阿基米德定律是初中物理教学的重点和难点.从教学内容看,阿基米德定律涉及的物理概念多,而且各物理概念之间容易引起混淆,如G排和G物,ρ液和ρ物,V排和V物,这些内容都是教师在教学中应该注意的.
从教材的结构看,尽管教材编写人员为了降低难度,在教材中利用“曹冲称象”或“石头放水中排出水”的例子引入F浮与V排有关,但没有F浮与V排有关的具体的物理过程.如果教师也这么讲,学生学起来就显得有些牵强附会.并且“曹冲称象”或“石头放水中排出水”的例子都属于称重法,是对浮力的计算测量,用的原理规则是“力的平衡”,这些都和阿基米德原理没有直接关系.如不给出可信服的物理过程和转换关系,这些概念规则之间学生难以灵活应用.
再者,从学生已学的知识看,相当多的学生对浮力这个概念的理解是从生活经验中取得的,他们的注意力往往集中在事物的表象上,因此,从生活经验中获得的相当一部分知识是片面和不科学的.如看到木头浮在水面上和铁块沉入水底时,学生就认为浮力的大小与物体的密度有关,再如,要将浮在水面上的木头按入水中,所用的力随着木头浸入水中的深度而增大,学生错误地认为浮力的大小与深度有关,这样的错误概念对浮力和阿基米德原理的教学带来一定的困难.如果不注意,学生的上述错误概念有时反而会加强.比如学阿基米德原理之前刚刚学过压强和浮力的概念和产生的原因,学生知道是上下压强差,那么对于“要将浮在水面上的木头按入水中这样的实验”,所用的力随着木头浸入水中的深度而增大,学生更会直观的认为木头下去的多了,上下压强差大了,浮力的大小更直观更易于联系为深度.即使知道和体积有关,也不会认为和深度无关.
这些都可以归纳到初中学生的思维大多以具体形象思维为主,然后逐步过渡到抽象逻辑思维.按照皮亚杰的认识发展阶段理论来衡量,初中学生的物理思维基本上还处在具体运算阶段和前意识阶段,即这个阶段的思维一般还离不开具体事物的支持,思维还要依靠物体、实物和能观察到的事物来进行,不能仅仅依靠词语、假设等来进行.因此,教学上的突破口应是如何恰当处理教材内容,选择合适的教学方法.如何学生已知的错误观点,建立新的概念是我们教学的关键.笔者认为在概念教学中实施下列三大策略能有效地促成学生从错误意识向正确概念的转化.
一、暴露策略:让学生充分表达,以暴露他们的前意识. 暴露,即将隐蔽的事物、缺陷、矛盾、问题等显露出来.既然“课堂教学的本质是对话、是交流、是沟通”,那么,唯有师生、生生的心与心产生碰撞,才具有实质性沟通.“心”是很“隐蔽”的,碰撞产生的结果如何,课堂教学中教师很难把握,虽然有经验的教师可根据学生的眼神、课堂的气氛来判断当前状态下的教学效果,但很有限,因为那是大概的和模糊的.而且,在此时此景下对每个学生差异性把握就更加困难.应该说,对话双方的心智暴露,是交流和沟通的开始和基础,俗话说“打开天窗说亮话”,就是这个道理.教学过程中,只有让学生充分暴露自己的所思所想、自己此一时彼一时的困惑和问题――打开“天窗”,教学活动中才能把握学情,从而做到有的放矢――说“亮话”,取得最佳的教学效果.
因此,讲阿基米德定律时,让学生根据已有的生活经验充分说明浮力的大小可能跟哪些因素有关.学生的表述五花八门,可能有物体的密度、物体的体积、液体的密度、浸入液体的深度、浸入液体的体积、物体的形状、液体的温度、物体与液体的接触面积等等.通过对话、交流打开学生心灵的窗户,使学生暴露自己,对于正在成长的学生而言,他们暴露的问题无论是否正确,对教学同样宝贵.如果教师只是以成人的角色指出什么是对的,什么是错的,什么是应该的,什么是不应该的,长此以往,学生就无暴露的愿望,从而无法促成认识的转化.
二、动摇策略:利用典型的实验和反例动摇并学生错误的前意识
首先,一杯清水、一杯热水、一些食盐、一个熟鸡蛋.让学生自己动手,做完实验后开展讨论,看看是否与液体的温度、密度有关.当学生得到全部浸入液体里的物体所受到的浮力与液体的密度有关而不是与物体的密度和温度有关时,从而摒弃了错误的意识.自己动手进行探究,还培养了学生的科学探究精神、实践能力.
其次,用弹簧称测体积相同的铜块和铝块浸没在水的浮力,和质量相等的铁块、木块在水里的浮力.研究浮力与它排开液体的体积有关.让学生分组讨论:浮力和哪些因素有关,通过学生讨论补充,个别学生没有想到的问题,使提出的问题更全面.让学生尝到合作学习的快乐,培养了学生大胆猜想的习惯,培养了学生***思考的习惯,培养了学生的创新意识,也提高了学生对物理这门学科的兴趣.
最后,设计阿基米德实验,验证学生的猜想,让学生合作实验,得到验证后,这时学生积极性高涨,具有强烈的创造欲望,并能在实践中培养学生的创造能力.同时也了学生错误的前意识.
三、比较策略:加强相关概念的比较,揭示其相关性和差异性
俄国教育家乌申斯基说:“比较是一切理解和思维的基础.”物理教学中把相似的定理、定律放在一起比其异,可以启发学生创造性的思维,加深理解,举一反三,提高其综合分析能力.
例如阿基米德定律得出“浸在液体中的物体受到的浮力等于物体排开液体所受的重力”.注意比较排开与排出,“排开”并不一定等于“排出”.在探究浮力的大小实验中,课本上采用的是溢水杯,这里很容易将物体排开的液重误认为是排出的液重.然而,只有当溢水杯中装满水的情况下才有这个关系,其他情况下这个关系就不成立了.
“排开”是指物体浸入液体中,占据了一定的空间,如果教师利用多媒体技术的形象演示,可以弥补传统演示手段的不足,让学生对物理概念的理解更接近理论本质.同时多媒体形象演示的动态变化可以更集中学生的注意力,引领学生主动思考和分析物理概念和现象,使教师的教学质量和教学效率在无形中获得提升.
总之,教师在初中物理概念教学中应用形象演示法,可以使学生获得最直观的感受和体验,帮助学生将抽象深奥的物理概念具象化和浅显化,易于学生理解和掌握,迅速将知识内化为能力,进而全面提高学生的综合能力.这个空间充满了液体,那么这部分液体的重就叫做“被物体排开的液重”;而“排出”则是指物体浸入液体后,液面上涨,原先的容器装不下,液体外溢.显然,“排开”和“排出”是两回事,同样,浸在液体中的物体所排开的液重于物体排出的液重也是两回事.例如在下***中,将一截面积稍小于容器的截面积的物体进入液体中,物体排开的液重将大于液体本身的重,并且,液体并没有被物体排出.
总之,暴露策略、动摇策略、比较策略能让教师在概念教学过程中帮助学生进行知识的意义建构,而不是去复制知识.按照暴露、动摇、比较的先后顺序能引导学生***地认识和发现知识,无论是课堂讲授、探究活动,还是资料查询均应把重点放在科学方法的学习与应用上.另外,这些策略不论是自主学习还是合作学习,都体现了学生是学习的主体.初中物理中的概念和规律,基本上是从物理事实的分析中直接概括出来的.采用文中三大策略培养了学生的观察、实验能力,激发了学生学习物理的兴趣,使物理教学变得更加丰满和生动活泼.
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