基于核心素养的实验教学设计——以“浮力”教学为例

基于核心素养的实验教学设计——以
“浮力”教学为例
摘要：“实验探究”作为物理课程内容的一级主题，是课堂教学设计的重点
内容，在提升核心素养，尤其是科学思维和科学探究的能力，作用至关重要。

物
理课程要培养学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养。

关键词：实验教学、初中物理、核心素养
《义务教育物理课程标准（2022年版）》（以下简称"2022年版课标"）涵
盖内容、活动、质量三个维度，将学业质量和核心素养正式提出，物理课程要培
养学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任等核心素养。

“实验探究”作为物理课程内容的一级主题，是课堂教学设计的重点内容，在提升核心素养，尤其是科学思维和科学探究的能力，作用至关重要。

本文将以实验探究为主线，以“浮力”一章的第一节“浮力”为例，谈一下本节课的教学设计。

1 研读课标，明确目标
"2022年版课标"指出：课程内容“运动和相互作用”属一级主题，“机
械运动和力”属于它的二级主题。

关于浮力部分，其内容要求如下：通过实验，
认识浮力。

探究并了解浮力大小与哪些因素有关。

知道阿基米德原理，能运用物
体的浮沉条件说明生产生活中的有关现象。

根据课程标准的要求和本节课设计意图，将本节课的学习目标设计如下：1.通过观察与体验感受浮力，理解浮力的定义。

2.通过合作实验，明确浮力的方向。

3.通过合作探究验证下沉的物体也受浮
力作用，知道弹簧测力计测浮力的原理。

4.通过自主思考和合作交流理解物体的
浮沉条件。

5.通过实验形象地感受并理解浮力产生的原因，培养逻辑分析能力，加深对浮力的理解。

2 实验教学的设计策略
初中物理课程是一门以实验为基础的自然科学，旨在引导学生经历科学探究
过程，养成科学思维习惯，加强实验探究，加强物理与生活实践相结合．在"2022年版课标"中，提升了实验教学在课堂中的地位，从倡导实验探究的教学方式，逐步提升到实验探究成为重要的课程目标。

物理实验教学实际上是物理学科
课堂实践活动，更加关注的是物理学科基本概念的构建、基本规律的生产过程、
注重物理知识的迁移．学生在实验探究的过程中，领悟物理概念的构建，体会物
理学科探究的过程，培养学生物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任．
2.1创设情境，引出问题
小魔术教学：听话的瓶子，教师利用浮沉子进行小魔术教学，学生分组练习
小魔术，根据温馨提示，小组交流下面两个问题，并尝试对魔术进行解密，激发
学生兴趣，联系实际生活。

温馨提示：将玻璃瓶和玻璃瓶中的水看成一个整体作为
研究对象
问题：（1）当挤压瓶子时，玻璃瓶内水面如何变化？
（2）此现象中涉及哪些物理知识？
学生活动：学生分组进行小魔术，根据温馨提示进行思考并讨论
设计意图：激发学生学习兴趣，培养学生观察现象、分析问题的能力，培养
学生物理观念、科学思维。

2.2 感受浮力，得出定义
一、通过观察与体验感受浮力，理解浮力的定义。

请同学举出生活中物体受浮力的例子，并说出判断的理由。

活动一：
请同学利用1号箱的实验器材感受浮力（实验器材：木块、乒乓球、塑料泡沫、矿泉水瓶、水槽、水）
学生活动：交流举出生活中的浮力例子，通过课堂小活动感受浮力，并尝试
给浮力下定义。

设计意图：从生活走进物理，调动学生的前概念，以及对浮力的一些模糊的
认知，为浮力概念的成功建构打下基础。

联系生活实际，引导学生注意观察、勤
于思考。

面向全体学生，在学生原有认知的基础上，建构起液体、气体完整的浮
力概念，引导学生利用知识迁移解决新问题，帮助学生形成学以致用的习惯。

2.3 科学探究，浮力方向
提出问题：浮力的方向？
问题：如何显示浮力的方向？
类比重力，引导学生利用细线显示出浮力方向
活动：请利用器材设计实验，验证浮力方向
器材：重垂线、三角板、连接钩码的乒乓球、水槽
此实验打破了课本上细线方向看着跟重垂线平行，则浮力方向竖直向上的不
严谨的说法。

