江耀基 鄢軍武

摘 要：本文從一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷入手，指出實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，就其問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行深入剖析，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，然后針對(duì)問題原因?qū)Υ藢?shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，最終達(dá)到優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的.

關(guān)鍵詞：浮力產(chǎn)生的原因;實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)思考

文章編號(hào)：1008-4134（2019）16-0025 ? ?中圖分類號(hào)：G633.7 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

基金項(xiàng)目：江西省教研室課題“‘三管齊下助力提高初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的實(shí)踐研究”（項(xiàng)目編號(hào)：AFWL2018-889）.

作者簡(jiǎn)介：江耀基（1976-），男，江西安福人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，吉安市名師、物理學(xué)科帶頭人，研究方向：物理教學(xué)和實(shí)驗(yàn)教學(xué);

鄢軍武（1974-）男，江西吉水人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向：中學(xué)物理教學(xué).

1 回顧片斷，提出問題

在前不久的一次物理教研活動(dòng)中筆者有幸聽取了一節(jié)“浮力”公開課，授課教師在突破“浮力產(chǎn)生的原因”這個(gè)教學(xué)難點(diǎn)時(shí)采用如下教學(xué)片斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)：

【教學(xué)片斷】

師：同學(xué)們，你們知道浮力是怎樣產(chǎn)生的嗎？想不想用實(shí)驗(yàn)探究浮力產(chǎn)生的原因？

生：想！

師：好，各個(gè)小組的桌子上準(zhǔn)備了一個(gè)去底的礦泉水瓶（瓶口直徑略小于乒乓球的直徑）、一個(gè)乒乓球、一個(gè)水槽，一杯帶顏色的水，請(qǐng)你們利用這些器材按照如下步驟進(jìn)行操作：（1）把乒乓球放到瓶中，保持瓶口朝下，然后向礦泉水瓶中注水，使瓶中的水位高于乒乓球，觀察乒乓球的狀態(tài);（2）用手掌堵住瓶口，再觀察乒乓球的狀態(tài).

生：學(xué)生活動(dòng)……

如圖1甲、乙、丙所示（教師用手機(jī)拍攝照片，并通過希沃授課助手上傳一體機(jī)）.

師：通過實(shí)驗(yàn)，你們知道乒乓球從靜止水底到上浮的原因嗎？

生：乒乓球受到浮力的作用.

師：恩，解釋不錯(cuò)，但不全面，如圖1乙所示的實(shí)驗(yàn)中，乒乓球靜止不動(dòng)，這是因?yàn)槠古仪蛑皇艿剿o它向下的壓力，但在圖1丙所示的實(shí)驗(yàn)中，乒乓球向上運(yùn)動(dòng)，這是因?yàn)槠古仪蛳旅娣e滿了水，乒乓球既受到水對(duì)它向下的壓力，又受到水對(duì)它向上的壓力，并且向上的壓力大于向下的壓力，即乒乓球受到浮力的作用，所以乒乓球就浮起來了，由此可見，乒乓球上浮的原因是上、下表面受到的壓力差.

生：掌聲……

這段實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷是多數(shù)教師采取的一種授課方式，人民教育出版社出版的義務(wù)教育教科書《教師教學(xué)用書》八年級(jí)下冊(cè)物理中也列舉此實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷，如圖2所示[1].那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷到底能不能準(zhǔn)確地說明浮力產(chǎn)生的原因呢？在后面評(píng)課過程中，大多數(shù)教師認(rèn)為是可以的，但也有少部分教師提出反對(duì)意見，認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)不能直接說明浮力產(chǎn)生的原因.那么，到底誰的觀點(diǎn)正確呢？

2 原因剖析，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 問題原因剖析

上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段中導(dǎo)致乒乓球上浮的原因一定是上、下表面的壓力差即浮力的作用嗎？其實(shí)大家仔細(xì)觀察塑料瓶瓶口與乒乓球的位置關(guān)系時(shí)就會(huì)發(fā)現(xiàn)，它們之間存在一定的距離，當(dāng)用手掌堵住塑料瓶口時(shí)，瓶口與乒乓球之間就密封了一段氣體在里面，隨著漏下的水越來越多，就會(huì)壓縮密封氣體體積，導(dǎo)致密封氣體的氣壓驟然增大，氣體膨脹后會(huì)對(duì)乒乓球做功，把乒乓球向上托起，空氣也隨之往上走，大量的水漏下填滿空間.此時(shí)，乒乓球上、下表面才會(huì)產(chǎn)生向上的壓力差，這時(shí)乒乓球才受到浮力的作用繼續(xù)上浮.可見，上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段中導(dǎo)致乒乓球上浮是由空氣氣壓變大膨脹后托起乒乓球離開瓶口和浮力的共同作用實(shí)現(xiàn)的.

2.2 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了更好地說明導(dǎo)致乒乓球上浮的原因之一是密閉空氣受擠壓后氣壓增大，膨脹托起乒乓球向上離開瓶口所致，筆者設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)：用一個(gè)去底礦泉水瓶和一個(gè)完好的礦泉水瓶口對(duì)口用透明膠密封好，然后用錐子在完好的礦泉水瓶側(cè)壁上鉆一個(gè)小孔（如圖3甲所示），實(shí)驗(yàn)裝置組裝完畢;接著把乒乓球放入瓶中，然后向礦泉水瓶中不斷注水，使瓶中的水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于乒乓球，觀察到乒乓球被水壓在瓶口靜止不動(dòng)（如圖3乙所示），且有少量的水漏到下面的礦泉水瓶中;此時(shí)用手指堵住下面礦泉水瓶側(cè)壁上的小孔，立馬就會(huì)觀察到乒乓球上浮（如圖3丙所示）.

