对小学中段学生“浮力”前概念的探查与思考

                               瑞安市安阳实验小学   彭青青

摘要：

     浮力概念是小学科学教学中的难点，如何在了解学生浮力前概念的基础上进行教学设计、课堂实践确实至关重要。鉴于这样的背景，对城区、城镇、农村三类学校的学生，我分别采取个别谈话实验法、问卷调查法，从物体的漂浮、下沉、悬浮三方面对小学中段学生“浮力”前概念展开部分调查来获取资料，以探查不同区域小学中段学生对浮力前概念的认识情况。探查中发现小学中段学生对浮力的前概念认识可分三个梯度：梯度一，依据物体的轻重或实空心来判断物体的浮沉及方向；梯度二，考虑材料的特性、形状，来判断物体的浮沉、方向及浮力的大小；梯度三，从液体的密度来判断物体的浮沉、方向及大小。探查结果也为教学设计、课堂实践明确了调整方向：1、要有正确的儿童视角，从成人的角度去分析儿童认识的误区。2、要有科学的分层视角，看待不同区域儿童对浮力前概念的原认识。3、要有深刻的教材视角，进行课堂教学活动的合理设计。

关键词：小学中段学生   浮力前概念   探查与思考

 

     从旧版三下科学《沉和浮》单元的第一课《物体在水中是沉还是浮》到新版五下《沉和浮》单元的第五课《浮力》对物体沉浮的探究学习中，发现有相当一部分学生对浮力探究学习结果还存在这样一种现象“不说还清楚，越说越绕越糊涂”，其实教师也有同感，这样使相当一部分学生很难在原有基础上提升和发展。导致这样的现象，是传统教材编写只注重知识逻辑性和严密性？是教师对“浮沉”活动的深度和难度把握不准？还是教师对学生原有认知水平缺乏了解?我们在实践中不断地思考着……

小学科学新课标中提出“科学课程必须建立在满足学生发展需要和已有经验的基础之上，提供他们能直接参与的各种科学探究活动”。浮力概念是小学科学教学的重难点，如何在了解学生前概念的基础上再进行相关教学设计、课堂实践确实至关重要，鉴于这种背景，我们采取个别谈话实验调查、问卷调查等方法，从物体的漂浮、下沉、悬浮三个方面对小学中段学生的“浮力”前概念进行探查与分析，以求为教学设计、课堂实践寻找更好的基点。

一、探查设计

1、研究内容：

以未正式系统学习浮力知识的小学中段学生为研究对象，设计访谈工具，采取个别访谈实验法和问卷调查法对城区、城镇、农村三类学校的学生展开部分调查来获取资料，以探查不同区域学生对浮力前概念的认识情况。

2、访谈工具的选择

（1）访谈材料：2个塑料正方体（一浮一沉）、乒乓球中注入水（悬浮）、水槽

（2）问卷调查

3、访谈方法和程序：

（1）       半结构式调查

为了客观准确地获取被调查者的信息，对被调查者采取逐个谈话，采用现场记录和录音并行的方法（以T代表访谈者，S代表被试者）；为了尽可能地消除被试的紧张心理，尽可能以聊天的方式自然进入访谈过程；为了便于被试操作，测试工具均直接放在被试面前。通过提问和演示相结合的方式，从物体的漂浮、沉、悬浮三个方面对学生的浮力前概念进行探查。

