羅小飛

[摘要]“浮力”是初中科學(xué)教學(xué)中的重難點(diǎn)，對(duì)知識(shí)的綜合和思維的靈動(dòng)等要求都很高。學(xué)生在學(xué)習(xí)浮力時(shí)興趣并不濃厚，畏懼心很強(qiáng)，對(duì)相應(yīng)知識(shí)的認(rèn)識(shí)只知其一，不知其二，思維窄，稍有變化就無(wú)計(jì)可施。針對(duì)以上情況，巧妙利用“一題多變”可以靈活整合相關(guān)知識(shí)，將“浮力”難點(diǎn)逐個(gè)擊破，從而激活學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]浮力;一題多變;思維;核心素養(yǎng)

[中圖分類號(hào)]G633.98 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1674-6058（2020）05-0085-04

“浮力”是初中科學(xué)中最具魅力、最變幻莫測(cè)、最具挑戰(zhàn)性的一模塊內(nèi)容。為了啃掉這塊硬骨頭，許多教師可謂煞費(fèi)苦心，有的用題海戰(zhàn)術(shù)，有的用模型戰(zhàn)術(shù)，有的用公式戰(zhàn)術(shù)，可是不論采取哪種戰(zhàn)術(shù)，學(xué)生一遇到稍微靈活點(diǎn)的浮力問(wèn)題，依然手足無(wú)措?！案×Α弊寧熒枷萑肓松硇木闫５碾y堪境地。

常言道：“變則通，通則達(dá)?！币淮未竽懙膰L試，讓筆者尋找到了一個(gè)新的解決辦法——“一題多變”?！耙活}多變”是數(shù)學(xué)教學(xué)常用的一種方法，對(duì)思維的拓展和提升能起到推波助瀾的作用，其在科學(xué)教學(xué)中也可收到神奇的效果?！耙活}多變”可讓學(xué)生經(jīng)歷“求同存異”的辯證性思維訓(xùn)練，提升分析與綜合、邏輯與推理、類比與創(chuàng)新等高階思維，水到渠成地培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，尤其是科學(xué)思維。將“一題多變”運(yùn)用于“浮力”的教學(xué)，可讓“浮力”以“阿基米德原理”為主線，以“受力分析”為輔線，雙線螺旋式上升，成功突破教學(xué)難點(diǎn)。下面筆者談?wù)勅绾吻捎谩耙活}多變”突破浮力難點(diǎn)。

一、“一題多變”突破浮力難點(diǎn)之“體積”問(wèn)題

浮力中求解“排開(kāi)液體的體積”，是“阿基米德原理”和“受力分析”兩大難點(diǎn)相結(jié)合的題型，此類題型非常典型，學(xué)生雖然經(jīng)常遇到，但是一旦稍有難度，依然會(huì)難以駕馭。教師可將“一題多變”融入“比比液面高低”這樣的趣味情境中，讓學(xué)生積極參與層層遞進(jìn)的“變式訓(xùn)練”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)思維的節(jié)節(jié)攀升。

【典型例題1】如圖1.燒杯中盛有一定量的水，有一冰塊漂浮在水面上，當(dāng)冰完全熔化后液面將一（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式1】如圖2.燒杯中盛有一定量的水，有一冰塊在水中，且下表面對(duì)杯底有壓力，當(dāng)冰完全熔化后液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式3】如圖4.燒杯中盛有一定量的水，有一中間夾石頭的冰塊漂浮在水面上，當(dāng)冰完全熔化后液面將一（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式4】如圖5.燒杯中盛有一定量的水，有一中間夾木頭的冰塊漂浮在水面上，當(dāng)冰完全熔化后液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式5】如圖6.燒杯中盛有一定量的水，有一只塑料碗漂浮在水面上，將燒杯中的部分水舀入塑料碗中（碗依然漂浮），液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

【變式6】如圖7.燒杯中盛有一定量的水，有一物塊沉在水底，又有一只塑料碗漂浮在水面上，現(xiàn)將燒杯中的物塊撈起放入塑料碗中（碗依然漂?。?，液面將__（填“上升”“下降”或“不變”）。

二、“一題多變”突破浮力難點(diǎn)之“密度”問(wèn)題

浮力中求解“浸在液體中物體的密度”和“液體的密度”也是比較常見(jiàn)的題型，它融合了“平衡力法求浮力”“稱重法求浮力”“阿基米德原理法求浮力”以及“受力分析”。此類題型變幻莫測(cè)，非常具有挑戰(zhàn)性。教師可以迎合學(xué)生的挑戰(zhàn)欲望，巧妙地將“一題多變”融入“沖關(guān)我最棒”這樣的游戲挑戰(zhàn)情境中，讓學(xué)生積極參與“變式挑戰(zhàn)”活動(dòng)，進(jìn)而挑戰(zhàn)自己的思維極限。

