初中生关于浮力大小观念结构的调查研究，本文主要内容关键词为：浮力论文,初中生论文,调查研究论文,观念论文,大小论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
浸入液体中的物体会受到液体对它的浮力，浮力的大小表面上看似乎与很多因素有关，如物体的轻重、空心与实心、形状，等等。而实际上决定浮力大小的是物体排开液体的多少，这个揭示浮力大小本质的著名规律，就是阿基米德原理。学生在学习阿基米德原理之前对浮力大小已经有了表面的理解，形成了各种各样的前概念。在教学中要想让学生真正理解阿基米德原理，必须使学生头脑中的各种前概念都能够转变为科学概念，如何才能实现这一转变呢？那就要清楚地了解学生对浮力大小已经理解到什么程度，存在哪些前概念，然后根据具体情况来精心设计教学活动。然而，目前关于学生对浮力大小理解的研究并不多，而且这些研究大多是采用比较传统的问卷法对学生关于浮力大小的观念进行调查和统计，没有能够深入研究并揭示学生的观念内部结构、观念运用规律及学生头脑中的观念数量，而这些恰恰又是浮力探究活动设计所必需的。为此，笔者专门开发了能激发学生各种关于浮力大小观念的测试工具，采用实验操作和访谈相结合的方法，使学生头脑中的各种观念都被暴露出来，从而对学生关于浮力大小观念的种类、各种观念的结构及其运用规律等进行更深入的研究。
一、研究方法
1.研究工具
2.测试程序
测试程序如下：（1）先让学生观察图1中7个物品的形状和大小，同时感觉各物品的轻重。（2）让学生将7个物品按图2所示位置和方式浸没在盛有水的玻璃槽中，其中1和2挑战学生的“密度”观念，2和3挑战“放置方式”观念，3和4挑战“深度”观念，4和5挑战“形状”观念，6和7挑战“空心与实心”观念，1、2和3在同一深度，4、5、6和7在同一深度。（3）让学生将7个物品按所受的浮力从大到小用“＞”或“=”排序。（4）让学生针对自己的排序说明原因。
3.测试对象
二、数据的统计与分析
本研究发现：未正式学习浮力内容的初中学生关于浮力大小主要存在“体积”“轻重”“密度”“空心与实心”“沉浮”“深度”“形状”“放置方式”“吸水量”等9种观念。各种观念的比例如表2所示。
1.各观念的数据统计与分析
（1）“体积”观念的数据与分析
从表2中可知“体积”观念所占的比例最大，高达80.39%。“体积”观念又分为“体积相同浮力相同”“体积越大浮力越大”和“体积越大浮力越小”三种亚观念，它们的比例如表3所示。
从表3中可看出，持有“体积”观念的学生中有80.49%认为“体积相同浮力相同”，有78.05%认为“体积越大浮力越大”，有24.39%认为“体积越大，浮力越小”，有24.39%的学生同时持有这三种亚观念。数据统计分析发现，各亚观念的运用具有一定的规律：用体积不同，但是都可以浮的物品比较时学生倾向于采用“体积越大浮力越大”观念，用同种材料，体积相同且都可以浮的物品比较时学生倾向于采用“体积相同浮力就相同”观念；用同种材料且都可以沉的物品比较时则倾向于采用“体积越大浮力越小”观念。同时持有三种观念的人之所以在解决问题过程中丝毫没有察觉到矛盾的存在，可能与学生思维的逻辑性不强有关。
（2）“轻重”观念的数据与分析
从表2中可知“轻重”观念的比例为54.9%。“轻重”观念又分为“轻的浮力大”和“重的浮力大”两种亚观念，他们的比例如表4所示。
