第三条路
——浅谈《浮力》的教学设计及体会
青岛第57中学 赵瑞福
《浮力》是人教版九年级《物理》第十四章“压强和浮力”的第五节，历来是初中物理的重点内容。在浮力的课堂教学中，探究浮力的大小是教学的重点和难点。那么这个重点和难点问题，教学中应该如何突破呢？
回顾了一下新课改以来我所听过的老师们讲过的《浮力》这节课，针对这个问题的处理，老师们采取的教学方式主要有两种：1．直接探究浮力大小等于什么。2．通过探究浮力的影响因素，间接探究浮力的大小。
一、直接探究浮力大小等于什么
2004年苗玉娟老师的课、2005年葛雪梅老师的课、2010年胶南市物理教研员辛强老师的课，都是采用的这一教学模式。这一教学模式是以人教社出版的教材为蓝本，在引入浮力的事例、介绍浮力的方向和测量浮力大小的方法以后，直接介入“浮力大小等于什么”。通过探究一个实验：在水桶中装水，用手把空饮料罐按入水中，（1）体会下压饮料罐的过程中浮力大小变化。（2）观察水被排开的数量变化，在“体会”和“观察”之间进行比较、思考。实验事实是按压空饮料瓶，手感到浮力增大了，观察到随着浮力的增大，排开水的数量（体积）随着增加。由此提出猜想：浮力的大小可能和排开水的多少有关系。至于排开水的多少所表示的意义，教师则要发挥引导作用，对于学生猜测排开水的多少、体积、质量等，通过已有知识可以很方便的引导到排开水的重力，由此提出明确猜想：浮力大小可能和排开水的重力有关系。直接锁定浮力、物体排开水的重力两个力之间存在联系。
剩下的任务就是设计实验直接寻找这两个力的大小关系。由于浮力的大小可以通过测重法间接测量实现，设计实验的关键是寻找物体排开水重力的大小。由此可以看出，通过此种探究方式巧妙地避开了猜想的繁杂和困难，大大的简化了设计实验的难度。大量节省课堂探究和实验的时间，从而实现并且提高课堂教学的有效性。这种探究的方式回归了历史本来，把浮力和重力这两种力直接联系起来，训练的是一种直觉思维。
二、通过探究影响浮力大小的因素，间接探究浮力的大小
2010年全国第九届中学物理青年教师教学大赛中学物理课堂教学录像比赛宁夏回族自治区银川市景博中学陈云剑老师的课，就是采用的第二中模式，这一模式同样在引入浮力的事例、介绍浮力的方向以后，直接提出：浮力的大小与什么因素有关？并由学生自由猜想。此时教师会提供许多场景、进行系列活动，学生思维也会很活跃，能够猜想很多影响因素：液体的密度、物体的密度、物体的体积、液体的体积、物体在水中的深度、排开水的体积等等。在学生猜想的基础上由老师引导学生设计实验对猜想逐步排除或者验证确认。
此种教学设计从教学实践中看，需要的时间比较多，要完成浮力的教学至少需要2课时。学生设计实验存在一定的困难。优点是学生经历了多个实验设计、探究过程，比较多的培养了实验设计能力。这种探究的方式训练的是学生的发散思维。
仔细分析和体会，会发现两种探究模式实际上是为了达到同一教学目标，采用了两种不同的思维方式，但却都有自己独特的优越性。
我在重新设计这节课的时候，就一直在思考，能否找到第三条道路，把以上两中探究模式的优越性，都吸纳进来，进而为我所用呢？但是一直不得要领，找不到出路。看了王平老师的《中国古代科学家的方法与物理探究建模》一书，在读到张子信的“差异----规律”探究模式的时候，我眼前一亮，恍然大悟！这不正是我苦苦寻找的第三条道路吗！以“测重法实验”为载体，对它进行深入地挖掘和分析，把“测量”和“观察”有机地结合起来，推导出影响浮力大小的因素，并在此基础上，进一步推断出浮力和排开的液体的重力之间的大小关系，从而完成对这个难点问题的突破！在这个过程当中，既培养了学生的“直觉思维”能力，又发展了学生的“发散思维”能力，把两种探究模式的优越性，完美地结合了起来。由此，我们不难看出：“测重法实验”，成为了连接两种不同探究模式的纽带；“测重法实验”，成为了带活整盘棋局的关键棋子！
