判断一个物体在水中沉浮的方法是什么

判断一个物体在水中沉浮的方法是什么

《沉浮与什么因素有关》是五年级科学《沉和浮》单元的第二课时。单元教材的编写思路是：从物体的沉浮现象开始，探寻物体沉浮的规律，继而研究影响沉浮的变量（体积大小、重量、液体的密度），最后形成适合小学生特点的有关沉浮现象的解释。 学生在本单元中对沉和浮研究的进程： 第1课《物体在水中是沉还是浮》：观测7种物体在水中的沉浮，整理物体的沉浮与哪些因素有关。探究同一种物体在水中的沉浮与它的体积和重量没有关系，埋下一个伏笔。 第2课《沉浮与什么因素有关》：研究沉浮与物体的重量和体积大小的关系：体积相同，重的物体容易沉，轻的物体容易浮；重量相同，体积大的物体容易浮，体积小的物体容易沉。 第3课《橡皮泥在水中的沉浮》：研究轻重不变的情况下，体积与沉浮的关系：物体在水中的沉浮，与物体排开的水量有关。 第4课《造一艘小船》：为《浮力》一课作准备，体会水对物体会产生浮力作用。重点探究活动是“哪艘船装载的货物多”，把物体的体积与沉浮的关系进一步进行强化。 第5课《浮力》和第6课《下沉的物体会受到水的浮力吗》：从浮力和重力之间的关系，解释物体沉浮的原因。 第7课《马铃薯在液体中的沉浮》和第8课《探索马铃薯沉浮的原因》：探索液体密度（用同体积的物体比较轻重的方法）对沉浮的影响，最终揭示本单元的核心概念：物体的密度不同，影响它们的沉浮。 从上面学生在本单元中对沉和浮现象研究的进程来看，本课在学生研究进程中所处的位置是： 前一课，学生通过对7种物体的观察，对原有的沉浮认识的前概念（重的物体沉，轻的物体浮；大的物体浮，小的物体沉）产生了疑惑，知道同一种材料构成的物体在水中的沉浮和重量与体积没有关系，而不同材料构成的物体在水中的沉浮和重量与体积似乎有关系，似乎又没有关系。但根据经验和预测，大部分学生仍然会坚持物体在水中的沉浮和物体的轻重与体积有关系。这里面有着怎样的关系？怎样帮助学生梳理清里面的关系，是我们教学中首先要解决的问题。 在本课中，学生学习用变量控制进行研究。识别变量、控制变量、运用典型的结构材料进行验证、反思变量控制实验的结果，只是学生思维辩证的第一层次。教学的指向是物体在水中的沉浮与浮力（物体在水中排开的水量）和重力的关系。因此，本课的教学目的之一是解决学生前概念的认知问题，同时对学生的概念进行进一步的发展，学生在思维发展上呈现“模糊（物体的沉浮与重量和体积有关系又没有关系）——>清楚（体积相同，重的物体易沉，轻的物体易浮；轻重相同，小的物体易沉，大的物体易浮）——>再模糊（用小而重的物体易沉，大而轻的物体易浮无法去解释物体的沉浮）——>再清楚（在控制变量的情况下能看出轻重、体积对物体沉浮的影响，反之，则看不出；物体在水中沉浮的规律还要进一步学习和研究）”的过程，把学生对沉浮现象的认识引向浮力和重力的关系。 ◆教学目标： 科学概念： 1、物体的沉浮与自身的重量和体积都有关系。 2、不同材料构成的物体，体积相同，重的物体容易沉，轻的物体容易浮；轻重相同，体积小的物体容易沉，体积大的物体容易浮。 3、潜水艇应用了物体在水中的沉浮原理。 过程与方法： 1、学习用画图和分析的方法研究影响物体沉浮的因素。 2、用控制变量的科学方法，探究物体在水中沉浮的原因。 情感、态度、价值观： 1、在实验中理解控制变量的科学方法和思想的意义。 2、感受科学原理应用于实际的巨大作用。 ◆教学重点：用控制变量的科学方法，探究物体在水中沉浮的原因。 ◆教学难点：学习用画图和分析的方法研究影响物体沉浮的因素。 ◆教学准备：（学生实验10组材料，教师1组材料） 学生实验：水槽，4个同体积不同轻重的小球，4个同轻重不同体积的圆柱体，带盖的空瓶，可伸缩圆柱体，绿豆，实验报告单。 