1、 “阿基米德原理阿基米德原理”是繼是繼“浮力浮力”一節(jié)后對(duì)一節(jié)后對(duì)浮力的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，由對(duì)浮力產(chǎn)生原因及浮力的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，由對(duì)浮力產(chǎn)生原因及影響因素的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向?qū)Ω×Υ笮?shù)學(xué)影響因素的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)向?qū)Ω×Υ笮?shù)學(xué)表達(dá)的理性把握，并為后續(xù)的表達(dá)的理性把握，并為后續(xù)的“浮沉條件浮沉條件”做鋪墊。因此，本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的備課就顯做鋪墊。因此，本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的備課就顯得至關(guān)重要。本文以認(rèn)知負(fù)荷理論為基礎(chǔ)，得至關(guān)重要。本文以認(rèn)知負(fù)荷理論為基礎(chǔ)，對(duì)阿基米德原理進(jìn)行高端備課。對(duì)阿基米德原理進(jìn)行高端備課。一、一、“阿基米德原理阿基米德原理”教材分析教材分析 教材安排的阿基米德原理實(shí)驗(yàn)共有四步：教材安排的阿基米德原理實(shí)

2、驗(yàn)共有四步：1.測(cè)物體的重力；測(cè)物體的重力；2.物體浸入水中后，記錄彈簧物體浸入水中后，記錄彈簧秤示數(shù)，并用桶收集溢出的水；秤示數(shù)，并用桶收集溢出的水；3.測(cè)小桶和水測(cè)小桶和水的總重；的總重；4.測(cè)小桶的重力。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，得測(cè)小桶的重力。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，得出阿基米德原理并非四步就能完成，至少還需出阿基米德原理并非四步就能完成，至少還需要三步：要三步：1.計(jì)算物體的浮力；計(jì)算物體的浮力；2.計(jì)算溢出水的計(jì)算溢出水的重力；重力；3.比較物體的浮力與溢出水的重力關(guān)系。比較物體的浮力與溢出水的重力關(guān)系。這樣，探究實(shí)驗(yàn)事實(shí)上需要七步才能完成，這樣，探究實(shí)驗(yàn)事實(shí)上需要七步才能完成，并并且在計(jì)算物體所受浮力

3、時(shí)，要用到三個(gè)力的平且在計(jì)算物體所受浮力時(shí)，要用到三個(gè)力的平衡，而學(xué)生僅學(xué)過二力平衡衡，而學(xué)生僅學(xué)過二力平衡。因此，我們認(rèn)為，。因此，我們認(rèn)為，阿基米德原理的探究實(shí)驗(yàn)超出了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)阿基米德原理的探究實(shí)驗(yàn)超出了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。荷。 認(rèn)知負(fù)荷理論指出，如果學(xué)習(xí)者所要加工的信息容認(rèn)知負(fù)荷理論指出，如果學(xué)習(xí)者所要加工的信息容量超出了學(xué)習(xí)者的工作記憶所能加工的信息容量，那么量超出了學(xué)習(xí)者的工作記憶所能加工的信息容量，那么學(xué)習(xí)將變得無效。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，認(rèn)知負(fù)荷包括內(nèi)學(xué)習(xí)將變得無效。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論，認(rèn)知負(fù)荷包括內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷（在認(rèn)知負(fù)荷（Intrinsic Cognitive Load）、外在認(rèn)知負(fù)

4、）、外在認(rèn)知負(fù)荷（荷（Extraneous Cognitive Load）和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷）和相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷（Germane Cognitive Load）。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)）。內(nèi)在認(rèn)知負(fù)荷是由學(xué)習(xí)材料的固有特性及學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平?jīng)Q定的，是不能習(xí)材料的固有特性及學(xué)習(xí)者的知識(shí)水平?jīng)Q定的，是不能改變的；外在認(rèn)知負(fù)荷是來源于教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式及改變的；外在認(rèn)知負(fù)荷是來源于教學(xué)材料的呈現(xiàn)方式及教學(xué)設(shè)計(jì)，可以通過教學(xué)內(nèi)容的重新組織和設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)教學(xué)設(shè)計(jì)，可以通過教學(xué)內(nèi)容的重新組織和設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整；相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是與學(xué)習(xí)者主觀領(lǐng)域相關(guān)的信息，與整；相關(guān)認(rèn)知負(fù)荷是與學(xué)習(xí)者主觀領(lǐng)域相關(guān)的信息，與學(xué)生的認(rèn)知努力有關(guān)。所

