罗宏卫

（湖北省宜昌市五峰县采花中学）



谈『探究浮力的大小跟哪些因素有关』的实验设计

罗宏卫

（湖北省宜昌市五峰县采花中学）

“控制变量法”是初中物理探究实验的基本方法，该设计思想贯穿初中物理教材的始终。这样，会让学生在探究涉及多个变量的物理问题时，把“控制变量”作为实验设计的首要选项，让“控制变量”的意识在学生大脑中根深蒂固。

人教版初中物理教材中，第一次明确提出“控制变量”的是八年级下册《浮力》中“探究浮力的大小跟哪些因素有关”的实验设计。

教材首先根据三个有关实例提出猜想；浮力的大小可能跟固体的密度、液体的密度、固体浸入液体中的体积和固体浸入液体中的深度有关。然后提出“在检验浮力的大小与其中某一个量的关系时，必须使其他量保持不变”。而在具体的探究设计过程中，则是先把弹簧测力计下悬挂的圆柱体“浸没在一种液体中”，分别在液体内不同深度来探究浮力的大小是否跟深度有关。这就控制了固体的密度、液体的密度和浸入液体中的体积，只改变了深度，从而确定浮力的大小与深度无关。

我曾经也是按照教材的设计思路来引导学生进行实验设计的。上述实验设计看似无懈可击，但在探究浮力的大小跟物体浸在液体中的体积有关时，就出现了状况。教材是这样设计的：“把弹簧测力计下悬挂的圆柱体浸在液体中的体积逐渐增大”。由于前面已经得出了浮力与深度无关的结论，因而可以得到“物体浸在液体中的体积越大，浮力越大”的结论。当时，我遇到一个较真的学生，他提出：该实验设计中出现了两个变量——深度和浸入的体积，根据实验现象也会得出浸没前的物体所受浮力的大小与深度有关的结论。我被他问得一愣，而后，在非常严肃的表情下用“前面已经得到了浮力的大小与深度无关的结论”搪塞过去。

看着该同学带着不满意的表情转身离去的背影，我心中似打翻了五味瓶：前面说的“与深度无关”是在“浸没”的情况下得出的，而现在是“浸没前”的情形。学生虽被我唬住了，但其心中不满意，仍有疑问啦！何况本节明确提出“控制变量”，该设计没有把变量控制下来，才会让该同学产生这样的疑问，他的问题是对的！如果按这样的设计思路引导学生进行实验设计，会造成学生在规律的认知上的混乱，不能正确地认识浮力大小的有关因素。学生在今后的物理探究实验时，会出现一些不够严密的设计方法，不能养成严谨的科学态度。不论是于知识的传承还是于学生品质的发展，都是不利的。

后经周密的思考，对实验进行了如下的改进。

第一步，探究浮力的大小与浸在液体中的体积的关系：

分别用悬挂在弹簧测力计下的三个大小不同的铝块（体积相差较明显）浸没在同一种液体中的同一深度处，可以得到“物体浸在液体中的体积越大，浮力越大”的结论。该设计控制了其他三个变量，只改变了“浸在液体中的体积”。

第二步，探究浮力的大小与物体浸在液体中的深度的关系：

首先，用一个长高比明显相差大的长方体铝块，分别在其竖面和侧面刻出体积的1/3、1/2和2/3的标记。然后，分别把长方体铝块竖着和侧着挂在弹簧测力计下，让其体积的1/3刻线处与液面相平（长方体铝块的下表面与液面平行），通过测量算出浮力的大小，加以比较；后依次测出液面位于1/2和2/3处时，竖放和侧放的浮力，加以比较。这样，在每次测量过程中，都控制了其他因素而改变了深度。但由于浸入液体内的体积相同，因而每次测得的浮力也相同，从而得出“浸没前”的物体受到的浮力大小与深度无关的结论。

接着，按照教材所述方法，探究“浸没后”的物体受到的浮力大小与深度无关的结论和其他有关因素的探究。

上述前两步的探究，不但严格控制了变量，而且每一步都是通过测量，得出三组数据后分析得出的结论，让所得的结论更具说服力。从实验的设计到分析论证更加严密，学生更加信服得出的结论。同时，培养了其严谨的学习研究品质和一丝不苟的生活习惯。

我对实验进行改进后，面向全体学生向原先提出问题的同学致以真诚的道歉，同时感谢他的提问，让我们找到了解决问题的办法。通过严密的实验设计，让学生在科学探究中更加严谨，使他们勤于思考，勇于探索真理，成为学习的真正主人。使老师在今后的教学活动中，让学生多思考、多动手，善于挖掘学生的智慧，通过缜密的研讨后，求得最佳的教与学的方法，成为学生学习的真正主导者。

·编辑谢尾合