教师材料：萝卜、泡沫块、小石块、蜡烛、橡皮、带盖的空瓶、回形针、天平、课件。 ◆教学过程： 一、导入： 1、我们已经知道，同一种材料构成的物体，在水中的沉浮与它们的轻重、体积大小没有关系。那么，不同材料构成的物体，在水中的沉浮与它们的轻重、体积大小有关系吗？ 2、物体在水中的沉浮到底和什么因素有关系呢？这节课我们就来研究研究。（出示课题） 【设计意图：从学生已有的知识概念入手进行推测，明确本课的研究内容。】 二、分析物体在水中的沉浮规律： 1、上节课，我们观察了7种物体在水中的沉浮情况（投影仪展示7种材料），这节课，我们再利用这些材料来分析一下。 2、把7种材料按轻重从重到轻的顺序排一排（排好后，分出沉浮）；看一看，我们能看出轻重对物体沉浮的影响吗？（学生举例说明看不出） 3、把7种材料按体积从大到小的顺序排一排（排好后，分出沉浮）；看一看，我们能看出体积大小对物体沉浮的影响吗？（学生举例说明看不出） 4、思考：可能是什么在影响物体在水中的沉浮呢？ 5、反问：难道物体的轻重真的不影响物体的沉浮吗？难道物体的体积大小真的不影响物体的沉浮吗？ 【设计意图： 从轻重和体积上分析7种材料在水中的沉浮，并让学生举例说明单从物体的轻重和体积上看不出对沉浮的影响，引导学生关注到底是什么因素在影响物体在水中的沉浮。 评价建议： 从过程来看，学生的直觉思维占了主导成分，缺乏对事物间相互联系的关注。因此，适时的反问能使学生的思维得到了重新定向，在反问中重新审视自己的结论，在反问中关注“轻重”与“体积”两个因素。反问激发学生思维，反问促使学生站在更高的层面来思考问题，有利于学生理性思维能力的建构。】 三、控制其他因素进行研究： 1、怎样才能看出物体的轻重对沉浮的影响或物体的体积大小对沉浮的影响？ （引导：科学家在研究中遇到这种情况时，也往往采用控制其他因素不变的方法，来研究某一个因素是否对物体产生作用。） 2、认识结构材料: （1）4个体积相同轻重不同的小球：你觉得4个小球的什么是一样的？轻重呢？用天平比较。 （2）4个轻重相同体积不同的圆柱体：你觉得4个圆柱体的什么不一样的？轻重呢？用天平比较。 【设计意图： 用天平比较4个小球和4个圆柱体的用意：蕴含对学生在科学探究过程中实证意识的培养。 其一：如果不用天平进行比较，学生对后面把4个小球（圆柱体）放入水中的沉浮状态不一致的现象，会产生一定程度上的怀疑：小球有沉有浮真的是因为轻重不同吗？圆柱体有沉有浮真的轻重是一样的吗？用天平进行比较，让学生实实在在看到4个小球的轻重不同，4个圆柱体的轻重相同，排出了学生思维上的干扰。 其二：科学讲究实证。课程标准明确指出：在让学生获得知识的同时能“形成尊重事实、善于质疑的科学态度”，“不迷信权威”，“在科学学习中能注重事实”。因此，在教学中我们不仅要引导学生进行规范的科学实验，而且要注重学生实证意识的培养，让学生学会用事实证据说话。 其三：从学生思维培养上来看，用天平比较，更有利于强化学生的“变量控制”概念的形成。当实验结束后进行反思时学生马上联系到是因为实验中的小球体积相同、轻重不同和圆柱体轻重相同、体积不同。】 3、预测：你们觉得把4个小球一齐放入水中，它们的沉浮会一样吗？把4个圆柱体一齐放入水中，它们的沉浮会一样吗？小组预测，把预测的结果画在记录单上。 4、汇报小球和圆柱体的预测结果。 预设：A、都浮。浮的情况一样吗？露出水面的多少和什么有关？ B、有的沉，有的浮。哪个沉？为什么沉？浮的情况都一样吗？露出水面的多少和什么有关？ 5、实验要求： （1）两个实验一个一个做，做完小球实验再做圆柱体实验。 （2）把4个小球（圆柱体）一齐放入水中，观察它们的沉浮情况，并用图示法记录沉浮状态。 （3）观察完后，将小球（圆柱体）从水中取出，用抹布擦干。 （4）小组讨论在实验中有什么发现？ 6、学生实验操作，教师巡回指导：（先预测，后实验） “沉浮与什么因素有关”实验报告单 第（ ）小组 实验一：体积相同重量不同的小球在水中的沉浮 小球的轻重（从重到轻）：蓝—绿—红—黄 预测（小球的状态） 实测（小球的状态） 讨论：物体在水中的沉浮和轻重有关系吗？怎样的关系？ 实验二：轻重相同体积不同的圆柱体在水中的沉浮 小球的轻重（从重到轻）：蓝—绿—红—黄 预测（小球的状态） 实测（小球的状态） 讨论：物体在水中的沉浮和体积大小有关系吗？怎样的关系？ 7、交流分析： （1）小球实验：展示一组学生的实验记录单，学生汇报，其他小组补充。 预设：A、你觉得小球露出水面的多少和什么有关？ B、物体在水中的沉浮和轻重有关系吗？怎样的关系？ （2）圆柱体的实验汇报同小球实验汇报，尽量让学生说。 （3）从这两个实验中，我们能得出什么结论？ 8、反思：为什么我们一开始对7种材料进行比较看不出物体的轻重、体积大小对沉浮的影响，而用这两组材料却能看出物体的轻重、体积大小对沉浮的影响？ 9、小结：这就是我们在科学实验中的变量控制，它是科学研究中的一个重要的方法。 【设计意图： 4个小球和4个圆柱体是有结构的材料，如何让学生充分认识结构材料的特点，进而对材料在水中的沉浮作出预测，通过实验观察，最后得出在控制变量的情况下，物体在水中的沉浮和轻重与体积是有关系的，是整节课教学的重点和难点。因此，在教学预设中，分5步走： 第一步：通过观察比较和天平称重比较。让学生确实认识到4个小球体积相同轻重不同，4个圆柱体轻重相同，体积不同，建立深刻的印象。 第二步：小组画图预测、汇报。展示、交流在有结构的材料下，学生对物体沉浮的认识。 第三步：实验观察、记录。学生通过亲手实验，看到了小球和圆柱体在水中的沉浮，引起学生对原有认知的思考，关注物体的沉浮和轻重与体积的关系。 第四步：汇报、交流。从小球、圆柱体在水中的沉浮以及露出水面的多少，帮助学生理清物体的轻重、体积对沉浮的影响。当然，这是在变量控制的前提下，但学生此时不一定十分清楚这一点。 第五步：反思。为什么7种材料看不出，而这两组材料却能看出？原来是变量控制的结果，学生恍然大悟。 在这一环节的教学中，学生通过探究前的预测（有根据的猜测）、探究过程中的观察与思考、对结论的解释（联系新旧知识，在原有知识的基础上，将实证探究所得纳入原有的知识结构中，形成新的理解和解释）以及对探究活动的反思，在反思中深化了对问题的理解，使探究向纵深发展。 评价建议： 用画图的方法展示学生头脑中对有结构的材料在水中的沉浮状态，一方面利于学生表述，同时，能使学生更精确地比较同一组材料在水中的不同沉浮状态。】 四、继续研究变量控制改变物体在水中的沉浮： 1、师：刚才我们通过控制小球的体积和圆柱体的轻重，得出了这样一个结论：体积相同，重的物体容易沉，轻的物体容易浮；轻重相同，小的物体容易沉，大的物体容易浮。结论是否正确，还需要进一步检验。老师这儿还有两样材料（出示小瓶和可伸缩的圆柱体，简介圆柱体可伸缩），我们来看看它们在水中的沉浮情况。 2、你有办法让小瓶沉下去吗？怎么做？为什么这样做？圆柱体呢？（指导擦干和圆柱体沉浮的观察方法） 3、实验要求： （1）小瓶子沉的实验： A、往小瓶子内一粒一粒加绿豆，观察小瓶子的沉浮。 B、记下小瓶子开始沉下去时加绿豆的粒数。 C、再把绿豆加到1/2瓶和满瓶，观察下沉的情况。 （2）圆柱体浮的实验： A、一点一点拉开圆柱体，观察圆柱体的沉浮。 B、用尺量出圆柱体开始浮上来时的圆柱体的高度。 C、再把圆柱体拉出1/2和大部分拉出，观察圆柱体上浮的情况。 4、学生实验，记录分析。 小瓶子沉浮实验报告单 第（ ）小组 小瓶子开始沉下去的绿豆粒数 粒绿豆 分析： (1)在这个实验中，我们控制的因素是小瓶子的 ，改变的因素是小瓶子的 。 (2)小瓶子内的绿豆加得越多,小瓶子下沉的速度 。 圆柱体沉浮实验报告单 第（ ）小组 圆柱体开始浮上来的圆柱体高度 厘米 分析： （1）在这个实验中，我们控制的因素是圆柱体的 ，改变的因素是圆柱体的 。 （2）圆柱体拉得越开，圆柱体上浮的速度 。 5、交流分析： （1）说说小瓶子实验情况。（关注：加多少绿豆小瓶子开始下沉？加到1/2瓶和满瓶时沉的情况有什么不同？统计各组小瓶子开始沉下去时加绿豆的颗数。） （2）小瓶子加绿豆的多少和它的沉浮状态有关系吗？小瓶子沉下去的实验再次证明了什么？ （3）圆柱体实验组的汇报同小瓶子实验组的汇报。 6、小结：看来，我们要改变一个物体在水中的沉浮，有几种办法？（提示：在什么不变的情况下） 【设计意图： 这部分教材的安排是往空瓶子里加水，观察空瓶子逐渐下沉的过程，感受在体积不变的情况下，改变物体的重量，可以改变物体在水中的沉浮。 我的理解是：既然学生在前面的探究活动中得出的是两方面的结论，那就应该尽量让学生从两方面去验证，加深对前面探究活动所得的认识。因此，安排让小瓶子沉下去和圆柱体浮上来两组探究活动，学生分组完成其中一个实验，在汇报的基础上组间相互交流、提问、补充。 小瓶子加绿豆下沉的意图：加绿豆，让学生感受重量的逐渐增加，同时，改加水为加绿豆，变量容易控制，同时做到把变量量化，引导学生关注由量变到质变的过程。拉开圆柱体的用意也是如此。 评价建议： 活动的分析和小结进一步强化认识，同时引导学生关注改变物体在水中的沉浮。在这一环节中，验证前一探究活动的结论是重点，同时渗透量变到质变。本环节的探究是科学内部的探究，用科学的活动解释科学的结论。】 五、拓展延伸： 1、潜水艇被称为“海洋中的幽灵”，它是根据什么原理实现在水中自由沉浮？（课件先出示潜水艇图，再出示原理图。） 2、学了这节课，你能解释一下怎样的物体在水中容易沉，怎样的物体在水中容易浮？ 3、根据学生回答的“小而重的物体容易沉，大而轻的物体容易浮”追问： （1）我们能用这个规律去解释物体在水中的沉浮吗？ （2）出示“橡皮”：这是一个怎样的物体？水中的沉浮？ （3）如果一个物体体积比它大（小）一点，轻重比它重（轻）一点，是沉还是浮？依次出示“萝卜、石块、蜡烛”，有问题吗？ 4、延伸：为什么我们用物体的轻重和体积去解释物体的沉浮，还是有问题呢？看来，在怎样的情况下，我们能用物体的轻重和体积去解释物体的沉浮？物体在水中的沉浮到底和什么有关，还需要我们在以后的课中进一步去研究。 【设计意图： 潜水艇是学生用科学的结论解释现实中的物体在水中的沉浮，把探究活动由课内引向课外。 评价建议： “怎样的物体容易沉，怎样的物体容易浮”则是把学生对沉浮的认识在思维上作进一步的发展。但特定的有结构的材料下得出的结论不是普遍的规律，本课的落脚点不仅仅在于得出结论，而要进一步引导学生对结论的思考，为后续课文的学习打好基础。教材中对此没有作出明确要求。但是我们的科学探究应该把学生的视野引向更开阔的前方。因此，安排了尝试用得出的规律去解释物体在水中的沉浮。一解释，解释出问题来了。解释出问题，不是对结论的怀疑，而是更加认识了变量的控制，更加激起学生对物体在水中沉浮现象探究的兴趣。】 ◆板书设计： 2、沉浮与什么因素有关 轻重？ 体积？ 小球 体积相同:重的物体易沉，轻的物体易浮。 变量控制 圆柱体 轻重相同:小的物体易沉，大的物体易浮。 ◆教学反思：科学与数学的整合 本课的核心概念是“变量控制”，如何控制一个变量，去研究另一个变量，是学生在思维上要首先解决的问题，这和数学中比较分数的大小有异曲同工之妙。因此，本课在教学中借鉴数学中的思维、研究方法，对学生的学习、研究将建立深刻的印象。 