郁志芸

(江苏省南京市第九初级中学，江苏 南京 210018)

《义务教育物理课程标准(2011年版)》指出：义务教育阶段的物理课程应以提高全体学生的科学素养为主要目标,激发并保持学生的学习兴趣，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律。把科学探究任务链引入教学实践，通过创新实验设计来激发和引导学生的科学探究，珍视和正视学生在课堂上的思维生成，可培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。

1 问题的提出

“探究影响浮力大小的因素”是“浮力”教学中的重要实验，通过实验探究得到阿基米德原理，由阿基米德原理可推得：F浮=G排=m排g=ρ液V排g，也论证了此实验所得到的结论。学生在探究实验中，除得出结论之外，如何猜想？如何验证？为什么最终发现只有排开液体的体积和液体的密度这两个影响因素？这些问题的解决在探究教学中非常重要。

在教学中常遇到的困惑是有些学生提前自学，知道了结论，只会猜想到影响浮力大小的因素是液体的密度和排开水的体积。而对于没有自学的学生，其实是很难想到这两个因素的，甚至他们对排开水的体积都没有概念。所以放开猜想，会有许多生成，学生会猜想到的其他因素有：物体的体积、质量、密度、重力、表面积、形状、深度、液体的体积……出现这种情况很正常，说明学生们思考了，思维活跃，是好事。但我们往往会因为实验难操作或时间有限而回避一些课堂生成，最希望得到的猜想是排开液体的体积、液体的密度和浸入液体深度。对于物体的密度和体积则较少去探究，至于物体的表面积和形状就更不会去探究了。笔者认为应该引导学生设计实验，而不是回避问题。因为学生的疑惑没解决，问题会一直伴随着他们的物理学习。

2 器材选择与操作

在教学中，可利用几个形状规则的物块进行不同的组合，以此满足验证各种猜想对器材的要求，如何验证那么多种猜想呢？

笔者对测量浮力的实验器材进行了改进，用到了一个可调节高度的支架，其优点是可以更稳定地观察物体浸入水中深度发生变化时弹簧测力计示数的变化，也为测量组合物块受到的浮力提供了稳定读数的条件。

如图1所示，将6个同体积的圆柱形铁块捆绑而成组合体，用它可以探究浮力与排开液体的体积、液体的密度以及深度的关系，利用中间的红线可方便地观察到浸入液体的体积为组合体体积的一半。如果要探究浮力与液体体积的关系，只要改变烧杯容积就可以了。

图1

外形完全相同的物块不难找到，比如“探究质量与体积关系”的实验中用到的铁块和高密度塑料块都能沉入水中，就可以用来进行组合。为了使测出的浮力大一些，可以选用最大的铁块和塑料块。可引导学生根据问题解决的要求，采用控制变量法，改变器材的组合，进行相关探究与验证。

2.1 探究浮力与物体密度的关系

在探究浮力与物体密度的关系时，控制物体体积不变，改变物体的密度，当然这也同时研究了浮力与物体质量的关系。实验时，可以用铝、铁、铜圆柱块两个一组，也可以将铁块和高密度塑料块四个一组进行组合(图2)。

图2

2.2 探究浮力与物体体积的关系

在探究浮力与物体体积的关系时，控制物体的密度相同，改变物体的体积。实验时，可以用相同材质的物块以不同数量进行组合，但一定要注意控制排开液体体积相同，保证组合体浸入水中的体积相同。如图3所示，只需浸入红线以下的部分，就能满足物体体积不同、排开液体体积相同的实验条件，多标注一条红线，还可以多进行一次对比。

图3

2.3 探究浮力与物体表面积的关系

少有老师去做“探究浮力与物体表面积的关系”的实验，多数是因为实验器材准备起来较困难，而用规则物块组合就可较容易地完成实验任务，图4所示的组合就能实现物体的表面积不同，能够达到实验条件的控制要求。

图4

2.4 探究浮力与物体形状的关系

在探究浮力与物体形状的关系时，要求只有形状不同，其它条件都相同，这看似很难，其实只要在图4中左边的3个物块上平放右边的3个物块，改变它们的位置或旋转一定的角度就可以实现，利用图5所示的各种组合，就可以探究学生提出的猜想。

图5

3 证据分析与结论

那么实验效果如何呢？让我们看一下实验情况。

(1) 如图6所示，应用称重法，有：F浮=G-F，利用圆柱块组合，当一半体积(3个圆柱块)浸入水中时浮力为0.3N，当整个(6个圆柱块)浸入水中时浮力为0.6N。

图6

(2) 如图7所示，利用长方形金属块组合，当有两个金属块浸入水中时浮力为0.2N，当有4个金属块浸入水中时浮力为0.4N。

图7

(3) 用高密度塑料块进行实验，可以和金属块进行对比，可以发现：物体密度不同、但排开液体体积等其它因素相同时，浮力大小是相同的。

总之，利用组合物块探究影响浮力大小的因素是可行的，可以真正排除其它影响因素，验证浮力大小只跟排开液体的体积和液的体密度有关。

4 实验总结与反思

通过组合物块，引导学生探究各种猜想，最终得到了令人信服的结论，体现了严谨求真、敢于质疑的科学态度。在课堂上，教师注重激发学生的创新思维，引导他们大胆猜想、质疑，学生能够依据生活经验提出自己的猜想，并且在教师的指导下设计实验去验证猜想，逐渐养成了学生敢想敢试的探究精神。

这些组合物块在笔者的物理课上已经使用，效果不错，但也有一些问题需要改进。

(1) 由于实验器材有限，为了凸显常规因素探究的重要性，探究浮力与排开液体的体积、液体的密度、深度关系的实验要分组，探究其它因素的影响时可以由教师备好物块组，针对课上的猜想由学生自主选取器材、进行实验。

(2) 为了节省课堂时间，主次要分明，可将其它实验拍摄成图片或者视频，有针对性地把学生的猜想验证一遍。

(3) 长方形金属块是常用的实验器材，但其体积较小，需要将多个金属块捆绑起来，如果能找到更大更合适的规则物体进行组合，效果会更好。

(4) 在课堂演示时，若使用尺寸较大的演示用弹簧测力计，其分度值为0.2N，浮力测量的误差比较大，笔者使用了学生分组实验所用的弹簧测力计，其分度值为0.1N，在讲台演示时用手机投屏，方便了学生读数，提高了实验精度。