5、以，要降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，學(xué)生的認(rèn)知努力有關(guān)。所以，要降低學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，就要從降低外在認(rèn)知負(fù)荷著手就要從降低外在認(rèn)知負(fù)荷著手對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新組織、對(duì)教學(xué)內(nèi)容重新組織、設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。二、二、“阿基米德原理阿基米德原理”的高端備課的高端備課 何為何為“高端備課高端備課”？物理高端備課物理高端備課是指以物理課程與教學(xué)理論為指導(dǎo)，是指以物理課程與教學(xué)理論為指導(dǎo)，采用采用“備課備課”的形式，研究既符合物的形式，研究既符合物理學(xué)內(nèi)在邏輯，又符合物理教學(xué)規(guī)律，理學(xué)內(nèi)在邏輯，又符合物理教學(xué)規(guī)律，同時(shí)符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律并接受課堂教同時(shí)符合學(xué)生學(xué)習(xí)規(guī)律并接受課堂教學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)學(xué)實(shí)踐檢驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，體現(xiàn)“

6、從物從物理知識(shí)傳授到物理方法教育，再到物理知識(shí)傳授到物理方法教育，再到物理思想形成理思想形成”的核心理念。的核心理念。 在此基礎(chǔ)上，構(gòu)筑一線物理教師在此基礎(chǔ)上，構(gòu)筑一線物理教師參與的教學(xué)研究交流平臺(tái)，從而達(dá)到參與的教學(xué)研究交流平臺(tái)，從而達(dá)到物理教育理論與實(shí)踐真正結(jié)合，促進(jìn)物理教育理論與實(shí)踐真正結(jié)合，促進(jìn)教師專業(yè)提升與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展向高水教師專業(yè)提升與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展向高水平跨越的物理教育研究活動(dòng)。因此，平跨越的物理教育研究活動(dòng)。因此，本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)就需要從阿基米德本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)就需要從阿基米德原理的內(nèi)在邏輯出發(fā)，按照學(xué)生的學(xué)原理的內(nèi)在邏輯出發(fā)，按照學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律及生活經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建阿基米德原習(xí)規(guī)律及

7、生活經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建阿基米德原理的高端備課。理的高端備課。 已有研究表明，在浮力的知識(shí)點(diǎn)上，學(xué)已有研究表明，在浮力的知識(shí)點(diǎn)上，學(xué)生的思維水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于教材要求的。因生的思維水平是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于教材要求的。因此，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重新組織、重新設(shè)計(jì)此，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行重新組織、重新設(shè)計(jì)就顯得尤為必要。既然教材的探究實(shí)驗(yàn)超就顯得尤為必要。既然教材的探究實(shí)驗(yàn)超出了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，那么就要另辟蹊出了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷，那么就要另辟蹊徑徑重新設(shè)計(jì)阿基米德原理實(shí)驗(yàn)。具體重新設(shè)計(jì)阿基米德原理實(shí)驗(yàn)。具體來說，就是來說，就是用漂浮實(shí)驗(yàn)代替下沉實(shí)驗(yàn)用漂浮實(shí)驗(yàn)代替下沉實(shí)驗(yàn)。本。本文中，漂浮實(shí)驗(yàn)即利用漂在液體表面的物文中，漂浮實(shí)驗(yàn)即利用漂

8、在液體表面的物體所做的實(shí)驗(yàn)，下沉實(shí)驗(yàn)即利用在液體中體所做的實(shí)驗(yàn)，下沉實(shí)驗(yàn)即利用在液體中下沉的物體所做的實(shí)驗(yàn)。下沉的物體所做的實(shí)驗(yàn)。 漂浮現(xiàn)象是物體在重力和浮力的作用漂浮現(xiàn)象是物體在重力和浮力的作用下，只有部分體積浸入液體中的現(xiàn)象。下，只有部分體積浸入液體中的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象是學(xué)生日常生活中常見的物理這種現(xiàn)象是學(xué)生日常生活中常見的物理現(xiàn)象，并且漂浮的物體只受重力和浮力現(xiàn)象，并且漂浮的物體只受重力和浮力兩個(gè)力的作用，而二力平衡也是學(xué)生已兩個(gè)力的作用，而二力平衡也是學(xué)生已掌握的知識(shí)。因此，從學(xué)生熟悉的經(jīng)驗(yàn)掌握的知識(shí)。因此，從學(xué)生熟悉的經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，把下沉實(shí)驗(yàn)改為漂浮實(shí)驗(yàn)，不僅出發(fā)，把下沉實(shí)驗(yàn)改為漂浮實(shí)驗(yàn)，