从表4中可看出，持有“轻重”观念的学生中有64.28%认为“轻的浮力大”，有28.57%认为“重的浮力大”，有7.14%同时具有两种观念。持有“轻的浮力大”观念的学生都认为空心乒乓球（7号）受到的浮力最大，可能是因为平常看到羽毛、泡沫之类的东西能浮于水，所以认为越轻的物体受到的浮力越大，越可能浮。本研究还发现，同时持有“轻的浮力大”和“重的浮力大”两种观念的学生在解决问题中没有感觉到矛盾，可能是因为这类学生思维的逻辑性不强和概念不清引起的。
（3）“密度”观念的数据与分析
从表2中可看出，持“密度”观念的比例是54.9%。“密度”观念，又分为“密度大浮力大”“密度大浮力小”和“密度一样浮力也一样”三种亚观念，它们的比例如表5所示。
从表5中可看出，持有“密度”观念的学生中有64.29%认为“密度大浮力小”，有35.71%认为“密度大浮力大”，有25%认为“密度一样浮力一样”，有7.14同时具有三种观念。本研究还发现，这三种亚观念的运用也有一定的规律：当面临不同材料且一个可以沉、一个可以浮的两个物品比较时学生倾向于采用“密度小浮力大”观念；当面临两个都可以沉，但是材料不同且其中之一为铁的物品，比较时学生倾向于采用“密度大浮力大”观念；当面临同种材料、大小相同的两个物品比较时则倾向于采用“密度一样浮力一样”观念。
（4）“空心与实心”观念的数据与分析
从表2中可知“空心与实心”观念的比例为47%。“空心与实心”观念又分为“空心浮力大”和“空心浮力小”两种亚观念，它们的比例如表6所示。
从表6中得知持有“空心与实心”观念的学生中有87.5%认为“空心浮力大”，有12.5%认为“空心浮力小”，比例约为7:1。本研究还发现，学生对于空心为什么浮力大（小）有以下几种解释：①空心排水量大，所以浮力大；②空心吸水量大，所以浮力小；③空心最轻，所以浮力最大；④空心力量大，所以浮力小；⑤空心里面是空气，对所有的物体来说空气的浮力最大；⑥空心会浮，所以浮力最大。
（5）“沉浮”观念的数据与分析
从表2中得知“沉浮”观念的比例为25.49%。“沉浮”观念又可分为“沉的浮力小或浮的浮力大”“沉的浮力大或浮的浮力小”“沉的东西浮力一样或浮的东西浮力一样”和“沉底的不受浮力”四种亚观念。它们的比例如表7所示。
从表5中可知持有“沉浮”观念的学生中有53.85%认为“沉的浮力小”，有23.07%认为“沉的不受浮力”，有15.38认为“沉的浮力大”，有7.69%认为“沉的浮力一样”或“浮的浮力一样”。本研究还发现：具有“沉浮”观念的学生面临一个可以沉、一个可以浮的两个物品比较时，往往采用“沉的浮力大”或“沉的浮力小”这两种观念，而面临两个都可以沉或都可以浮的物品比较时，往往采用“沉的浮力一样”或“浮的浮力一样”这一观念。此外，本研究还发现的一个奇怪现象就是有的学生心目中没有“浮”的概念，只有“沉”的概念，总是避讳“浮”字。在研究者所访谈的25位初一学生中，就有两位属于这种现象，可能是因为初一学生中的大多数对“沉”现象已经基本掌握，但对“浮”的现象还没有很好认识与掌握，因此总是把浮的纳入沉的范畴[5]。
（6）“深度”观念的数据与分析
从表2中得知“深度”观念的比例为19.61%。“深度”观念又分为“深度越深浮力越大”“深度越深浮力越小”和“深度一样浮力一样”三种亚观念，它们的比例如表8所示。
从表8中可知持有“深度”观念的学生中有50%认为“越深浮力越小”，有30%认为“越深浮力越大”，有20%认为“深度一样浮力一样”。本研究还发现：认为“越深浮力越大”的大多数是初二的学生，认为“越深浮力越小”的几乎全部是初一的学生，而认为“深度一样浮力一样”的人初一、初二各占一半。这可能是因为初二学生前面刚刚学了液体压强，由于受到“液体内部越深处压强越大”的知识迁移的影响而认为“越深浮力越大”，初一的学生由于尚未学习物理，还没有压强概念，在他们看来重的物体沉下去较深，浮力小，所以大多数初一学生认为“越深浮力越小”。
