對《物體的浮與沉》案例分析

1、對?物體的浮與沉?案例分析所謂“前概念,是指在接觸科學(xué)知識前,與周圍環(huán)境長期作用形成的對生活現(xiàn)象的經(jīng)驗型認識。它對學(xué)生的學(xué)習(xí)既有積極影響也有消極作用。正確的前概念能為學(xué)習(xí)做好鋪墊,成為概念學(xué)習(xí)的資源和增長點,對學(xué)生掌握概念產(chǎn)生積極影響;而錯誤的前概念將成為學(xué)習(xí)的障礙,如果得不到及時的糾正,將影響學(xué)生對科學(xué)概念的順應(yīng),阻礙其科學(xué)概念的構(gòu)建。因此,教學(xué)新知識前,教師應(yīng)采用診斷性的測試方式(如問卷調(diào)查和訪談),激活學(xué)生的經(jīng)驗圖式,讓學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)浮出水面,進而弄清學(xué)生的前概念哪些是正確的,哪些是片面的甚至是錯誤的。對錯誤的前概念,教師要設(shè)計科學(xué)合理的教學(xué)過程以幫助學(xué)生改造和重組原有的認知結(jié)構(gòu),從而形

2、成正確概念。本文以蘇科版初中物理八年級下冊第十章第五節(jié)?物體的浮與沉?一課為例,談?wù)勎锢斫虒W(xué)中轉(zhuǎn)變錯誤前概念的一些做法。一、通過教學(xué)前測,了解學(xué)生錯誤的前概念教學(xué)浮力知識前,我們對本校154名初二學(xué)生進行了問卷調(diào)查,并訪談了局部學(xué)生,研究結(jié)果及分析如下:(一)對漂浮狀態(tài)的認識1.對漂浮原因的認識近一半學(xué)生(48.1%)認為物體能浮在水面上是因為受到的浮力大(見下頁表1)。一項對712歲兒童的研究發(fā)現(xiàn),31.7%的兒童認為物體漂浮是因為這個物體很輕,17.2%的兒童認為物體是空心的;而本調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,持這兩種觀點的學(xué)生各占3.2%百分比大幅下降,原因是學(xué)生經(jīng)歷了小學(xué)科學(xué)課程和初二大半年的物理課程

3、學(xué)習(xí),知識在增長,生活閱歷逐漸豐富,一些錯誤的觀念發(fā)生了潛移默化的轉(zhuǎn)變,學(xué)生的自我教育在這種轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮了重要的作用。而且,因為已經(jīng)學(xué)習(xí)了密度知識,有45.5%的學(xué)生開始用密度的視角思考物體浮沉的原因。2.對漂浮浮力的比擬大局部學(xué)生(71.9%)認為物體露出液面的體積越大,就是浮得越厲害,受到的浮力也就越大;僅有13.4%的學(xué)生認為一樣大。這說明多數(shù)學(xué)生不能將漂浮與平衡狀態(tài)聯(lián)系起來,缺乏在具體情境中應(yīng)用物理知識的能力(見下頁表2)。3.對上浮和漂浮的理解91.6%的學(xué)生認為上浮與漂浮是有區(qū)別的(見下頁表3);但他們只是從字面意思上區(qū)別了上浮和漂浮,在物理情境應(yīng)用時卻會犯錯,正確率僅為37.6

4、%,51.0%的學(xué)生把兩者混淆了(見下頁表4)。(二)對下沉狀態(tài)的認識與漂浮原因的認識相似,學(xué)生思維主要集中在一個因素上,即物體自身的特點或者浮力的大小,認為與物體自身有關(guān)的(物體很重、物體是實心的)占10.3%,有43.6%的學(xué)生認為“受到的浮力小。這些都是從一個維度考慮浮沉條件(實際上需要比擬重力與浮力,或物體與水的密度大小關(guān)系),說明學(xué)生依據(jù)知識與經(jīng)驗構(gòu)建起來的前概念一般不復(fù)雜,但前概念是學(xué)生與環(huán)境長期作用的結(jié)果,往往根深蒂固,不復(fù)雜并不意味著可以輕松轉(zhuǎn)變。另外,因為掌握了一些密度知識,有46.1%的學(xué)生認為“物體密度比水大(見下頁表5)。(三)對懸浮狀態(tài)的認識1.對懸浮現(xiàn)象的認識上浮、