【典型例題2】如圖8.先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出實(shí)心物塊在空氣中的重力為5.0 N，再將實(shí)心物塊浸沒(méi)在水中，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為4.2 N，求實(shí)心物塊的密度。（g取10N/kg）

【變式1】如圖9.先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出實(shí)心物塊在空氣中的重力為5.0 N，再利用定滑輪將實(shí)心物塊浸沒(méi)在水中，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為1.25 N，求實(shí)心物塊的密度。（g取10 N/kg）

【變式2】如圖10.燒杯中倒入適量的水，放上電子秤稱出質(zhì)量為100 g，然后放入一實(shí)心塑料塊，示數(shù)為140 g，再用一個(gè)力將塑料塊完全浸沒(méi)時(shí)，示數(shù)為180 g，請(qǐng)問(wèn)塑料塊的密度是多少？（g取10 N/kg）

【變式3】在一個(gè)圓柱形容器內(nèi)盛有深為20 cm的水，現(xiàn)將一質(zhì)量為200 g的密閉空心鐵盒A放入水中，空心鐵盒有一半浮出水面;當(dāng)鐵盒上放一個(gè)小磁鐵B時(shí)，鐵盒恰好浸沒(méi)水中，如圖11甲所示;當(dāng)把它們倒置在水中時(shí)，A有1/5的體積露出水面，如圖11乙所示，小磁鐵B的密度為_(kāi)_kg/m²。

【變式4】有學(xué)生用學(xué)過(guò)的科學(xué)知識(shí)測(cè)一個(gè)金屬球的密度。他找來(lái)了圓柱形容器、刻度尺和一個(gè)塑料小碗。把圓柱形容器放在水平桌面上并在其中裝入適量的水，讓塑料小碗漂浮在水面上，此時(shí)容器內(nèi)的水深為18 cm。當(dāng)把金屬球放入容器內(nèi)的水中時(shí)，容器內(nèi)的水深為19.5 cm，如圖12甲所示?，F(xiàn)將金屬球取出后放入塑料小碗中，靜止時(shí)如圖12乙所示。乙圖中的水面比甲圖中的水面高3 cm。已知：容器的內(nèi)部底面積為400 cm²，則金屬球的密度是__kg/m³。

【變式5】如圖13.在量筒中放入適量的水，記錄體積為V1.然后將一實(shí)心塑料塊放入量筒，當(dāng)其漂浮時(shí)，記錄體積為V2.然后用細(xì)鐵絲將其完全壓入水中，記錄體積為V3.則塑料塊的密度為多少？

【變式6】如圖14.先用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出實(shí)心物塊在空氣中的重力為5.0 N，然后將物塊浸沒(méi)在水中，此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為4.0 N，再將物塊浸沒(méi)在鹽水中，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為3.9 N，求實(shí)心物塊的密度。

【變式7】如圖15.量筒中放入適量水，體積為V1.讓一輕質(zhì)物體漂浮在量筒的水里，水面到達(dá)的刻度為V2;量筒中放待測(cè)液體，體積為V3.再讓同一個(gè)輕質(zhì)物體漂浮在量筒中的液體里，液面到達(dá)的刻度為V4.則待測(cè)液體的密度為多少？

三、“一題多變”突破浮力難點(diǎn)之“沉浮”問(wèn)題

“沉浮”問(wèn)題，說(shuō)白了就是比較重力和浮力的大小，然而其融合“阿基米德原理”和“壓力、壓強(qiáng)”等知識(shí)后就很具變換性和挑戰(zhàn)性了。此類題型內(nèi)藏玄機(jī)，趣味盎然，教師可以巧妙地將“一題多變”融入“魔性沉浮”這樣的趣味情境中，讓學(xué)生享受“一題多變”帶來(lái)的快樂(lè)。

【典型例題3】用細(xì)繩連在一起的氣球和鐵塊，恰能懸浮在盛水的圓柱形容器內(nèi)如圖16所示位置。若用力向下輕輕撥動(dòng)一下鐵塊，則氣球和鐵塊的沉浮情況及水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)將如何變化？

