阿基米德原理教学设计

判天地之美析万物之理——《阿基米德原理》教学设计何元秋题注：本文题目借用《庄子·天下》中的名句：“判天地之美，析万物之理，察古人之全，寡能备于天地之美，称神明之容。”一、教材简析阿基米德原理是力学中最基本、最经典的规律之一，是分析解决浮力问题的主要依据。阿基米德原理形式简洁，内涵丰富，富有美感和想象力，历来为科学界所推崇，学生通过学习阿基米德原理将受到科学思想的熏陶。二、教学目标1．经历探究阿基米德原理的过程，在科学探究过程中培养学生的求索精神和科研能力，让学生领悟科学思想和方法，在设计实验的环节中培养学生的创造能力。2．理解阿基米德原理，会运用阿基米德原理解决实际问题。三、教学思想1．加强实验教学。学生在生活中对浮力现象有所了解，但对浮力的大小缺乏感性认识，所以在设计本节课时，从引入到猜想、验证、乃至练习、作业，都是通过精心设计的小实验展开的，既符合物理学科的特点和学生认知规律，又能激发学生的学习兴趣。2．重视科学探究。探究活动是“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”的载体，学生在不断探索中“发现”的规律，认识会更深刻。3．关注学生发展。为培养学生的科研能力，本课强化了科学思想和科学方法的教学。四、教学设计1．问题与猜想如何引入问题——浮力的大小与什么有关，并激起学生探究的欲望，是整节课成败的关键之一。我曾设想利用一些画面引入，后来感觉离学生的生活较远，不能有力地抓住学生的注意力。最后确定用小实验、小游戏引入，让学生人人动手实验，从中发现问题、提出问题。每位学生的桌面上有一杯水、一个小木块，让学生把小木块压入水底，放手，仔细观察木块的运动过程和最后的状态，尝试解释观察到的现象。学生实验、观察后，让他们畅所欲言，发表见解。学生在解释现象的过程中，肯定要涉及到浮力的大小问题，并产生疑问：浮力的大小跟什么因素有关？这样引入，学生对问题的体验是真切的。这时教师趁势用大屏幕投出几幅画面：乘风破浪的轮船、神出鬼没的潜水艇、冉冉上升的热气球……教师指出：在它们的设计和制造过程中，都需要对浮力的大小进行计算，从而将“问题”与广阔的社会生产、生活、技术联系起来，彰显出问题的价值。接下来是猜想。由于学生对浮力的大小缺少生活经验，此时如果直接让学生提猜想，他们往往随意乱说，这样的猜想流于形式，不利于培养学生科学猜想的能力和良好习惯。为增加学生的感性体验，真正提出有价值的猜想，这里我又安排了一组学生实验。为每位学生提供以下器材：用弹簧测力计挂起石块，逐渐浸入水或酒精中，观察液面的变化和测力计示数的变化情况。根据观察（记录）结果，针对探究的问题，提出猜想。这里要留足时间，让学生放开了“玩”，直到有所发现。学生在反复尝试、观察、对比、分析、讨论的基础上，提出了许多想法：①①与ρ液有关②与V浸或V排有关F浮③既与ρ液有关，又与V排有关……这时教师参与学生的讨论，不过教师的语言只定位为“问话”，意在“激”和“点”（点拨），激活学生的思维，并给学生留出足够的思考时间和思考空间。例如有学生说：浮力的大小与排开液体的多少有关，教师追问他：“多少”具体是指什么？把以上猜想综合起来推测一下，你还能提出什么猜想？学生经过深入思考、热烈讨论、大胆想象，又会提出一些想法，如：浮力既然跟液体的密度和排开液体的体积都有关系，那么浮力的大小会不会跟物体排开液体的质量有关？进而浮力的大小会不会跟物体排开液体的重力有关？浮力与物体排开液体的重力单位相同，它们会不会是相等的？①①与ρ液有关②与V排有关F浮③既与ρ液有关，又与V排有关④与m排=ρ液V排有关⑤与G排=ρ液V排g有关（或相等）学生的思维是活跃的、开放的。然而面对这么多猜想，如何引导学生把目标锁定在猜想⑤上，从而过渡到阿基米德原理，这是老师们普通感到头疼的教学难点。我想，如果一位有造诣的科学家面对诸多猜想，他会急于验证猜想⑤，因为这个猜想是那么简洁、概括（包含了以上4个猜想）、“引人入胜”！F浮与G排单位又是相同的，对此进一步探索很可能导致重大发现。这涉及到自然规律的美学原则，物理规律往往具有简洁概括、和谐对称、严密统一的科学之美，许多科学家对此有精辟的论述。美国科学家阿·热说：“物理学家已经发现了某些奇妙的东西：大自然在最基础的水平上是按美来设计的。”爱因斯坦深信：“美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。”杨振宁也曾指出：“物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美和妙的地方。”这时向学生渗透这些科学思想，并启发学生：在上述5个猜想中，你认为哪个猜想最简洁、概括、有可能导致重要发现？凭你的直觉洞察，你对哪个猜想最感兴趣？教学实践一再表明，学生大都选择猜想⑤。那么我们就来设计实验验证这个猜想。2．实验与结论设计实验就是想办法把F浮和G排测量出来，进行比较。那么怎样测量F浮和G排？需要哪些器材？放给学生讨论。该实验的方案是开放的，教师要尊重、鼓励学生的创意设计。如有的学生设计用类似溢水杯的装置收集排开的水，有的把装满水的烧杯放在大水槽中收集排开的水，有的用类似前面小实验的装置，即用弹簧测力计和量筒、水等完成实验……对这些创意设计要及时表扬，以培养学生的创造意识和能力。接下来是学生进行实验。因为实验是自己设计的，不是按照老师的安排亦步亦趋实验，所以学生做起来会很快。实验结束后，集中汇报、交流、总结，得出阿基米德原理，并体会阿基米德原理简洁、概括之美。3．理解与应用用一些活生生的小实验代替枯燥乏味的练习题，理解和巩固阿基米德原理。⑴利用阿基米德原理解释本节课引入时学生做的小实验。⑵小实验：将鸡蛋放在一杯清水中，鸡蛋下沉；向清水中逐渐加入食盐，并搅拌，发现什么现象？解释观察到的现象。若鸡蛋的质量是62g，体积为55cm3，盐水的密度达到多少kg/m0cmg⑶0cmg小制作：浮力秤提示：找一个瓶身为柱状体的空饮料瓶，剪掉瓶底，旋紧瓶盖，在瓶盖底部系上一块重量适当的石块，然