1.变量识别： 当轻重和体积都在影响物体的沉浮时，如何去分析轻重或体积对物体沉浮的影响呢？唯有控制其中一个变量，才能研究另一个变量对物体沉浮的影响。在数学中，比较分数的大小时，分母相同看分子，分子相同看分母，也是使其中一个量相同（变量控制）。教师在教学中不一定直说，但要有意识引导，使学生产生知识迁移，把数学的方法运用到科学研究之中。 2.精确的变量控制： 数学中的比较建立在数字之上，科学中的研究也要建立在数字之上。如相同体积的小球轻重不同和体积不同的圆柱体轻重相同，通过天平比较，让学生深刻建立控制的变量相同的印象，为后续的研究扫清障碍。 3.符号化的记录： 数学语言中的图式和符号化是很适合科学课借鉴的。图式、符号化不仅是一种简便的表示方法，更是一种帮助促进思维的好办法，如果在科学课中引进，可以帮助科学老师培养学生的思维。如在预测沉浮和记录沉浮时，用画图的方法，一方面直观地记录所思所见，同时也利于对记录进行分析。 4.数据的统计和分析： 数学是一门基础性的学科，是研究科学问题的工具。在科学课教学中如果教师能够有意识地指导学生利用数学的知识进行统计分析，对研究的结果进行量化处理，这是很有意义的尝试。 如研究小瓶中加绿豆的数量观察小瓶的沉浮情况和拉伸圆柱体观察圆柱体沉浮放入情况，都用到了数据的测量和统计，把数据和科学结论结合起来，运用数据来说明问题、证实结论。 小学科学和数学在很多教学内容、教学方法、思想上都有共通之处，如果能有效地加以整合，相互借鉴，将起到知识迁移、共同促进的作用。 ◆附：本课中科学探究的材料呈现与学生思维进程的处理 材料引起学生的科学探究，没有材料，学生的科学探究就成为无水之源。因此，材料的选择和使用处理，就成为促进学生思维发展与科学探究的重要保证。 在本节课中，材料的选择和处理与学生思维发展同步，并促进引起学生思维的发展。 试想一下：如果一开始把所有的材料：7种材料、小球、圆柱体、小瓶子、绿豆、水槽等等都摆在学生面前，学生还会有所思考吗？学生还能在不断的思维冲突中前进吗？ 因此，分布呈现，与学生思维发展同步，是科学探究中十分而且必须讲究的问题。 第一次材料呈现：7中物体按轻重、体积排序，唤起学生对沉浮认识的前概念，同时，质疑前概念，认识轻重和体积两个变量。 第二次材料呈现：4个小球和4个圆柱体。这是特定的有结构的材料。首先让学生认识结构材料的特点，预测结构材料在水中的沉浮，这是在控制变量的前提下，运用学生对沉浮前概念作出的判断。为什么不直接让学生观察在水中的沉浮？科学的预测是联系学生原有的知识认识新知的桥梁，是引起学生思维冲突的过程。预测准确，在旧知与新知建立起沟通的桥梁。预测错误，学生在反思中前进。因此，从某种程度上讲，预测比实验更重要。在探究过程中，强调预测，重视对预测结果的交流，然后让学生在实践中检验，在检验中反思。 第三次材料呈现：小瓶子和圆柱体。这是一组验证性的材料，让学生通过已经得出的结论，进一步验证结论，同时，关注量变到质变的过程。鉴于五年级学生的认识，并不出现“量变”、“质变”的概念，而是通过让学生测量“几粒绿豆使小瓶子沉下去”和“圆柱体浮上来时的高度”去体会改变轻重和改变体积控制物体在水中的沉浮。 第四次材料呈现：橡皮、萝卜、石块、蜡烛。运用结论解释物体在水中的沉浮。因为是在控制一个变量的情况下得出的结论，但学生仍然会把它当作一个普遍的结论。因此，必须让学生认识到当两个变量都在变的情况下，物体在水中的沉浮就不能单从轻重和体积上去考虑了。这组材料的呈现，不是为了把学生搞搞糊涂，而是让学生更清醒地认识到，在特定的情况下（变量控制），我们可以通过轻重和体积去判断物体在水中的沉浮。物体在水中的沉浮，还有更多的知识和内容需要去探究和学习，把学生的探究活动进一步引向深入。