小学科学《浮力》一课的创新与思考 论文

小学科学《浮力》一课的创新与摘要：本文讨论的是教育科学出版社小学《科学》，第三课《浮力》，一课中的教学设计和实验行性、实验数据的准确性、学生的实际操作等方面，作者进行了几点改变和思考。同时对根据课堂教学的实践，作者对自己的设计进行了反思。关键词：浮力实验、改进、创新、推压力计。引言：从《义务教育科学课程标准（2017年版）》在“教学具开发建议”中提到，科学探究离不开物质材料的支持，精心设计的教学具可以帮助学生更好的理解抽象、难懂的科学知识。教具的设计，应着眼于帮助教师向学生清楚演示抽象、难懂的科学概念。而在设计及执教《浮力》这一课的过程中，我发现课本提供的实验方法和流程存在一定的不足之处。针对问题和学生的认知特点，按照“探究—研讨”的教学方法，如何让学生做好在探究之前准备、如何运用有“结构的材料”、以及探究的过程中更便捷结果都是我们希望解决的问题。一、“平衡力”概念的引入和介1.教材中关于“平衡力”的处理本节课是教育科学出版社小学《科学》，五第五课，前面四课的内容，从观察物体在水中的浮和沉，到物体在水中的浮和沉的影响因素，做了一系列的实验和解释。已经让学生对浮力这一抽象的概念有了一定的感受。因此本课从“感受浮力”的角度切入，让学生通过按压，感受泡沫块在水中的受力情况，来对浮力进行描述，从而得到浮力的两个关键词：“水对泡沫塑料块产生”、“向上的力”。紧接着课本就给出了：“当泡沫块静止浮在水面上时，它受到的浮力，等于它受到的重力，且方向相反”。“平衡力”的常突兀，因为学生之前并没有对物体进行受力分析的基础，并且对力这样的抽象概念概念时比较模糊的。但是平衡力是后面测量浮力大小的基础，十分重要，所以我增加了一些设计。2.我的设计与改进五年级学生已有的知识结构是四年级学习的重力，因此我将此处抽象的平衡力”的概念进行了具象化。我的处理方式是：首先请两位力气差不多的“同学上台进行拔河比赛，在比赛的过程中，让学生体会，原来静止不动也有可能是两边的拉力大小相等，方向相反；接着请一位同学提一桶水，请同学们根据刚刚的拔河比赛，推测此时水桶受到的力，以及水桶静止的原因。3.我的反思（1）通过这两组实验，学生能够很快的理解，泡沫块受到的浮力与重力大小相等、方向相反。为后面思考“测量浮力的方法”起到很好的铺垫作用。（2）对于力的三要素：方向、大小和作用点，由于时间问题，对“作用点”这一要素，我选择了忽略讲解，但这样分析是缺乏科学性的。（3）通过课堂教学实践发现，学生在进行该项活动时，所用的时间往往超过预期的3分钟，这取决于学生对重力这个知识点的记忆程度。因此课前还是应该改做好学情调查。二、实验改课本中对于测量浮力的实验设计部分，采用学生讨论的方式开始。学生首先讨论：“当泡沫块压入水中时，它受到的浮力有变化吗？”得出有变化的结论后，接着讨论如何“用弹簧测力计测出浸入水中泡沫塑料块受到的浮力大小”。在教学实践中我发现，即使学生已经知道了，漂浮在水面的泡沫塑料块，受到的浮力大小等于重力大小。当我问到“如何测量此时泡沫塑料块受到的浮力大小？”时，学生仍然是不知道该怎样进行操作的。他们有的按，有的秤，无法将测量浮力与以往的知识结构挂钩。因此我对这部分的改进如下：（一）实验步骤改进我在测量变化的浮力之前，增加了一个学生实验：设计并测量浮在水面上的泡沫塑料块受到的浮力大小。并将本实验代替了课本中测量“小部分浸入水中”的泡沫塑料块受到的浮力大小实验。这样改进的好处是，很多学生会立刻回想起来，刚刚学习的“平衡力”的知识点，从而顺利的设计出实验，得出此时泡沫塑料块受到的浮力大小。