提高初中学生构建坐标图能力的策略研究

提高初中学生构建坐标图能力的策略研究

楼佳

浙江省杭州市富阳区富春中学

摘要：坐标图能使学生对知识的认知从状态迁移到过程，从静态发展到动态，使学生体会坐标图的魅力，激发对坐标模型的构建欲。借助数学公式推导获得的新坐标图像和基于理想化的坐标图像，使学生对知识的理解更有深度和广度，促进了学科本质和模型建构的变化性的理解，激发了学生的创造性思维。

关键词：坐标图 科学

一、问题的提出

坐标图是学习科学的重要内容，是核心素养的重要组成部分。八年级学生对坐标图已经

有了初步的认识，但对于坐标图的规范构建及灵活运用还存在困难。科学教学过程中该如

何提高学生的识图、作图能力，促进科学知识的建构与理解，提升学生的科学素养。笔者以《物体的浮沉》为例阐述提高学生构建坐标图能力的策略及实际应用，与同行共享。

二、关于构建坐标图

坐标图是初中科学学习中的一种辅助方法，其基本要素包括原点、正方向和单位长度。构建坐标图一般包括以下内容：标注标题即坐标图反映的内容；一个“L”字延长的坐标轴并在末尾画上箭头；一般的，在横坐标的箭头边上标注自变量及单位，在纵坐标的箭头边上标注因变量及单位；刻度范围和刻度值的取法正确，且能使数据合理分布在坐标轴中；起点、拐点和终点正确，线条清晰流畅。

三、提高初中学生构建坐标图能力的策略及其应用

（一）教学目标

1.科学观念：能测量浮力大小，知道物体浮沉的条件。

2.科学思维：通过构建坐标图模型分析、归纳和解释物体浮沉现象

3.探究实践;通过实验探究得出物体浮沉的条件，能解释与物体浮沉相关的现象。

4.态度责任;在实验过程中树立严谨的科学态度，提高识图、析图能力。

（二）具体操作

情境1：2021年7月7日山西永济6名孩子在黄河边玩水失联，7月10日下午湖南省湘潭县涓水河柳树湾发生意外溺水事件，5名溺水孩子抢救无效死亡。溺水成了孩子暑假非正常死亡的头号杀手。那么人落入河水中是否受到了水的浮力？如果是，人受到的浮力到底有多大？

任务1：请你正确选择和使用提供的器材（弹簧测力计、铁架台、钩码、烧杯、水），设计测量在水中下沉的物体所受浮力大小的实验方案。要求：小组合作设计方案，根据方案进行实验并记录相应的实验数据，然后根据评价量表构建相应的坐标图F浮-h图像，用横坐标表示物体浸入深度h，纵坐标表示浮力F浮，绘制，并进行评价和修正（见表1）。对构建的模型进行自评和互评，并修正模型（用红笔表示出来）。   

                表1      坐标图模型构建评价量表

学生活动：

   （1）小组合作画坐标。

小合作大智慧，通过小组讨论、修改、补充能在有限时间内提高作图效率，不仅使图象更规范合理，还能提高每个学生学习的兴趣。

（2）班级展示促进步。

班级展示总能给人启发，使人进步，在同一个坐标图中同时显示浮力和拉力的变化图像，可以使两者的关系更加直观形象。

坐标图能动态显示两个物理量间的关系，使物理量之间规律更加直观明了和全面。

情境2：将鸡蛋放入水中，鸡蛋会逐渐下沉至沉底，有什么办法可以使它上浮？鸡蛋在水中下沉和逐渐上浮过程中所受的浮力大小是如何变化的呢？

任务2：请同学们通过实验仔细观察并记录鸡蛋在水中下沉至沉底及在不同浓度盐水中上浮至漂浮的过程，分析鸡蛋所受浮力大小的变化情况并用坐标图进行表示说明。

（1）观察并记录鸡蛋的沉浮情况。

A-C图为鸡蛋在水中下沉过程，受到重力和浮力且重力始终大于浮力；D图为鸡蛋下沉至杯底，受到重力、浮力和支持力，三力平衡，从D图开始逐渐向水中加入食盐，重力不变，浮力逐渐增大，支持力逐渐减小，当支持力减小为0时鸡蛋开始上浮，变为E图。E-H为鸡蛋在不同浓度盐水中逐渐上浮至漂浮的过程，此过程重力不变，E、F为鸡蛋上浮，浮力大于重力且浮力增大，G、H为漂浮，重力等于浮力，浮力大小不变。

（2）分析鸡蛋所受浮力大小的变化情况。

   (3)构建并丰富坐标图模型。

A-D图物体在水中下沉时，ρ液不变，V排增大，F浮增大，重力不变但始终大于浮力，如果物体为立方体或圆柱体，则浮力均匀增大，浮力与浸入深度为线性关系，如果物体为球体，则浮力非均匀增大，浮力与浸入深度为非线性关系。D-F图ρ液变大，V排不变，F浮增大，且F浮与ρ液成正比，同时还能得到两种或两种以上液体的F浮与ρ液图像。G、H图为漂浮状态，浮力不变，ρ液与V排成反比，得到ρ液与V排的图像，当物体为圆柱体或立方体时可推导得出ρ液与h的反比例图像，为解释密度计刻度不均匀提供理论依据。同时还可推导得到m与h的正比例图像，用以解释浮力秤刻度均匀分布，由浮力秤工作原理还能拓展得到两个或两个以上物体叠加后处于漂浮时的一系列问题。

学生在观察鸡蛋沉浮的现象中获得了浮力变化的感性认识，在比较分析过程中树立了构建坐标图的意识，在具体构建中获得了知识与方法联想和迁移，实现坐标图模型不断丰富和完善，拓宽了思维，提升了科学素养。

主要参考文献：

1．朱清时，  科学义务教育教科书［M］.  浙江教育出版社,  2013。