9、不僅符合學(xué)生的認(rèn)知水平，而且降低了學(xué)生符合學(xué)生的認(rèn)知水平，而且降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。的認(rèn)知負(fù)荷。 與下沉實(shí)驗(yàn)相比，漂浮實(shí)驗(yàn)不僅實(shí)與下沉實(shí)驗(yàn)相比，漂浮實(shí)驗(yàn)不僅實(shí)驗(yàn)步驟減少了，更為重要的是，它驗(yàn)步驟減少了，更為重要的是，它兼顧了學(xué)生的前概念。一般而言，兼顧了學(xué)生的前概念。一般而言，學(xué)生比較容易接受漂浮物體受到浮學(xué)生比較容易接受漂浮物體受到浮力的觀點(diǎn)（學(xué)生在談到生活中的浮力的觀點(diǎn)（學(xué)生在談到生活中的浮力時(shí)，大都會(huì)想到水面上的船、乒力時(shí)，大都會(huì)想到水面上的船、乒乓球等漂浮的物體），而對(duì)沉在水乓球等漂浮的物體），而對(duì)沉在水中的物體也受到浮力就會(huì)產(chǎn)生懷疑。中的物體也受到浮力就會(huì)產(chǎn)生懷疑。因此，漂浮實(shí)驗(yàn)學(xué)生

10、更容易接受。因此，漂浮實(shí)驗(yàn)學(xué)生更容易接受。 不僅如此，漂浮實(shí)驗(yàn)在求浮力時(shí)，不僅如此，漂浮實(shí)驗(yàn)在求浮力時(shí)，利用木塊所受浮力與重力相等即可利用木塊所受浮力與重力相等即可求出，而下沉實(shí)驗(yàn)要用到浮力、拉求出，而下沉實(shí)驗(yàn)要用到浮力、拉力及重力的三力平衡，這就加重了力及重力的三力平衡，這就加重了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。因此，對(duì)教材內(nèi)學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷。因此，對(duì)教材內(nèi)容重新設(shè)計(jì)，選擇漂浮實(shí)驗(yàn)降低學(xué)容重新設(shè)計(jì)，選擇漂浮實(shí)驗(yàn)降低學(xué)生的外在認(rèn)知負(fù)荷，可以更好地達(dá)生的外在認(rèn)知負(fù)荷，可以更好地達(dá)到對(duì)阿基米德原理的認(rèn)識(shí)。到對(duì)阿基米德原理的認(rèn)識(shí)。 由漂浮實(shí)驗(yàn)不完全歸納得出阿基米德原由漂浮實(shí)驗(yàn)不完全歸納得出阿基米德原理后，再把木塊換為

11、鐵塊、鋁塊等密度大理后，再把木塊換為鐵塊、鋁塊等密度大于水的物體讓學(xué)生進(jìn)行下沉分組實(shí)驗(yàn)，從于水的物體讓學(xué)生進(jìn)行下沉分組實(shí)驗(yàn)，從而從完全歸納的角度讓學(xué)生而從完全歸納的角度讓學(xué)生“驗(yàn)證驗(yàn)證”阿基阿基米德原理是否成立。需要指出的是，這里米德原理是否成立。需要指出的是，這里的下沉實(shí)驗(yàn)是作為阿基米德原理不完全歸的下沉實(shí)驗(yàn)是作為阿基米德原理不完全歸納的補(bǔ)充，由于學(xué)生已經(jīng)理解了阿基米德納的補(bǔ)充，由于學(xué)生已經(jīng)理解了阿基米德原理，雖然所做的實(shí)驗(yàn)仍然是下沉實(shí)驗(yàn)，原理，雖然所做的實(shí)驗(yàn)仍然是下沉實(shí)驗(yàn)，但學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷已大大降低。因此，這但學(xué)生的認(rèn)知負(fù)荷已大大降低。因此，這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)才真正符合由易到難的教學(xué)樣的教學(xué)設(shè)

