基于课程标准的“物体浮沉条件及应用”的教学设计
摘要：以基于课程标准的教学理念为指导，在教学任务分析与学情分析的基础上，根据“物体浮沉条件及应用”的特点，所设计的初中物理“物体的浮沉条件及应用”一节教学源于课程标准的6条教学目标；根据评价活动设计先于教与学活动设计的理念，围绕教学目标设计了由8个问题、3个作业题目组成的评价活动；贯彻“目标―评价―教学”一致性的理念，利用问题引导与任务驱动等教学法设计了10项教与学的活动。根据创设情境，突破教学难点的需要，设计与制作了“潜水艇沉浮演示器”与“浮沉子”等教学用具，利用自制的教具所安排的演示实验，有助于突破教学难点。
关键词：课程标准；物体浮沉条件；教学设计
中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2016）5-0071-4
实施基于课程标准的教学，在教学设计中要源于课程标准编制学习目标；然后，先于教与学活动设计，设计检测学习目标是否达到的评价活动；最后，设计教与学的活动。这样的逆向教学设计，可以使教师带着问题思考教学，确保学习目标的实现；确保实现标准、教学与评价的一致性。
1 教学任务分析
浮力与现实生活紧密联系，在生活中应用非常广泛，研究物体浮沉的条件及应用，对解决生活中的现象和问题具有重要的作用。阿基米德原理是解决浮力问题常用的方法，对浮力应用实例的分析需要以阿基米德原理为基础，本节课对轮船、潜水艇、气球（氢气球、热气球等）、飞艇等生活实例的分析，可以培养学生理论指导实践的意识，使学生深刻地认识到物理学的重要性，激发对科学的兴趣。
《义务教育物理课程标准（2011年版）》对该内容的相关要求是“运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。例如，了解潜水艇浮沉的原理”。其中，“说明”“了解”都是知识与技能维度的要求，鉴于我国近几年在航海（如：航空母舰）方面的发展，可以激发学生的民族自豪感和自信心，本节课增设了“情感、态度与价值观”维度的学习目标。
2012年人教版物理教材将本节课内容安排在8年级第10章《浮力》，其中，“物体的浮沉条件及应用”是第10章第3节的内容。它将重力、二力平衡、浮力等知识紧密联系起来，是对力学知识的综合运用。同时，其内容是在浮力、阿基米德原理等知识之后，是对物体在液体中受到浮力所作的进一步探究和延伸，是对浮力知识的升华。教材内容由“物体的浮沉条件”和“浮力的应用”两个板块组成，包括3个“想想做做”，图文并茂，符合学生的认知规律和兴趣。虽然本节内容与生活实际密切相关，但是研究不同事物浮沉应用的具体方法不同。因此，要求教师要对物体的浮沉问题有全面系统的认识。
综上所述，物体的浮沉条件是本节课的教学重点。
2 学情分析
在知识能力方面，学生已经学习了重力、受力分析、二力平衡、浮力、阿基米德原理等知识，为物体浮沉条件的学习打下了基础。同时，在认知方面，学生对日常生活中的浮沉现象有比较丰富的感性认识，也是他们容易产生兴趣的原因。但是，学生并没有形成对这些现象深层次的理论上的正确认识，而是在有所认知的同时形成了一些模糊甚至错误的前概念。如：重的物体下沉，轻的物体漂浮；大的物体下沉，小的物体漂浮等等，这些前概念对本节课知识的构建造成了干扰，从而形成了教学难点。
3 教学目标
依据基于课程标准的教学理念和上述两项分析，设计出源于课程标准的学习目标：
①会根据二力平衡条件、力与运动的关系描述物体的浮沉条件。
②了解轮船、潜水艇、气球和飞艇等物体的浮沉原理。
③能运用物体的浮沉条件说明生产、生活中的一些现象。
④通过观察物体浮沉的实验，提高观察和分析能力。
⑤在对轮船等工作原理的学习过程中，体会浮力应用的社会价值。
⑥在了解我国古代与当代航海方面成就的过程中，增强民族自豪感和自信心。
4 评价设计
为检测教学目标的达成，设计了“浮沉子”原理分析等2个题目。
（1）通过问题