（2）       结构式调查：问卷调查。

半结构式调查和结构式调查的内容相类似。

4、被试的选取

（1）半结构式调查

以安阳实小为基地，随机选取三、四年级各10名学生（男女生各5名）作为访谈对象。

（3）       结构式调查

以城区（广场路小学）、城镇（平阳县小）、农村（新华小学）三四年级学生各100名学生为调查对象。

二、探查结果与分析

（一）  学生对物体漂浮状态时浮力的认识

视角一：半结构式调查

1、典型个案再现：

T（师把一块正方体塑料块压入水中放开，待物体浮到水面后）：为什么它会浮到水面上，没有沉到水里？

S：空心，很轻。

T（你来试试）：它还是浮起来了，是什么使它浮起来的？

S：空气。

T：现在，把小正方体放在桌上，它会浮起来吗？

S：不会。

T：为什么放在水里它会浮起来呢？

S：里面有水啊。

T：那是什么使它浮起来的？

S：水的力量，正方体放在水里，好象没有力气了。

T：这个“水的力”有多大啊？

S：比按下去的力量要大一点，力量会变大。

T（在木块上加一小东西，木块仍浮在水面上）：这个时候“水的力”是一样大、变大或变小了？

S：变小，因为加了东西，物体本身会变重的，所以，浮力就变小了。

T：水帮它往哪个方向浮的？

S：朝上。

2、结果分析：

被调查学生能根据生活经验、观察、课外书,来判断物体上浮原因：轻或空心；关于这个“水的力”的大小，学生回答可分三类：比正方体大、和正方体差不多、比正方体小，对物体加了东西之后的浮力大小变化则一致认为会变小，理由是变重了； “水的力”的方向，学生则大部分认为是朝上的，只有一个学生认为应根据水波纹的方向来判断。由此可见，未正式系统学习浮力知识的学生，并不是空着脑袋来学习浮力的。学生生活环境不同，对浮力有着各自丰富的认识。

视角二：结构式调查

1、典型图例

   

             

                 

2、图例统计与调查分析

种类   地区	有箭头向上托住球,球里面也有箭头向下。	有箭头向上托住球,球上面也有箭头向下	杯底有箭头向上。	球与水接触的地方,有箭头（左、右、下）指向小球。	在A球的四周分别有箭头指向上下左右。	在A球的底部画上下方向的直线或曲线，	在A球的上面有箭头向上	在A球的上方箭头朝下指向A球	在A球下面有一些向下的箭头	在球A的四周画上（逆时针方向）的箭头。	其它
城区	1	4	30	2	1	13	4	1		3	30
城镇			42		5	3	12		8		27
农村			12			4				1	39

从表格中发现大部分学生认为在A球下面有一些向上的箭头，但城区、城镇、农村的学生认识相差比较大，城镇的学生所占的比例比较多，而农村学生所占的比例就相对较少一些。

从卷面答题结果汇总中，发现绝大部分学生认为物体上浮的原因是跟物体轻、水里有空气等因素有关，城乡相差不大。至于浮力大小，认为“比物体的重量大”所占比例比较多，城区和城镇所占的比例比较接近，农村所占比例比较少；认为“比物体的重量小”所占比例比较少，农村和城镇所占比例比较接近，城区所占比例比较少；认为“比物体的重量一样”及其他所占比例比较少，城乡比例相差比较大。学生对浮力方向认识，有近一半学生认为“这个力是朝着上面”，城区、城镇所占比例多又比较接近，农村则相对少一些；认为“力是朝下”或“朝着四周”，所占比例比较少，城区、城镇、农村差距不大。

卷面探查内容比个别谈话内容要广，但不如个别谈话调查鲜活。总体上说，城区学生对漂浮物体的浮力认识相对城镇和农村学生而言要来得深刻。

（二）  学生对物体下沉状态时浮力的认识

视角一：半结构式调查

1、典型个案再现：

T（师把物体放在水中放开，物体沉到水底面后）：为什么它沉到水底了，没有浮上来啊？

S：太重，里面没有空气了

T：它有没有像刚才那样受到那个“水的力”啊？

S：有。

T：这个“水的力”有多大啊？

S：比正方体的重量小。

T：在塑料正方体上加一小东西，塑料正方体仍沉在水底上，这个时候“水的力”是一样大，还是变大或变小了呢？

S：变大了，因为东西加上去，变重了。

  T：“水的力”是朝哪个方向的呀？

S：向下。

2、结果分析：

学生对物体下沉原因解释比较统一：重或没有空气。下沉的物体是否受到 “水的力”，被调查的学生中，只有2个学生认为有受到水的浮力，绝大部分学生则肯定地认为没有受到水的浮力。在塑料正方体上加一小东西，受到 “水的力”变化，这两个学生的回答则完全相反：一个说“水的力”是变小了，好象变大，又好象变小；另一个则说变大了，东西加上去，变重了。对浮力的方向，这两个学生回答的方向也是相反的：一个学生说向下，另一个则说是朝上。由此，我们可以发现绝大部分学生认为下沉物体是没有受到水的浮力，至于认为下沉物体有受到水的浮力，对浮力的大小变化、方向也是比较模糊的。

视角二：结构式调查

1、典型图例

    

                    

                      

2、图例统计与调查分析

种类   地区	有箭头向上托住球。	球上面有箭头向下	球的上面有很多箭头向下指向小球，杯底有少数箭头指向小球。	杯底左右两侧分别有2个箭头倾斜指向小球。	在B球的上部画上下方向的直线	箭头从小球指向四方—上下左右。	在B球下面有一些向下的箭头	在B里面画一个向下的箭头	箭头从B球指向四面八方	在B球上面有一些向上的箭头	其它
城区	5	39	3	1	9	3					36
城镇	3	47	5	2			6	3	1	4	18
农村		12		2			1	6		2	48