5、漂浮、下沉現(xiàn)象在日常生活中司空見慣,但懸浮卻較為少見,學(xué)生缺乏這樣的生活體驗。27.9%的學(xué)生認為懸浮“不可能,9.1%的學(xué)生“不知道(見下頁表6)。2.對懸浮原因的認識讓表6中選A的學(xué)生繼續(xù)答復(fù)下頁表7的問題,36.4%的學(xué)生認為物體懸浮在液體中應(yīng)還受其他外力的作用,說明學(xué)生心目中的“懸浮與物理學(xué)上的懸浮概念存在偏差,進而說明學(xué)生對物理學(xué)上的懸浮現(xiàn)象持疑心態(tài)度。3.對懸浮現(xiàn)象的理解下頁表8中,59.7%的學(xué)生認為木塊是懸浮的,事后通過訪談了解到原因:學(xué)生將“懸浮拆開來理解,認為物體有上浮的趨勢(即“浮),但在外力作用下靜止在水中(即“懸),即為懸浮狀態(tài)。表9中,65.6%的學(xué)生認為鐵塊不是懸

6、浮的,理由是:雖然物體在外力作用下靜止在水中,但有下沉趨勢,故不是懸浮。但仍有34.4%的學(xué)生認為鐵塊是懸浮的。由此可見,在幾種狀態(tài)中,學(xué)生認識存在分歧的是懸浮現(xiàn)象。但從教學(xué)實踐看,學(xué)生只要明確了懸浮的定義,這個看似復(fù)雜的前概念反而更容易轉(zhuǎn)化。二、錯誤前概念的轉(zhuǎn)變路徑(一)體驗證偽,引發(fā)認知沖突科學(xué)是靠證偽開展的。比方,比薩斜塔實驗,證偽了亞里士多德關(guān)于物體下落的論斷;盧瑟福的粒子散射實驗,證偽了湯姆遜的原子結(jié)構(gòu)西瓜模型科學(xué)史也說明:在科學(xué)探索的漫長歲月中,人們對自然科學(xué)現(xiàn)象及本質(zhì)的認識都是不斷地通過證偽錯誤的假說和理論而逐步深入的。通過體驗感知,引導(dǎo)學(xué)生證偽前概念,可以激發(fā)學(xué)生修正或重構(gòu)觀念

7、的心理欲望?！酒?】器材準備:盛水的水槽、帶蓋的小玻璃瓶、小泡沫塊、蘋果、橡皮泥以及學(xué)生自備的各種小物體(小玻璃瓶的體積大于小泡沫塊的體積,蘋果的質(zhì)量大于橡皮泥的質(zhì)量)。學(xué)生活動:將這些物體浸沒在水中,松手,觀察發(fā)生的現(xiàn)象,匯報下沉和上浮的物體分別有哪些。學(xué)生交流:下沉的物體有裝較多水的小玻璃瓶、橡皮泥等;上浮的物體有裝少量水的小玻璃瓶或空玻璃瓶、小泡沫塊、蘋果等?；谇案拍钛芯拷Y(jié)果,展示要討論的問題:以下幾種關(guān)于浮沉原因的分析是否正確?為什么?(1)輕的物體上浮,重的物體下沉;(2)空心的物體上浮,實心的物體下沉;(3)物體受到的浮力大,所以上浮,反之那么下沉。盡管有些實驗現(xiàn)象與以上說法一