在上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷中，由于瓶頸短，封閉的氣體體積小，漏水后壓縮密閉空氣，導(dǎo)致密閉空氣的氣壓增大，空氣驟然膨脹后托起乒乓球向上離開瓶口，這個(gè)過程很短，實(shí)驗(yàn)效果不是很明顯，操作者不細(xì)心也難以觀察到，致使很多教師感覺好像就是水托起乒乓球的，忽略了空氣壓縮后膨脹將乒乓球托起這個(gè)事實(shí)的存在.圖3所示的實(shí)驗(yàn)只是把空氣被壓縮后膨脹托起乒乓球上浮的原因“放大”了，它能讓大家清楚地認(rèn)識(shí)到“空氣壓縮后膨脹托起乒乓球”這個(gè)因素存在.可見，上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段中僅用上、下表面的壓力差來解釋乒乓球上浮的原因略有牽強(qiáng)，即不能直接說明浮力產(chǎn)生的原因.

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)

部分教師認(rèn)識(shí)到“空氣壓縮后膨脹托起乒乓球”這個(gè)潛在因素給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來影響后，于是就拋棄這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，另行設(shè)計(jì)一些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，如李運(yùn)魁老師設(shè)計(jì)的“包裹透明膜的立方體”自制浮力產(chǎn)生的原因演示儀[2]，又如程生銀老師設(shè)計(jì)的“雙水槽型浮力產(chǎn)生的原因演示儀”[3]，這些實(shí)驗(yàn)裝置雖然設(shè)計(jì)巧妙，實(shí)驗(yàn)效果也很明顯，但制作工藝要求很高，不是一般教師自己能做出來的，需要專門的儀器廠家定制生產(chǎn).那么，我們能不能就上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)片段中的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行些許改進(jìn)，做出“完美”的浮力產(chǎn)生原因的實(shí)驗(yàn)裝置呢？為此，筆者嘗試設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，介紹如下：

3.1 實(shí)驗(yàn)方案一

按照?qǐng)D4甲所示，將塑料瓶口突出的部分用剪刀剪掉，然后將乒乓球放入瓶中;接著往瓶中不斷注水，然后放入透明水槽上（用玻璃杯代替），乒乓球被水壓在瓶口靜止不動(dòng)，如圖4乙所示;接著往水槽中加水，當(dāng)水槽中的水位與塑料瓶中的水位差不多時(shí)，乒乓球上浮，如圖4丙所示.

3.2 實(shí)驗(yàn)方案二

保留瓶口不變，在瓶口側(cè)邊鉆個(gè)圓孔，孔的位置盡量靠近乒乓球所在位置，但不能碰到乒乓球，然后將一段輸液管插入小孔（輸液管的直徑盡量大一點(diǎn)，有利于排出被密閉的空氣）用熱熔膠封好，再用透明膠將輸液管的另一端粘在塑料瓶的側(cè)壁上，如圖5甲所示;接著在塑料瓶中放入乒乓球，往瓶中注水，讓水位遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于乒乓球，乒乓球被水壓在瓶口靜止不動(dòng)，如圖5乙所示;接著用手掌慢慢地將瓶口堵?。ㄓ欣谂趴諝猓?，過一段時(shí)間，我們就會(huì)看到部分水從輸液管口上升，乒乓球立即浮起來，最后瓶中的水位與輸液管中的水位相平，如圖5丙所示.

以上兩個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)是眾多實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案中的兩個(gè)縮影，器材雖簡(jiǎn)單，但能說明問題，更重要的是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都適合學(xué)生做分組實(shí)驗(yàn)，制作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的目的都是為了排除密封氣體壓縮后膨脹托起乒乓球上浮的因素，讓乒乓球上、下表面壓力差是乒乓球上浮的唯一原因.

4 結(jié)束語

實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生建構(gòu)物理概念和物理規(guī)律，發(fā)展科學(xué)思維，提升科學(xué)探究能力、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和責(zé)任的有效手段.所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)一定要仔細(xì)推敲，認(rèn)真揣摩，看看實(shí)驗(yàn)方案中有沒有科學(xué)錯(cuò)誤，有沒有多因素影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)方案是否可行等問題.總之，在平時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，我們既要制作出取材方便、操作簡(jiǎn)單、視覺效果良好、簡(jiǎn)單直觀的實(shí)驗(yàn)裝置，幫助學(xué)生加深認(rèn)識(shí)，提升學(xué)生的觀察能力，分析和表達(dá)能力等，同時(shí)又要能準(zhǔn)確說明實(shí)驗(yàn)結(jié)論，無科學(xué)錯(cuò)誤，因?yàn)檫@是我們每個(gè)物理教師應(yīng)該具備的最基本的學(xué)科核心素養(yǎng)，也是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的必經(jīng)之路.

參考文獻(xiàn)：

[1]汪海，孫新.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書八年級(jí)物理（下冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2016.

[2]李運(yùn)魁.自制浮力產(chǎn)生的原因演示儀 [J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2014，31（10）：55.

[3]程生銀.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：探究浮力產(chǎn)生的原因[J].學(xué)周刊，2016（32）：233-234.

（收稿日期：2019-04-21）