从表格中发现大部分学生认为物体下沉是实心的和太沉的原因，所以学生在沉到水底的小球上面画了很多朝下的箭头，但城区、城镇、农村的学生认识相差比较大，城镇所占比例多，农村所占比例少。

从卷面答题结果汇总中，发现大部分学生认为物体下沉原因是跟物体重、实心、材料等因素有关。对下沉物体受到浮力的判断，城区和城镇所占比例比较接近（各占1/3），农村所占比例少一些。对浮力大小判断，认为“比物体的重量大”的学生所占比例为23.4%，城区、城镇所占比例相差不大，农村所占比例多一些；近一半学生认为“比物体的重量小”，城区、城镇、农村学生所占比例相差比较大，其中农村所占比例比较少，城镇所占比例比较多；认为“跟物体的重量一样”所占比例比较少。至于浮力方向判断，有近一半学生54.5%认为“这个力是朝着下面”，其中农村所占比例少一些；认为“力是朝上的”，城区所占比例比较多，城镇和农村所占比例比较少；认为“朝着四周”所占比例只有11.7%，但城区、城镇、农村的学生认识有差距，城区所占比例更少。总而言之，学生对下沉物体浮力的认识，城乡学生各有区域认识特征。

（三）  学生对物体悬浮状态时浮力的认识

视角一：半结构式调查

1、典型个案再现：

T（师把物体放在水中放开，物体悬浮在水中后）：为什么它没有沉到水底，也没有浮到水面上啊？

S（有点迟疑，摸摸头）：不知道，老师可以让我摸一下吗？

T：可以啊。

S拿起来，掂掂，摇摇：可能是它不轻不重吧。

T：那它有受到水的浮力吗？

S（很肯定）：有受到水的浮力。

T：那它受到的浮力有多大呀？

S：不大也不小。比浮在水面的泡末受到的浮力要小一些。

T：浮力的方向是朝哪里的？

S：上面和下面都有，左右两边也应该有。

2、结果分析：

被调查的几个学生一致认为悬浮物体都有受到浮力，而且比浮在水面的物体受到浮力要小一些，至于原因只有近一半学生认为是跟物体不轻不重有关系，另外学生则说不知道。至于浮力方向，有认为浮力是朝上的，有认为球里面和外面都有受到水的浮力，有认为球各方向都有受到水的浮力，有认为只有上面和左右两边有受到水的浮力，也有认为球下面和左右两边有受到水的浮力。可见学生对悬浮物体所受到的浮力认识，受物体在水中所处位置的影响还是比较大的，从下图学生对浮力方向的描绘中可见一斑。

 

              

视角二：结构式调查

1、典型图例

           

    

    

2、图例统计与调查分析

种类       地区	向上托住小球的箭头和球里面向下的箭头差不多。	托住小球向上的箭头和球上面向下的箭头一样	箭头从四面八方指向小球。（物体不重也不轻）	杯底有箭头向上。	箭头从小球指向四方	箭头从小球分别指向左右两侧。	在小球的上面有一些向上的箭头，小球的下面有一些向下的箭头，	箭头从B球指向四面八方,又有一些箭头从四周指向小球	在B球的四周画一些线条	在C的下面画一个朝下的箭头。	其它
城区	1	17	26	5	11	1					28
城镇		20	11	1	13	13	3	1	5		18
农村		12	2		1	2				1	44

从画图和卷面答题结果汇总中，发现大部分学生认为物体不沉不浮的原因是跟物体不重不轻、受到力不大不小等因素有关。对浮力的判断，主要有两种认识：有“受到了”和“有时受到，有时没有受到”。至于浮力大小，认为“比物体重量大”所占比例为16.9%，城区、城镇、农村所占比例相差不大；认为“比物体重量小”所占比例为29.4%，城区、城镇、农村所占比例相差较大；认为“跟物体重量一样”所占比例34.1%，城区、城镇所占比例多一些，农村所占比例少一些。对浮力方向的认识，有43.6%学生认为“这个力是朝着四周”，城区、城镇所占比例多一些，农村所占比例少一些。从调查中，发现悬浮位置最能影响学生对小球浮力方向判断，也最能反映学生的原有认知水平。