接下来再讨论：“如何测量出浸入水中不同体积的泡沫塑料块收到的浮力大小？”方便学生对知识进行垂直迁移。（二）实验方法改进1.课本实验分析课本中在测量“浸入水中不同体积的泡沫塑料块收到的浮力大小”时，采用的是，使用弹簧测力计加滑轮的设计，对泡沫塑料块施加向下的压力。再根据“浮力大小=重力大小+拉力大小”的式子，以及记录的实验数据，计算出浮力的大小。图1：课本提供的实验方法，图2：课本出示的实验记录表格1在学生得出浮力大小与排开的水量的关系后，统一“浸入水中的多少”这一变量，测量大小不同的泡沫塑料块完全浸入水中时所受到的浮力大小。图3：课本出示的实验记录表格2如此设计的优点是：（1）学生对弹簧测力计的使用方法已经比较熟悉；这样的实验设计逻辑清晰，既然无法在水下使用弹簧测力计，那就使用定滑轮，改变拉力的方向，按照学生的思路，这一点很容易想到。能够充分的发挥学生在设计时主动性。（2）第二组实验，作为第一组实验的补充，从两个角度对浸入水中的体积进行阐述，加深印象。并且学生在熟悉了实验操作后，再进行实验，既可以锻炼学生的操作能力，又能提升学生对于实验的严谨性的认识。但我认为，设计也有不可忽略的问题：（1）拉力的方向问题：这是导致实验误差最大的问题。实验中涉及的三个力分别是重力、浮力以及拉力，这三个力是同一作用点、竖直方向上的三个力。但是在实验操作中，由于操作难度大，学生不免会出现拉力不在竖直方向上的问题，这对实验数据的影响很大。图4：实际操作中可能出现的误差原因示意图通过实验我们发现，当“理论拉力”的方向与“实际拉力”的方向的夹角越大，拉力的误差越大。泡沫塑料块的体积越大，越难达到理论拉力的方向。（2）水对滑轮和绳子的阻力：由于水压，滑轮在水底的转动有一定的阻力，绳子与滑轮之间也有摩擦力，都会导致实验的误差变大。（3）关于表格中“排”，这一实验数据无法根据课得出。“排开的水量”这一概念指的是排开水的体积，要准确测量排开水的体积，需要用到烧杯、量筒等一系列的仪器。不仅增加了原本实验的内容和难度，还增加了课堂实验的时间。2.改进思路（1）原理改进：将向下的拉力改为向下的压力。浮力大小=重力大小+压力大小。（2）仪器改进：直接使用可以测量压力的推压力计，测量向下的压力。该仪器既可以测量压力，又可以测量拉力，使用方便，操作简单，数据准确易读。图5：推压力计示意图（3）实验记录表格改进：利用表格里面的图片和等式，指导学生进行实验操作和计算。本节课的目标是根据观察，能够得出“物体浸入水中的体积越大，排开水的体积越大，受到的浮力也越大。”的结论因此把“排开的水量””，因为液体是红色的，提示，学生很容易发现，水槽内液面的上升。然后再通过水平迁移，从液面的上升的原因联系到排开水的体积，得到最终结论。3.我的实验设计1）实验原理：静止在水中的泡沫塑料块，受到的向上浮力大小，等于向下的重力大小与压力大小之和。（2）实验仪器：大小不同的三块泡沫塑料块（带绳子，有序签）、推压力计一个，实（3）实验步骤：①观看推压力计的使用视频，了解使用注意事项。②调整推压力计到测量拉力模式，测量泡沫块的重力。③计算漂浮的泡沫塑料块受到的浮力大小。根据此时浮力大小等于重力大小，计算出浮力大小。④测量泡沫塑料块的一半被压入水中时受到的浮力大小。调整推压力计到测量压力模式，用压力计将泡沫塑料块压入水中一半（液面至泡沫塑料块的刻度处）读取此时的压力大小。根据此时的浮力大小等于重力和压力之和，计算出此时的浮力大小。