12、計(jì)才真正符合由易到難的教學(xué)規(guī)律。規(guī)律。三、高端備課的思考三、高端備課的思考 阿基米德原理高端備課以認(rèn)知阿基米德原理高端備課以認(rèn)知負(fù)荷理論為基礎(chǔ)，從降低學(xué)生外在負(fù)荷理論為基礎(chǔ)，從降低學(xué)生外在認(rèn)知負(fù)荷出發(fā)，關(guān)照學(xué)生的前概念，認(rèn)知負(fù)荷出發(fā)，關(guān)照學(xué)生的前概念，不僅降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，而且不僅降低了學(xué)生的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，而且符合由易到難的認(rèn)知規(guī)律。據(jù)此，符合由易到難的認(rèn)知規(guī)律。據(jù)此，我們得到以下幾點(diǎn)啟示。我們得到以下幾點(diǎn)啟示。1教學(xué)的認(rèn)知負(fù)荷教學(xué)的認(rèn)知負(fù)荷 由于初中學(xué)生的認(rèn)知水平較低，由于初中學(xué)生的認(rèn)知水平較低，學(xué)生在運(yùn)用下沉實(shí)驗(yàn)得出阿基米德學(xué)生在運(yùn)用下沉實(shí)驗(yàn)得出阿基米德原理時(shí)，要處理較多的認(rèn)知負(fù)荷。原理時(shí)

13、，要處理較多的認(rèn)知負(fù)荷。顯然，超出學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)勢(shì)顯然，超出學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷的教學(xué)勢(shì)必導(dǎo)致學(xué)習(xí)的低效。因此，就需要必導(dǎo)致學(xué)習(xí)的低效。因此，就需要重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。從認(rèn)知負(fù)荷的重新進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。從認(rèn)知負(fù)荷的角度思考教學(xué)設(shè)計(jì)，這是本節(jié)課的角度思考教學(xué)設(shè)計(jì)，這是本節(jié)課的一大啟示。一大啟示。 2實(shí)驗(yàn)的選取原則實(shí)驗(yàn)的選取原則 麥克斯韋曾說：麥克斯韋曾說：“這些實(shí)驗(yàn)的教這些實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值，往往與儀器的復(fù)雜性成反育價(jià)值，往往與儀器的復(fù)雜性成反比，學(xué)生用自制的儀器，雖然經(jīng)常比，學(xué)生用自制的儀器，雖然經(jīng)常出毛病，但他卻會(huì)比用仔細(xì)調(diào)整好出毛病，但他卻會(huì)比用仔細(xì)調(diào)整好的儀器，學(xué)到更多的東西。仔細(xì)調(diào)的儀器，學(xué)到更多的

14、東西。仔細(xì)調(diào)整的儀器學(xué)生易于依賴，而不敢拆整的儀器學(xué)生易于依賴，而不敢拆成零件。成零件?！边@很好地指出了實(shí)驗(yàn)儀這很好地指出了實(shí)驗(yàn)儀器選取的簡(jiǎn)單性原則。器選取的簡(jiǎn)單性原則。 進(jìn)一步，不僅實(shí)驗(yàn)儀器的選進(jìn)一步，不僅實(shí)驗(yàn)儀器的選取要遵循簡(jiǎn)單性原則，實(shí)驗(yàn)操取要遵循簡(jiǎn)單性原則，實(shí)驗(yàn)操作以及實(shí)驗(yàn)原理也要遵循簡(jiǎn)單作以及實(shí)驗(yàn)原理也要遵循簡(jiǎn)單性原則。本文選取漂浮實(shí)驗(yàn)，性原則。本文選取漂浮實(shí)驗(yàn)，不僅實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，而且改進(jìn)不僅實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)單，而且改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)簡(jiǎn)了實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)簡(jiǎn)單，符合麥克斯韋提出的實(shí)驗(yàn)單，符合麥克斯韋提出的實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單性原則。簡(jiǎn)單性原則。 3教學(xué)的邏輯順序教學(xué)的邏輯順序 所謂教學(xué)的邏輯，就是教學(xué)過程中諸要所謂教學(xué)的邏輯，就是教學(xué)過程中諸要素呈現(xiàn)的順序。教材只做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)就得素呈現(xiàn)的順序。教材只做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)就得出阿基米德原理，其實(shí)是一種不完全歸納出阿基米德原理，其實(shí)是一種不完全歸納方法，而高端備課是一種由不完全歸納到方法，