三、小学中段学生“浮力”前概念的分布情况分析

根据对学生从物体漂浮、下沉、悬浮三个纬度的谈话调查和问卷调查分析，我们可以把学生对“浮力”前概念的认知水平分成三个梯度：

梯度一：学生主要依据物体的轻重或实、空心的特征来判断物体的浮沉，认为漂浮或悬浮的物体在某一个地方都有受到向上的浮力，至于浮力的大小则相当迷茫，说不出来。

梯度二：学生会考虑到材料特性、物体形状，开始意识到了物体浮沉和轻重的辨证关系，但是他们还不能协调浮沉和轻重（空、实心）的关系；认为漂浮或悬浮的物体在在不同地方都有受到向上，向下、向左右的浮力，至于浮力的大小则各有说法，有说比物体本身大的，也有说比物体本身小的，而且各有自己理由。

梯度三：学生能够从液体密度的角度来考虑物体的浮沉，但不明白其中沉浮的原理。认为漂浮、悬浮或下沉的物体在在不同地方都有受到向上，向下、向左右的浮力，只是向上的浮力是最大的，左右两边的浮力是最小的；至于浮力的大小则各有说法——漂浮的物体受到的浮力最大，悬浮的物体受到的浮力不大也不小，下沉的物体受到的浮力最小。

导致小学中段学生对浮力的前概念认识三个梯度形成原因，主要有两点：其一，对日常生活经验肤浅片面的认识而形成的前科学概念。学生在日常生活中总是从自己的角度出发，去观察和理解周围的世界，并在与环境的相互作用中建构出自己独特的理解。其二，学生对教学知识理解不全面，或者从成年人、书本、高年级同学那里囫囵吞枣所学所记的知识，没有深入思考就和自己原有知识整合形成对浮力的认识。

四、浮力探查的指导意义

根据本次的调查结果分析，发现对中段的学生进行浮力概念的建构还是有困难的。《3-6年级科学课程标准》中只要求学生“知道一些生活中常见的力，如风力、水力、重力、弹力、浮力、摩擦力等，《7-9年级科学课程标准》才要求“知道阿基米德原理和沉浮条件”。鉴于这样的认识，在小学中段关于浮力现象的教学过程中，要注意以下几点：

1、要有正确的儿童视角，从成人的角度去分析儿童认识的误区。

在与学生交流的过程中，也是自己心灵洗涤升华的过程。原来学生对浮力的认识也会如此有特点：沉到水底的物体，是没有受到浮力的；浮力的方向可以向上、向下、向左、向右；浮力的作用点可以是上面、下面、左边、右边、中间。对于同一个事物的看法，不同年龄段的人认识不同。我们做教师的不能把成人的观点取代儿童的观点，要学会站在儿童的角度来看待问题，从成人的角度去分析儿童认识的误区，从而创设各种情景、利用不同的方法引导学生走出认识的误区，帮助孩子建构正确的科学概念。

2、要有科学的分层视角，看待不同区域儿童对浮力前概念的原认识。

整理不同片区学生的问卷调查，发现城区、城镇、农村学生的认识相差还是比较大的。城区、城镇的学生知识面比较广，平时在家庭生活中注重家庭实验的再探究，分析比较到位深刻，很有自己的认识和想法；农村的学生知识面比较窄，但生活实践经验丰富，对沉浮的认识及原因分析则侧重于自己的生活经历和经验，至于其他比较理性的分析则比较少。所以我们的教师要学会根据城区、城镇、农村学生认知的差异，找到不同地区学生的最近发展区，适当地增减教学内容的难度，进行有针对性的提问，最大程度地提高学生探究的兴趣，使学生在沉浮方面的认知体系得以最大程度的提升。

3、要有深刻的教材视角，进行课堂教学活动的合理设计。

对小学中段学生进行浮力现象的探究教学设计时，要力求突出让学生亲身感受或实验的环节设计，让他们实践体验中建构科学概念：物体在水中存在水的浮力，浮力的方向是向上的。至于浮力的大小和作用点的探究有一定的难度，则可留待中学再进行深入地探究学习，这样才不至于出现“不说还清楚，越说越绕越糊涂”学习状态。

 

参考文献：

1罗海军  中小学生对浮沉现象及其原因理解的案例研究 [J] . 2004、4

2、《科学（3——6）年级课程标准》[M]  北京师范大学出版社. 2002、3

3、鄢超云《朴素物理理论与儿童科学教育》[M] 江苏教育出版社，2007、8、1