陳嫻敏

(福建省福州第十八中學(xué),福建 福州 350025)

STEM-SOS教學(xué)模式是一個以國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)作為重點的一種K-12階段的STEM教學(xué)模式,以項目學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)作為基礎(chǔ),通過設(shè)計和完成項目,彰顯以教師為引導(dǎo),以學(xué)生為中心的教學(xué)特點.項目的主題源自于學(xué)生在生活中遇到的問題,涉及到科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)、數(shù)學(xué)(Mathematics)領(lǐng)域,以及社會(Social Study)和英語語言藝術(shù)(English language Arts)的知識與技能[1].在STEM-SOS模式中,以項目延伸學(xué)生學(xué)習(xí)體驗,加深對理論與概念的理解,掌握分析問題、探索解決問題的方法,為高階段的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ).

初中物理教師應(yīng)基于以學(xué)生為主體的課堂教學(xué),以難點突破視角重新設(shè)計復(fù)習(xí)課,在“浮力”復(fù)習(xí)中,以此為出發(fā)點開設(shè)復(fù)習(xí)課,能讓學(xué)生在復(fù)習(xí)中體會到物理的樂趣,發(fā)揮出復(fù)習(xí)課“溫故而知新”的作用,提高物理知識水平.

1 巧妙設(shè)計層次問題,激起學(xué)生復(fù)習(xí)動力

STEM-SOS模式下的初中物理“浮力”復(fù)習(xí)課,教師可圍繞“浮力”設(shè)計一系列層次性問題,激活學(xué)生思維的同時激起復(fù)習(xí)舊知識的動力,利用不同層次的問題引導(dǎo)學(xué)生,確保問題指向浮力產(chǎn)生的本質(zhì),將抽象化的浮力知識變得更為具體,使其在問題導(dǎo)向下更好地理解與掌握浮力相關(guān)內(nèi)容[2].設(shè)計層次性問題時,應(yīng)當(dāng)堅持由簡及繁、由淺及深、由易到難的基本原則,為學(xué)生帶來引人入勝的感覺[3].

比如,教師可以設(shè)計以下問題:浮力產(chǎn)生的原因是什么?物體的沉浮條件是什么?浮力的定義是什么?大小和方向呢?阿基米德原理的內(nèi)容、公式、適用條件分別是什么?浮力有哪幾種計算方法?利用這些問題讓學(xué)生主動回顧與浮力有關(guān)的理論知識,使其進一步理解阿基米德原理、物體的浮沉條件及應(yīng)用等,有效提升教學(xué)的效果.

2 利用情境展開復(fù)習(xí),分析浮力產(chǎn)生的原因

在這一環(huán)節(jié),筆者先創(chuàng)設(shè)一個新的情境,提出問題:福建和臺灣直線距離為130公里,連接福建和臺灣最快的交通方式是什么?你有什么新的設(shè)計方案能最快地來往福建和臺灣?通過情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,學(xué)生提出各種想法,比如飛機直航、修建直通大橋等.接著,老師利用多媒體設(shè)備播放一段世界上最長的海底隧道——港珠澳大橋的視頻,簡單介紹修建方法,因其超大的建筑規(guī)模、空前的施工難度和頂尖的建造技術(shù)而聞名于世,激起學(xué)生的愛國之情.接著提出問題,我們?yōu)殚}臺海底隧道做哪些設(shè)想?海底隧道如何建成呢?通過提問,學(xué)生討論,喚起浮力知識.接著展示材料信息:每一節(jié)密封的長方體沉管長、寬、高分別是180 m,35 m,10 m,總質(zhì)量是6×107kg.當(dāng)密封沉管灌水下沉到海底后,將其下半部分埋入海底的泥沙中,再將灌入的海水全部抽出,此時空心密封沉管不會再上浮.

問題:請你用浮力的知識解釋下半部分埋入海底泥沙中的密封沉管不會再上浮的原因?

激發(fā)學(xué)生原有知識:浮力產(chǎn)生的原因是上下表面壓力差.在這個情境下,學(xué)生回答出答案:長方體沉管下半部分埋入海底的泥沙中,底部沒有水,F向上=0,沉管不受浮力.為了讓學(xué)生強化對浮力產(chǎn)生原因的理解,老師馬上播放王亞平太空授課實驗:太空浮力消失實驗.通過前面的記憶喚醒和重組問題,學(xué)生能很快的回答出在太空失重狀態(tài)下,沒有重力,就沒有壓力,就不存在壓力差,因此太空中浮力消失.

利用問題引導(dǎo)學(xué)生理解浮力產(chǎn)生的原因——壓力差法,再通過王亞平太空授課中,浮力消失的實驗視頻強化他們對浮力產(chǎn)生原因這一知識的認(rèn)識,對浮力產(chǎn)生的本質(zhì)原因有了更深的理解.在復(fù)習(xí)中,通過創(chuàng)設(shè)全新的情境,研究貼近實際生活和太空授課的浮力現(xiàn)象,利用生動、直觀的實驗將枯燥乏味的課堂練習(xí)以明了清晰的動態(tài)化樣式呈現(xiàn)出來,讓學(xué)生在情境中觀察、思考、分析與處理,不斷鍛煉他們的思維能力,突破浮力這一難點.