验证浮力方向竖直向上两种方法：（1）利用三角板，发现细线始
终与水面垂直
（2）观察到细线与重垂线重合
学生活动：学生猜想浮力方向竖直向上，学生类比重力方向，建构浮力方向，利用器材进行实验探究。

设计意图：（1）注重知识的迁移，培养学生知识迁移能力
（2）培养学生动手能力和分析问题、解决问题能力，以及科学的严谨性
2.4 探究验证，下沉的物体也受浮力
问题1：如何验证钩码在水中是否受浮力？你如何判断？
问题2：如果钩码受浮力，你能测出浮力的大小吗？
实验器材：弹簧测力计、钩码、水槽
学生进行展示交流，强调测算性的实验，实验步骤表述的规范性。

学生活动：小组内分工合作，小组合作完成任务。

学生展示验证方法，师生互动完成受力分析，从而完成了合作中的实验原理。

规范步骤：
（1）用弹簧测力计测出空气中的物重为G
（2）将物体部分浸入（或浸没）在水中，测出弹簧测力计对物体的拉力F
（3）计算出物体所受浮力F浮=G-F拉
设计意图：学生动手动脑合作交流的过程中，练习了弹簧测力计的使用，复习了测算性实验的步骤设计。

学生表述实验步骤过程中，不规范不合理的地方通过其他学生的发现和补充进行完善，符合学生主动建构知识的节奏，使问题以学生更容易接受的方式得到解决。

培养了学生在真实的问题情境中，提出问题、分析问题、解决问题的能力．
2.5 受力分析，谁主沉浮
（1）学生实验：小西红柿和大橘子的浮沉情况：学生猜想——教师演示——思维冲突，矛盾呈现：究竟是什么决定了物体的浮
沉？
（2）请画出橘子、小西红柿、鸡蛋的受力情况
你认为什么因素决定了物体的浮沉？
（3）任务：请以小组为单位进行交流对热身魔术进行揭秘
（温馨提示：将玻璃瓶和玻璃瓶中的水看成一个整体、请同学们挤压瓶子时，注意观察玻璃瓶内水面的变化）
学生活动：
（1）学生猜想重力大的橘子下沉，重力小的西红柿上浮。

学生观察实验，
结果与猜想相反。

（2）学生自主完成导学案上的任务：三种物体的受力分析。

并通过受力分
析总结出物体的浮沉条件
（3）学生交流合作对魔术进行揭秘
设计意图：通过学生实验暴露学生错误的前概念，形成强烈的思维冲突，激
发了学生的研讨热情。

问题驱动学生主动地建构浮沉条件，学生利用已有的知识（力和运动的关系）分析解决实际问题，既巩固了知识又提高了学生逻辑思维的
水平。

以图代文的方式帮助学生形象地呈现出浮沉条件和浮沉结果，引导学生采
用多种方式进行知识的梳理总结。

形成利用物理知识解决实际问题的习惯。

2.6 实验探究，产生原因
（1）为什么下面的乒乓球浮不起来呢？请同学尝试使乒乓球上浮（下端开
口的矿泉水瓶，放上乒乓球倒上水）
（2）演示实验：浮力产生的原因
（3）观察探究实验，要求学生：自主——讨论。

（自制浮力原因演示器）
观察上下左右两侧橡皮膜，你发现了什么？说明了什么？
学生活动：（1）学生进行实验（2）学生观看演示实验（3）学生自主探究、回答问题，师生互动解决问题。

设计意图：（1）利用演示实验形成学生的思维冲击，乒乓球浮不起来的事实，让学生充满了好奇和专注，从而达到更好的学习效果。

（2）在浮力产生原因的问题上，以实验进行授课，现象明显，改变了以往理论推导的枯燥和难度过大的状态，既使问题变得形象直观，又降低了理解掌握起来的难度。

3 小结
"2022年版课标"以提升物理核心素养为宗旨，注重学生的动手能力，初中物理更加关注的时以实验为基础，进行科学探究，注重探究过程，因此实验教学在新授课中，是全面提升核心素养的重要手段，在实验探究的过程中，达成对知识的深层理解和知识迁移构建的思维，提升学生的核心素养。

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（2022年版）.北京师范大学出版社
[2]王㺸.运用翻转课堂强化初中物理实验教学的探究[J].中学物理，2023，41（02）：2-7。