那么，这枚关键的棋子，应该如何隆重出场呢？这个地方，人教版教材的处理是直接以“想想做做”小实验的方式给出，把测量的方法强推给学生，未免显得有些生硬！一般老师的做法是：在抛出“在水中下沉的物体是否受到浮力”这个问题之后，直接让学生设计实验，进行探究。这种处理的方式比教材上的方式，有了明显的进步，对于那些生活中有过类似体验和经历的学生来说，（例如：有过用水桶从井中提水的经历、有过在水中搬运石头或其它重物的经历、甚至有过从浅水走向深水或者反过来从深水走向浅水的经历的学生），理解起来不会有太大的问题，起码不会形成难以逾越的障碍；但是，对于那些生活中没有过类似体验和经历的学生来说，要想让他们一下子想到用弹簧测力计去检测浮力的存在，那难度恐怕 就大了去了！而这个地方处理地好不好，到不到位，直接影响到后面这节课难点问题的解决！
这个棘手的问题，应该如何处理呢？这也是我在对这节课进行重新设计的时候遇到的一个障碍。自己想了很久，几个方案都不满意。最后，我把希望又寄托在了王老师的新作《中国古代科学家方法与物理探究建模》上，当读到韩非的“推理——归谬”探究模式的时候，我如释重负，眼前又柳暗花明了！韩非在《韩非子·难势》中讲述的“自相矛盾”的故事，学生耳熟能详，那么我何不让学生演绎一个现代版的“自相矛盾”呢？我提出“在水中下沉的物体是否受浮力”的问题之后，学生的猜测只有两种可能，或者是“受浮力”，或者是“不受浮力”，除此之外，没有第三种可能！那么，不妨让学生先假设“在水中下沉的物体不受浮力”，然后引导学生根据物体现在所处的状态是静止状态，属于平衡态，进行受力分析，逆果推因，进一步推理出物体只受两个力，一个是竖直向下的重力，一个是竖直向上的拉力，这两个力是一对平衡力，大小应该相等，即F=G；然后再让学生用弹簧测力计实际测量一下这两个力的大小，进行验证，实验结果发现是F≠G，这便证明了我们刚才的假设是错误的，那么只剩下一种可能，即“在水中下沉的物体也应该受到竖直向上的浮力”。既然也受浮力，接下来就可以很自然地问学生：“这个浮力是多大呢？”，再一次引导学生根据物体所处的状态对物体进行受力分析，逆果推因，最后得到“测重法”求浮力的公式：F浮=G－F。这样，“测重法”实验的推出，便显得有必要和自然的多了！
至此，这节课的主体框架，已经浮出水面，主体脉络，已经基本形成。在沿着已经基本成型的主体脉络，对这节课进行进一步完善的时候，我发现，作为这节课重点和难点的“通过探究影响浮力大小的因素，间接探究浮力的大小”这个问题的提出，显得有些突兀！原来采用第一种探究模式，直接探究浮力的大小等于什么的时候，在得出“测重法”求浮力的公式之后，直接抛出“如何测轮船在水中受到的浮力”，使后面“探究浮力的大小等于什么”问题的引出很自然。现在我们在这个环节采用的是和第二种探究模式相同的方法，如何使“通过探究影响浮力大小的因素，间接探究浮力的大小”这个问题的提出，也变得那么自然流畅呢？我一下子想到了我们前边学过的“求人民英雄纪念碑碑心石质量”的问题，要求它的质量，没有那么大量程的天平，无法直接测量，我们采用的策略是先探究出影响质量大小的因素，然后推导出质量的公式，最后利用公式来间接地计算出碑心石的质量。今天我们要想知道的是轮船在水中受到的浮力，同样无法直接测量，那么我们是否可以借鉴一下上边问题的解决思路，先探究一下影响浮力大小的因素，然后推导出浮力的计算公式，最后用公式来间接地计算出轮船在水中受到的浮力呢？答案是肯定的。这实际上就是王老师在书中提到的我国宋代科学家沈括的类比的研究思想！
其次，我发现在我最初的设计构想中，从得到了影响浮力大小的因素之后，到引导学生探究浮力大小和物体排开的液体受到的重力大小之间的关系，这中间的过程设计过于笼统和简单，实际上，这中间包含了两次转换，第一次是由探究“浮力和液体密度以及排开液体体积之间的关系”转换到探究“浮力和排开液体质量之间的关系”；第二次是由探究“浮力和排开液体质量之间的关系”到探究“浮力和排开液体重力之间的关系”。这是典型的“问题----转换”探究模式，是我国北朝天文学家何承天的研究思想。
至此，我运用“中国古代科学家的研究方法”，建构起了这节课的完整框架！显现出了这节课的清晰的脉络！
2010年12月