【變式1】用細(xì)繩連在一起的氣球和鐵塊，恰能懸浮在盛水的圓柱形容器內(nèi)如圖17所示位置，若用水浴微微加熱，則氣球和鐵塊的沉浮情況及水對(duì)容器底部的壓強(qiáng)將如何變化？

【變式2】如圖18.一個(gè)廣口瓶里面裝著一個(gè)用倒放的小瓶子制作成的浮沉子，廣口瓶中裝有一定量的水，瓶口用橡皮膜封住，開(kāi)始時(shí)小瓶子是漂浮的，若向下按壓橡皮膜會(huì)觀察到什么現(xiàn)象？

【變式3】如圖19.圓筒內(nèi)盛有水，水的上方被活塞A密封住一部分空氣，一試管B開(kāi)口朝下，豎直漂浮在水面上，管內(nèi)封有一段長(zhǎng)為L(zhǎng)的空氣柱，試管所受浮力為F，管內(nèi)外水面高度差為h，現(xiàn)將活塞A向上稍拉一小段距離后，試管又重新平衡（試管內(nèi)氣體沒(méi)有溢出），h、L、F如何變化？

【變式4】如圖20.將體積相同、材料不同的甲、乙、丙三個(gè)實(shí)心小球，分別輕輕放入三個(gè)裝滿水的相同燒杯中，甲球下沉至杯底、乙球漂浮和丙球懸浮，比較各燒杯對(duì)桌面壓強(qiáng)的大小。

四、“一題多變”突破浮力難點(diǎn)之“圖像”問(wèn)題

浮力中的“圖像”問(wèn)題對(duì)學(xué)生思維的要求很高，它需要學(xué)生根據(jù)圖像想象運(yùn)動(dòng)情景，并建立模型，然后再分析受力情況，且綜合運(yùn)用“阿基米德原理”“沉浮條件”“壓力、壓強(qiáng)”等來(lái)解決相應(yīng)問(wèn)題。此類題型靈活多變，難度頗大。教師可以巧妙地將“一題多變”融入“美圖秀秀”自主創(chuàng)作情境中，讓學(xué)生享受“一題多變”帶來(lái)的思維沖浪。

【典型例題4】如圖21甲所示，在容器底部固定一輕質(zhì)彈簧，彈簧上方連有正方體木塊A，容器側(cè)面的底部有一個(gè)閥門B，此時(shí)木塊A剛好完全浸沒(méi)在水中，接著打開(kāi)閥門B，緩慢放水，直至木塊A完全離開(kāi)水面時(shí)，再關(guān)閉閥門B，這個(gè)過(guò)程中，彈簧彈力F與木塊露出水面的體積V的關(guān)系如圖21乙所示。（已知p水=1.0×10³kg/m³，p木=0.7×10³kg/m³，木塊體積為Vo不計(jì)彈簧所受浮力）求：（1）D點(diǎn)的橫坐標(biāo)d值為多少？（2）點(diǎn)C與點(diǎn)E的縱坐標(biāo)c、e的絕對(duì)值之比為多少？

例題講解后，請(qǐng)學(xué)生畫一畫對(duì)應(yīng)其他物理量的“變式圖像”（如圖22、圖23和圖24），并以“美圖秀秀”的形式來(lái)呈現(xiàn)，讓學(xué)生自己體驗(yàn)“一題多變”帶來(lái)的快樂(lè)。

為了更好地鍛煉學(xué)生的逆向思維，教師可以將“放水”改成“注水”，讓學(xué)生饒有興趣地去逆向探索，以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

【逆向思維例題】如圖25甲所示，高5 cm、重4 N的長(zhǎng)方體物塊被彈簧固定在燒杯底部?，F(xiàn)向燒杯中緩緩加水，水位高度H隨時(shí)間變化如圖25乙所示。（整個(gè)過(guò)程中，彈簧每受到1N的力，伸長(zhǎng)或壓縮1 cm，彈簧所受的浮力忽略不計(jì)）

講解逆向思維例題后，也請(qǐng)學(xué)生畫一畫對(duì)應(yīng)其他物理量的“變式圖像”（如圖27、圖28和圖29），這時(shí)學(xué)生已經(jīng)有了經(jīng)驗(yàn)，再次親自參與“一題多變”的創(chuàng)作，內(nèi)心便會(huì)獲得滿滿的成就感。

綜上可知，運(yùn)用“一題多變”可有效突破浮力難點(diǎn)，很好地激活學(xué)生的科學(xué)思維，全面提升學(xué)生分析與綜合、邏輯與推理、類比與創(chuàng)新等高階思維，真正培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。