮沉子可以在水面上不同的位置处于新的平衡位置,即可以通过控制大瓶所受的挤压程度不同使浮沉子在水面上方不同位置处于漂浮状态。当用这个方法使水面上方的空气压强增大到可以控制的最大值时,由玻意耳定律可知V的变化量也将达到最大,如果此时V的变化量能够满足平衡条件且浮沉子还未进入水面以下,则出现怎么挤压(在不破坏装置的前提下,演示的人所能施加的最大挤压)外瓶浮沉子都不会沉底的现象。
2.浮沉子完全进入水中后
如图3,在浮沉子下沉到一定深度后减小对外瓶的压力使浮沉子在如图位置处于悬浮状态,设浮沉子内的空气体积为V,浮沉子外壳体积为V,浮沉子内水面到大瓶水面间距离为h,浮沉子内空气压强为P,大瓶水面上方气体压强为P,在该平衡位置处有:
ρg(V+V)=G(2)
P=P+ρgh(3)
显然在水下浮沉子位置的改变不会引起其外壳体积的变化,这样由式(2)可知在水下其他位置平衡时V也不变,与此对应的由玻意耳定律可知浮沉子内气体压强P也不变。这样由(3)式很容易看出大瓶水面上方空气压强与浮沉子在水下处于悬浮状态时深度h的关系,即P越大,h越小,P越小,h越大,这样就用比较简单的方法推出了与文献相同的结论,其实验证明可见文献。由于浮沉子在水下所处的悬浮位置越低,h越大,水面上方气压P越小,则当平衡位置足够低时,水面上方的气压可以减小到大瓶末受挤压时的大小,设此时外瓶水面上方空气压强为P,浮沉子内液面到大瓶液面的距离为h,则此位置就是与浮沉子漂浮于水面相对应的水下平衡位置,也是浮沉子在水下所能达到平衡的最低位置。由此可以看出瓶子未发生形变时,浮沉子在水下也可以平衡,即漂浮于水面的浮沉子,其在水下(水的深度足够)必然存在一个相对应的平衡位置。将P,h代入(3)式可得:
P=P+ρgh(4)
于是第二个反常现象可以这样解释:当挤压大瓶松手后浮沉子如果已经处在水下平衡位置的下方,即h>h时,由于松手后外瓶不受挤压P不变,由(4)式可知相应浮沉子内空气P会增大,由玻意耳定律知V相应减小,而水下的V不变,由(2)式知浮沉子所受浮力小于重力,浮沉子将无法浮起。这时如突然对瓶底施加竖直向上力的作用,浮沉子受到瓶底向上的支持力突然变大,打破了原来的平衡,于是浮沉子向上运动并由于惯性到达该水下平衡位置的上方,由(4)式可知与水下的平衡位置相比P减小,V增大,V不变,浮沉子所受浮力大于重力,于是浮沉子重新回到水面处的平衡位置。
3.浮沉子所处水下平衡位置的推导
与浮沉子下沉后不能浮起相对应的学生实验装置中浮沉子露出水面的部分都很小,考虑到露出水面部分的浮沉子外壳部分体积与浮沉子内空气体积相比可以忽略,则浮沉子在水下平衡时浮沉子内空气体积可认为不变。比较图2和图4,设h为浮沉子处于水下平衡位置时浮沉子瓶底到外瓶水面的距离,P为外瓶水面上方空气压强,h为外瓶水面与浮沉子内水面间的高度差,h为图2中浮沉子在露出水面的高度,η=,由玻意耳定律可得:
(P+ρgh)(h+h)=(P+ρgh)h(5)
进一步推导可得:h=h-h=η(6)
分析(6)可以看出浮沉子内气体初始压强P越大,意味着外瓶水面到浮沉子内的水面间高度差越大,相应此时的η值也会较小,使水下平衡深度小于外瓶长度则将出现浮沉子越过平衡位置不能再浮起的反常现象,反之则不会出现浮沉子沉底不再上浮的现象,此时要考虑浮沉子不下沉的反常情况,如上文所述。
三、实验与讨论
取如图5的实验装置,开始让浮沉子露出水面部分远小于整个浮沉子体积,这样,只要轻轻挤压大瓶,浮沉子便可缓慢下沉,在下沉过程中不断减小对大瓶的挤压,当浮沉子到达水中平衡位置附近时,反复调整挤压力度,松手后浮沉子停留时间最长的位置便是最靠衡位置处。实验结果如图5所示,在该处浮沉子可停留较长时间。于是在该处作上标记,通过实验发现在挤压外瓶后只要浮沉子没有到达该位置松手后浮沉子均能上浮,一旦下沉时超过了该位置,松手后浮沉子不能上浮。我们要严格找到水下的平衡位置较难,因为要让浮沉子到达平衡位置时的速度恰好为零很难实现,再加上空气和水都是流体,很容易受到外界的干扰,这些对实现稳定平衡均会有影响,但从浮沉子停留在水下平衡位置的时间及其在平衡位置附近受到调节后的运动情况可以判定当水深足够时,在水下一定有一个和浮沉子漂浮于水面相对应的平衡位置。
四、结语
教学相长,学生的提问对教师既是挑战,又是教师教研的开始。经过研究,我们发现处于漂浮状态的浮沉子在水下有一个与其相对应的平衡位置,由此可以解释轻挤外瓶后,浮沉子逐渐沉底,松手后浮沉子仍然处于沉底状态,但向上撞击瓶底后浮沉子上浮并最终处于漂浮状态的特殊现象。对于推导过程中的玻意耳定律初中未正式涉及,但学生能接受一定质量气体体积变大压强减小的概念,如水下气泡上升的过程形状的变化。实践证明,在教师的帮助下,一部分喜欢动脑筋的学生能够接受上述结论。
参考文献:
[1]陶洪.浮沉子实验浅析[J].物理教师,1982,(04).
[2]王锦祥.“浮沉子”实验中应该注意的一个问题[J].物理教学探讨,2007,(19).