8、致,但一些反例足以使學(xué)生意識到自己的前概念存在瑕疵。例如,對于問題(1),橡皮泥比蘋果輕,而橡皮泥下沉、蘋果上浮,說明物體的浮沉并不由輕重決定;對于問題(2),裝較多水的小玻璃瓶是空心的,但它下沉,蘋果是實心的,但它上浮,說明物體的浮沉并不由實心或空心決定;對于問題(3),裝有較多水的小玻璃瓶體積比小泡沫塊大,受到的浮力大,但小玻璃瓶下沉、小泡沫塊上浮,說明浮沉條件也不是僅由浮力大小決定的。學(xué)生自然就會產(chǎn)生疑問:物體的浮沉到底由什么決定呢?通過以上體驗活動和證偽過程,讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突,導(dǎo)致認知失衡,進而產(chǎn)生調(diào)整認知結(jié)構(gòu)的內(nèi)驅(qū)力。這種認識興趣和認知內(nèi)驅(qū)力是學(xué)習(xí)的內(nèi)在動機中最活潑的成分,將鼓勵學(xué)

9、生充滿熱忱地從事學(xué)習(xí)和探究。(二)探究推理,建構(gòu)科學(xué)概念認知內(nèi)驅(qū)力點燃了學(xué)生求知的火把,如果及時地提供探究素材,構(gòu)建科學(xué)概念就水到渠成了?！酒?】任務(wù)驅(qū)動:怎樣使下沉的物體浮起來?怎樣使漂浮的物體沉下去?并說明采用的方法。學(xué)生探究,交流方案:減少瓶中的水、將橡皮泥捏成船形,分別是通過減少物重、增大浮力的方法使沉底的物體漂浮;相反,增大物重或減少浮力,能使漂浮的物體沉下去。教師追問:以下沉的物體為例,減小物重或增大浮力一定能使沉底的物體浮上去嗎?教師演示:將沉底的玻璃瓶取出,用注射器抽出少許水,做入水中,小玻璃瓶仍沉在底部;將綁有鉤碼的氣球沉底(如圖4),用打氣筒給氣球充少量氣,體積變大,浮力

10、增大,而它們還是沉底(如圖5)。教師提問:前者減少物重,后者增大浮力,但都沒有浮起來,這是為什么?比照演示:繼續(xù)抽取一局部水,小玻璃瓶開始上浮;繼續(xù)給氣球充氣,氣球和鉤碼也開始上浮。教師追問:這又是為什么?引導(dǎo)學(xué)生從受力的角度思考,讓沉底的物體上浮,減少物重或者增大浮力的最終目的是使浮力大于重力,讓學(xué)生意識到浮沉條件由浮力和重力共同決定。學(xué)生歸納推理,得出結(jié)論:當浮力大于重力時,物體上浮;當浮力小于重力時,物體下沉。接著介紹漂浮和懸浮兩種狀態(tài),并結(jié)合二力平衡知識得出漂浮和懸浮的條件,同時讓學(xué)生討論懸浮和漂浮的區(qū)別。對于懸浮,可以用雞蛋懸浮在鹽水中的實驗強化對懸浮現(xiàn)象的感知,并說明雞蛋只受重力和

11、浮力作用,不受其他外力。最后,學(xué)生自主推導(dǎo)不同狀態(tài)下物體密度和液體密度的關(guān)系。三、教學(xué)效果與反思新課結(jié)束后,對授課班級(40人)進行了測驗(第一次后測),經(jīng)過約一周的習(xí)題教學(xué)后,用相同難度的試卷對相同的學(xué)生又進行了測試(第二次后測)。然后,以“漂浮條件及應(yīng)用知識為例,比照前測和兩次后測的正確率。比方,表1中的問題“物體為什么能浮在水面上在三次測驗中的正確率如圖6所示:在新課前為45.5%,新課結(jié)束后,馬上檢測,正確率不升反而降為17.5%,75%的學(xué)生選“受到的浮力大,說明前概念很頑固,轉(zhuǎn)化過程可能有反復(fù);而經(jīng)過一周的習(xí)題訓(xùn)練后,正確率到達了92.5%。又如,表2中關(guān)于鉛筆浮力的問題在三次測驗中的正確率如圖7所示:分別為13.4%、40.0