3 運用情境推進復(fù)習(xí),進行浮力計算訓(xùn)練

浮力問題比較常見的一種題型就是相同物體在液體中處于下沉、懸浮、漂浮三種狀態(tài),比較物體受到浮力的大小關(guān)系[4].計算浮力的方法有阿基米德法、稱重法與受力分析法,有的問題比較復(fù)雜,僅僅依靠一種方法難以解決,學(xué)生應(yīng)具備綜合應(yīng)用多種計算方法的能力,才能夠準(zhǔn)確、高效解題.在本環(huán)節(jié)中,教師可這樣設(shè)問[5].

問題:畫出漂浮在海面上的密封沉管所受的力,漂浮在海面上的密封沉管在灌水前受到的浮力是多少牛頓?

通過作圖題的訓(xùn)練,學(xué)生馬上想到用受力分析法解決該題.因為漂浮,所以F浮=G物,學(xué)生能很快的通過分析計算得出正確答案.

問題:當(dāng)往密封沉管灌水使其下沉到上表面剛好水平浸沒在海水中時,注入的海水重力至少為多少牛頓?

這道題,主要訓(xùn)練學(xué)生鞏固復(fù)習(xí)阿基米德原理法F浮=G排=m排g=ρ液gV排解題,特別引導(dǎo)學(xué)生強化m排g這個推導(dǎo)公式.

在定性比較浮力這類試題中,除在研究同一物體在不同液體中浮力的大小關(guān)系以外,還存在兩種情況,即為不同體積、同質(zhì)量的物體在同一液體中的浮力大小關(guān)系;不同質(zhì)量、同體積的物體在同一液體中的浮力大小關(guān)系.在本環(huán)節(jié)中,教師把這兩種情況整合到一起,通過一些細(xì)節(jié)分析引導(dǎo)學(xué)生選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄕ归_分析與解題[6].

4 加工抽象物理模型,順利轉(zhuǎn)化實際情境

在此環(huán)節(jié)中,教師提出問題:通過港珠澳大橋海底隧道一施工現(xiàn)場,如圖1所示,畫出主船體將長方體沉管放入水至全部浸沒的過程中,主船體所受浮力隨物體浸入水中的深度變化的圖像.

隔離法:如圖2對沉管浮力分析,沉管下放至浸沒,V排先增大后不變,根據(jù)阿基米德原理可知沉管受到浮力先增大后不變.

圖2 沉管浮力 圖3 主船體和沉管總體受力分析

整體法:如圖3對主船和沉管受力分析,總重不變,因為漂浮,總的浮力不變.因此,在沉管下降過程中,主船體受到的浮力先變小后不變,如圖4所示.

圖4 主船體所受浮力隨深度關(guān)系

這一問題對學(xué)生的綜合能力要求更高,在解題過程中涉及到浮力大小的影響因素、平衡法求浮力、整體法和隔離法受力分析的綜合應(yīng)用,能讓學(xué)生在復(fù)習(xí)課中鍛煉和提升學(xué)習(xí)能力[7].

在充分利用港珠澳大橋的材料引入浮力知識的復(fù)習(xí)后,讓學(xué)生采用頭腦風(fēng)暴式的思維導(dǎo)圖,將浮力復(fù)習(xí)的知識體系進行梳理,如圖5所示.

圖5 浮力知識思維導(dǎo)圖

5 適當(dāng)拓展情境教學(xué),提升學(xué)生探究能力

利用海底隧道素材,復(fù)習(xí)浮力的幾種解法后,通過一道綜合的計算題,涉及浮力、密度、液體壓強、圖像等問題,強化學(xué)生分析問題、歸納問題、解決問題的能力.

在水平桌面上放置一個底面積為100 cm2,質(zhì)量為400 g的圓筒,筒內(nèi)裝有16 cm深的某液體,彈簧測力計的下端懸掛著一個底面積為50 cm2的金屬柱,當(dāng)金屬柱從液面上方逐漸浸入液體中直到全部浸沒時,彈簧測力計的示數(shù)F與金屬柱浸入液體深度h的關(guān)系如圖6所示．(圓筒厚度忽略不計,筒內(nèi)液體沒有溢出)

圖6 彈簧測力計示數(shù)與浸入液體深度圖像

求:(1)金屬柱浸沒時受到的浮力大小;

(2)該液體的密度大小;

(3)金屬柱浸沒時,水對容器底的壓強比未放入金屬柱前增加了多少?

前面各環(huán)節(jié)利用海底隧道素材,引領(lǐng)學(xué)生自主復(fù)習(xí)浮力知識,本環(huán)節(jié)順理成章地進行定量計算,通過分析圖像數(shù)據(jù),不僅可以讓學(xué)生回顧求解浮力的幾種方法,還能夠鍛煉他們綜合分析的能力.

總之,基于STEM-SOS模式下的初中物理復(fù)習(xí)教學(xué),教師需要將知識置于實際情境中,轉(zhuǎn)變以往傳統(tǒng)落后復(fù)習(xí)模式的束縛與禁錮,通過鞏固知識復(fù)習(xí)、激發(fā)思維、題型訓(xùn)練、重難點突破,結(jié)合“浮力”相關(guān)知識的特征科學(xué)制定復(fù)習(xí)計劃,以學(xué)生為主體,提升復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率.