1、2及练习题（1）检测教学目标①的达成。
（2）通过问题
3、8及练习题（1）（2）检测教学目标②和④的达成。
（3）通过问题5～7检测教学目标③和⑤的达成。
（4）通过问题4检测教学目标⑥的达成。
5 教具设计
5.1 潜水艇浮沉演示器
5.1.1 制作方法
第一步，用刀片将废旧塑料瓶的瓶底整齐切下待用；
第二步，在瓶内放一小块橡皮泥，并用橡皮胶布固定，作为压舱物；
第三步，在瓶盖上分别钻两个孔，将一长一短的两根塑料管装入，也用橡皮胶布固定；
第四步，用橡皮胶布把刚才切下的瓶底固定在原处。
具体的制作如图1所示。
5.1.2 操作方法
将“潜水艇”放入水中，水就会从下面的塑料管中流入瓶内，当瓶内的水慢慢增多，“潜水艇”就会慢慢下沉。用嘴从上面的塑料管中慢而均匀地吹气，潜水艇内的水受到空气的压力，就会从下面的管子里排出来，排出的水有一股反作用力，会推动潜水艇慢慢地前进，“潜水艇”就会一边航行一边上浮。
5.1.3 设计意图
潜水艇的工作原理相对比较复杂，学生理解相对困难，通过制作模型，能够帮助学生更好地理解其工作原理，拉近物理与生活的关系，激发学生的学习兴趣。
5.2 浮沉子
5.2.1 制作方法
第一步，把口服液瓶的瓶盖拿下，用锥子钻透后拔出锥子；
第二步，将小瓶放入槽中，装上适量水（并滴入1滴红墨水），盖上盖，让其倒立在水面上，仔细调整瓶中的水量，直到它接近全部浸没在水中的程度，插上塑料吸管；
第三步，在饮料瓶中装水至将满（留一少许空间），再将调整好的小瓶倒扣放入饮料瓶中，盖上盖，如图2所示。
5.2.2 操作方法
挤压塑料瓶，小药瓶下沉，松开手，小药瓶上浮。
5.2.3 设计意图
利用身边的物品进行小实验，体现从生活走向物理的教学理念，并且“浮沉子”实验，实验现象新奇，容易吸引学生的兴趣，增加学习的乐趣，而且这个实验与前面学习的大气压强有密切联系，能帮助学生提高综合运用知识的能力。
6 教与学的设计活动
6.1 利用趣味实验创设情境，导入新课
教与学的活动1：教师利用“浮沉子”演示其下沉和上浮，让学生仔细观察“浮沉子”的神奇之处并描述观察到的现象。
现象：瓶内的物体可以按照教师的意愿实现下沉和上浮。
【教学设计说明】教师利用自制的“浮沉子”，演示学生从未见过的新奇有趣的现象，创设引发学生探究兴趣的物理情境，激发学生的好奇心和求知欲，培养物理学习的兴趣。
6.2 利用实验转变前概念，总结物体的浮沉条件
教与学的活动2：教师演示不同物体在液体中的不同状态，让学生观察现象后先独立思考，后同伴交流，分析它们的受力情况。教师适当点拨，引导学生总结规律。
演示实验：木块漂浮，小铁钉下沉，塑料泡沫块上浮，鸡蛋悬浮。
问题1：是什么改变了物体的运动状态？
【总结规律】物体的浮沉条件：
漂（悬）浮：F浮=G ；下沉：F浮G。
影响物体浮沉的根本原因是物体所受浮力与重力的大小关系。
【教学设计说明】物理是一门以实验为基础的学科，课程标准强调“从生活走向物理”，利用生活中常见的物体做小实验，在拉近生活与物理关系的同时，转变学生错误的前概念。提出的问题，有助于引导学生在分析力与物体运动关系的过程中，总结物体的浮沉条件。
6.3 利用任务驱动法，探究改变物体浮沉状态的方法
教与学的活动3：先让学生分组进行实验。
学生分组实验：让橡皮泥漂浮在水面上。
问题2：根据阿基米德原理，这样做成功的原因是什么？
教与学的活动4：教师出示“潜水艇浮沉演示器”，简单介绍演示器的构造后，演示实验。先让学生观察、思考，然后教师引导，分析影响“潜水艇”浮沉的因素。
演示实验：潜水艇的浮沉。
问题3：潜水艇在上浮与下沉过程中，是通过改变什么因素实现的？
描述并分析现象：把“潜水艇”放入水中时，它是漂浮在水面上的，当水进入“潜水艇”时，它开始下沉，当水排出时，它开始上浮。在上浮与下沉的过程中，只有潜水艇中水的量发生了变化，“潜水艇”是通过改变体内水的量来改变自身受到的重力，进而实现上浮与下沉。