（7）“形状”观念的数据与分析
从表2中可知“形状”观念比例为11.76%。“形状”观念又分为“圆的无浮力”“方的有浮力”“球容易下沉浮力小”和“形状相同浮力相等”四种亚观念，它们的比例如表9所示。
从表9中可知持有“形状”观念的学生中有50%认为“形状相同浮力相同”，有16.67%认为“圆的无浮力”，有16.67%认为“方的有浮力”，有16.67%认为“球容易下沉无浮力”。本研究还发现持有“形状”观念的学生在对同种材料、形状相同、体积相同的物品进行比较时才用到“形状相同浮力相同”的观念，对于不同材料、但形状相同、体积相同的两个物品比较时却不见这种观念的影子。
（8）“放置方式”观念的数据与分析
从表2中可知“放置方式”观念比例为5.88%。“放置方式”观念又分为“横放浮力大”和“竖放浮力大”两种亚观念，他们的比例如表10所示。
从表10中可知持有“放置方式”观念的学生中有66.67%认为“横放浮力大”，有33.33%认为“竖放浮力大”。本研究还发现学生认为“横放浮力大（小）”的原因有以下几种解释：①横放时，底面积大，所以受力面积也大，故浮力自然也大了；②横放时，底面下的水比较多，所以浮力较大；③竖放时物体重心较高所以浮力大；④竖放时，水容易浸到物体里面所以浮力小。
（9）“吸水量”观念的数据分析
从表2中可知“吸水量”观念的比例为1.96%。“吸水量”观念是指直接以吸水量的多少来比较浮力大小，如“吸水量越大浮力越大”。如果不是直接以吸水量的多少来比较浮力大小的则归入其他种类的观念中，比如，有的学生认为“空心的物体吸水量大，所以浮力也比较大”中的吸水量则归入“空心与实心”观念。
2.学生观念数量分布
初中生持有的观念数量及所占比例如表11所示。
从表11中可知，同时持有3种观念的人最多，比例为54.90%，同时持有1种观念的人数比例为3.92%，同时持有5种和6种观念的人数比例都是7.84%，基本上呈中间多两头少的分布状态；同时持有观念数量为0种、7种及7种以上的人数比例都为0，说明每个初中生至少持有一种观念，最多能持有6种观念，没有人能同时持有7种或7种以上的观念。从表中还可看出，绝大多数学生持有3种或3种以上的观念（这部分的比例为80.38%），只有少数的学生持有1种或2种观念（这部分的比例为19.62%），如图3所示为初中生持有浮力观念数量的分布图。
三、研究的结论
研究结果表明：（1）初中学生关于浮力大小主要存在“体积”“轻重”“密度”“空心实心”“沉浮”“深度”“形状”“放置方式”“吸水量”等9种观念。具有“体积”观念的人数最多，比例达80.39%；具有“吸水量”观念的人最少，比例仅为1.96%。每种观念又分为几种亚观念，各亚观念有时彼此矛盾，且他们的运用具有一定的规律。
（2）每个初中学生至少持有1种观念，最多可同时持有6种观念，绝大多数学生（比例为80.38%）同时持有3种或3种以上的观念，且持有3种观念的人数最多。
（3）学生运用某种观念与实验情景有很大的关系。
四、教学建议
首先，由于初中学生关于浮力大小的观念的普遍性和复杂性，大多数的初中生同时持有3种或3种以上的观念，而且每种观念又分为几种亚观念，因此浮力教学活动的设计应充分考虑这一特点，想办法使学生的各种观念在探究活动过程中都能得到转变和提升。其次，由于初中学生运用某种观念与实验情景有很大的关系，因此，在浮力的教学活动中要注意实验情境的创设。