（由于是同一块泡沫塑料⑤测量泡沫塑料块全部被压入水中时受到的浮力大小。调整推压力计到测量压力模式，用压力计将泡沫塑料块完全压入水中，读取此时的压力，计算浮力大小。⑥比较测量的三组浮力的大小，推测影响泡沫塑料块受到的浮力大小因素，以及浮力大小与烧杯内液面高度的关系。⑦重复步骤②和⑤，分别将三块大小不同的泡沫塑料块完全压入水中，测量三块泡沫塑料块分别被完全压入水中时受到的浮力大小。（4）实验结果三、实践和反1.课堂实录：（节选）（1）片段一：师：为什么两位同学同时在使力，却都静止在这里？生：他们的力气一样大。师：除了力气一样大，还有别的原因吗？生：他们一个向左拉，一个向右拉。师：所以，当两个力大小相等，方向相反的时候，受到力的不动。现在你能分析一下，吊着的这个砝码为什么也是静止的呢？生师：如果我剪断绳子，会怎么样？为什么？生：因为砝码受到了重力。还有绳子的拉力，并且拉力和重向相反，所以砝码不动。（2）片段二：师：现在你能测出你们桌上的泡沫块，浮在水面时受到的浮样测量？生：测量它的重力，就等于浮在水面的浮力了。师：为什么？生：因为它静止了，和刚刚的砝码一样，但是没有绳子，有样的。（板贴：浮力，重力，静止=重力）师：好的，那你来试一试吧。生：上台演示（希沃：实时拍摄实验过程）（3）片段三：师：只要是完全浸没的物体，受到的水的浮力都一样大吗？生：不一定。师：我现在有三块大小不同的泡沫块，把他们完全浸没在水浮力一样大吗？生：不是。师：谁受到的浮力会最大？请在图片上标出它们受到的浮力大小的顺序。生：进行预测。1号最大，3号最小。师：为什么？生：1号的体积最大。师：泡沫块受到浮力的大小与是否完全浸没无关，而是与泡体积有关。泡沫块浸入水中的体积越大，受到的水的浮力越大。现在你能解释，为什么完全浸没的泡沫块受到的浮力更大了吗？生：一块泡沫块，当他完全浸没时，泡沫块浸入水中的体积时要大，所以受到的浮力更大。2.问题与反思：（1）由于时间问题，这堂课我没有完成第二个探究实验，而是把探究改成了判断和分析。造成这个问题的原因有：①预设的时间不合理，比如我预2分钟左右，但学生操作，由于是新的仪器，学生不熟练，需要指导，因此耽误了时间。②由于对于学情调查的不够全面，提出的问题对学生来说如：从拔河到吊着的砝码的受力分析，学生很容易想到绳子的拉力，知识点，由于时间太久，需要引导；从液面升高到排开水的体积的转学生数学课的知识点，对学生来说迁移也需要一定的时间。③课前没有进行有效的分组安排，导致有的小组实验时比的时间。（2）本节课我使用的“有结构的材料”主要是四个：带绳子和标志线的泡沫塑料块、被染红的水、带初始水位线的水槽和推压力计。从教学效果来看，这四个材料都起到了我预设的作用。尤其是推压力计的使用，大大降操作难度，并且让数据变得准确。水槽上的“初始”贴纸，能够很好的示学生注意观察水槽内液面的变化。除了以上材料，通过查阅资料我校采用了“具支量杯”来测量排水量，这样既简便又准确的实验器具，能够在增加实验科学性和准确性的同时，给学生提供更加科学的概念。（3）在这新旧教材交替的时间节点上，上了旧版教材的这么一节课，既是对自己过去的教学的总结，也是对未来教学的探究。从2017版《义务教育科学课程标准》和已经更新的1-4年级新教材来看，未来科学教学主体性得到了更多的发挥空间，但这并不是压制教师的主导性。在我教师的引导作用变得更加的重要了。所以在本课的教28分钟的时间给学生做实验、分享和研讨，尽量做到“不干涉的引导”。这也是我在探寻，如何带领学生像科学家一样，“做科学参考