教与学的活动5：播放“潜水艇”工作模拟动画，对潜水艇的结构及工作原理进行进一步的说明：潜水艇的左右两侧各有一个水仓，底部有一个水阀，顶部有一个气阀，它可以通过控制水阀和气阀来进行充水和排水。向水舱充水时，水阀就会打开，潜水艇变重，逐渐潜入水中。当水舱充水后潜水艇重等于同体积的水重时，它可以悬浮在水中。当用压缩空气将水舱里的水排出一部分时，潜水艇变轻，从而上浮。实际航行时，在上浮和下潜过程中，潜水艇总要开动推进器加快上浮和下潜的速度。
【总结规律】改变物体浮沉状态的方法：
（1）物体质量不能改变时，改变所受浮力的大小（改变排开液体的体积，改变液体的密度）；
（2）物体所受浮力不能改变时，改变自身所受的重力。
【教学设计说明】橡皮泥实验是教材“想想做做”中，改变物体浮沉状态的实验之一，通过学生的分组实验，既能培养动手能力，又能为学习“改变物体浮沉状态的方法”提供支持。问题3引导学生分析出改变物体所受浮力是改变浮沉状态的一种方法；问题4引导学生分析出改变物体自身的质量也是改变浮沉状态的一种方法，为下面分析其他实际应用作铺垫。
6.4 学习新科技，增强民族自豪感和自信心
教与学的活动6：利用多媒体展示古代郑和下西洋及现代中国航空母舰的有关图片和资料，并进行讲解，让学生认真观看、学习。
问题4：观看了这些内容，有什么感受？
【教学设计说明】利用中国古代与当代在“浮力应用”方面的成就，增强学生的民族自豪感与自信心，进行爱国主义教育。
6.5 自主学习，了解常见物品的浮沉原理
教与学的活动7：让学生自主阅读“轮船”“气球和飞艇”两部分内容，教师提出阅读的任务要求，留给学生适当的思考、交流时间。
问题5：物体的浮沉在生活中还有哪些应用？具体是怎么实现的？
【教学设计说明】教材中所涉及的这两部分内容与生活、科技密切相关，通过阅读让学生认识到物体浮沉的广泛应用，了解改变物体浮沉状态的不同方法，同时让学生采取不同的学习方式，实现学习方式多样化。
6.6 课堂练习，内化新知
教与学的活动8：展示悬浮鸡蛋的实验。让学生根据观察到的现象，先独立思考，回答系列问题，后小组交流讨论，并将结果反馈给教师。
问题6：如何让悬浮在盐水中的鸡蛋下沉（或上浮）？
问题7：鸡蛋下沉（或上浮）的原因是什么？
教与学的活动9：再次演示“浮沉子”实验，讲解制作流程，引导学生运用本节课所学的物体的浮沉条件。先个人分析“浮沉子”的浮沉原理；后小组合作讨论，让学生代表说明分析结果，其他学生补充。
问题8：“浮沉子”的浮沉原理是什么？
【教学设计说明】针对本节课教学重难点，有计划、有目的地设计上述练习，目的是检测物体浮沉条件及应用的掌握情况，内化新知。
6.7 课堂小结，升华提高
教与学的活动10：引导学生先自己思考、总结这节课学到的知识和其他收获；后小组讨论，然后全班交流。
（1）物体的浮沉条件；
（2）改变物体浮沉状态的方法；
（3）物体浮沉的实际应用实例及原理。
接着教师结合三维教学目标进行点评与归纳总结。
【教学设计说明】教师引导学生从三维学习目标谈本节课的收获和体会，既是对本节课内容的总结升华，又紧扣教学目标，保持课程标准与课堂教学的一致性。
6.8 课外作业，动手动脑
（1）做一个塑料袋热气球。
（2）解释汤圆刚放入锅中时，便下沉到锅底，煮熟的汤圆就浮起来，如果把凉的汤圆放入锅中，又沉到锅底的原因。
（3）利用多媒体展示“浮筒打捞法”的相关材料，解释原因。
【教学设计说明】作业内容力争做到既动手，又动脑；既能与生活实际相联系，深化对知识的理解，又能激发学生的学习兴趣，突出以兴趣引导学习的理念。学生通过独立完成作业，能够达到对物体浮沉条件及应用的复习巩固。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]彭前程.义务教育教科书八年级下册[M].北京：人民教育出版社，2012.
[3]李新乡，张军朋.物理教学论（第二版）[M].北京：科学出版社，2009.
