PBL案例 ｜ “浮与沉”的较量
“浮与沉”的较量
——浮力项目化综合实践活动案例
桐乡市现代实验学校 范永良
为丰富学生的寒假生活，通过有趣的“学中玩、玩中学”等有意义的寒假综合实践活动，如“变废为宝”创新制作、实验，激发学生兴趣，培养个性特长，使学生享受快乐、充实的寒假生活，既符合初中生身心成长特点、也符合“双减”背景下的作业要求，更有利于学生综合实践能力的提升。若家长陪同参与，可增强孩子的安全感，也可增进亲子关系。
“浮与沉”似乎是事物的正反面，是遵循自然规律，相互联系的。让我们来认识三个“浮与沉”的制作实例。
【参加人员】
三个活动项目的制作均适合四年级以上的学生参与，但活动中蕴含的科学原理适合八年级以上学生解答。
【评价方式】
由于疫情，本活动适合学生居家个人实践，评价方式采用自评。若是集体活动，也可采用自评、互评、师评等多种方式。
活动一 神奇的乒乓球
我们知道，将乒乓球浸入水中，结果会浮于水面。现在来做一个简单实验。需要准备：一个乒乓球、一个塑料饮料瓶、一把剪刀(或美工刀)，如图1-1所示。
操作步骤如下：
1.用剪刀(或美工刀)将一个饮料瓶的底部去除，小心伤手，如图1-2所示。
2.剥去外包装，旋下瓶盖，将瓶子倒过来，放入乒乓球，如图1-3所示。
3.打开自来水龙头，将自来水放入饮料瓶中，你观察到乒乓球会浮起来吗？如图1-4所示。
4.关闭水龙头，将另一手去堵住下端瓶口，一会儿，观察到什么现象？
图1-1 图1-2 图1-3 图1-4
[活动评价]
评价内容
达成情况
能认识到生活中的废物可以做科学实验
☆☆☆☆☆
掌握对塑料瓶的切割技巧
☆☆☆☆☆
感受活动带来的惊奇，激发探究欲望
☆☆☆☆☆
[活动拓展]
1.你能解释活动中观察到的现象吗？
2.除了乒乓球的沉浮，你有没有发现其它的现象？
活动二 神奇的“浮沉子”
我们知道，潜水艇、鱼儿等在水中能够上浮和下沉，气球在空气中也能升空，是由于受到浮力和重力的缘故。你想利用身边的废弃物，自己制作一个在水中能浮能沉的小玩具吗？
[活动设计]
平时，我们用的书写笔种类是多种多样，但有一个共同点是均有笔帽，且是一端开口，另一端有小孔（2B铅笔除外）的空心管状体，如图2-1所示。
图 2-1 图 2-2 图 2-3
一旦“浮沉子”制作完成，如图2-2所示，它的质量即重力就一定了，不会改变。因此，要实现它的浮沉，必须改变受到浮力的大小。根据阿基米德原理，浸在水中的物体受到的浮力大小与它排开水的体积多少有关，因此，设计与制作“浮沉子”时，必须满足能改变浮力大小，即能改变排开水的体积的要求。为此，选择笔帽来制成一端密封，另一端开口或有孔的空心“浮沉子”的主要部分，通过改变笔帽内密封空气的体积，实现浮沉。
[活动实施]
现在就来动手制作一个既简单又好玩的神奇的“浮沉子”吧。
1.材料和工具的选择：
圆珠笔帽1个、回形针数枚、用剩的蜡烛1支、透明(软)矿泉水瓶2个(其中1个去除上部代替透明塑料杯)、打火机1个，如图2-3所示。
2.制作步骤：
(1)笔帽的密封处理：
点燃蜡烛，待烛芯有较多的液态蜡油时，如图2-4所示；吹灭蜡烛，迅速将圆珠笔帽顶端伸入热蜡烛油中，如图2-5所示；待冷却一会，蜡油开始凝固时取出圆珠笔帽，如图2-6所示。为了确保密封质量过关，再重复图2-5的操作，直到笔帽顶端蜡油凸出为止，如图2-7所示。
图2-4 图 2-5 图 2-6 图 2-7
思考：你有什么方法知道密封完好呢？
(2)“浮沉子”的制作：
将多枚回形针套入一枚回形针上，如图2-8所示。再将这一枚回形针插入笔帽上，如图2-9所示。这样就初步形成了一个一端密封、下端有孔（或口）、内部空心、重心在下的“浮沉子”。
图2-8 图2-9 图 2-10
(3)“浮沉子”的浮沉调整：
取1个透明矿泉水瓶，用剪刀剪去上部，如图2-10所示。装接近满的自来水，将“浮沉子”笔帽顶在上，回形针在下，慢慢放入盛水塑料杯中，观察“浮沉子”的浮沉情况，此时应该是沉底的，如图2-11所示；
图 2-11 图 2-12 图 2-13 图 2-14
然后取出“浮沉子”，取下一枚回形针，再放入盛水塑料杯中，观察“浮沉子”的浮沉情况，估计还是沉的；再取下一枚回形针，再放入，这样多次重复操作，直到“浮沉子”能浮于水面，仅稍露出笔帽顶端，如图2-12所示，这样就完成了“浮沉子”的调整。注意：每次放入水中前，要甩尽笔帽内的水。
3.“浮沉子”的用法：
向矿泉水瓶内装水至瓶颈处，将制作好的“浮沉子”先甩尽笔帽内的水，再慢慢放入瓶内，旋紧瓶盖，如图2-14所示。用手慢慢挤压塑料瓶壁，若浮沉子下沉至瓶底，松开手，它又会浮上来，则表明整个制作成功了。
[活动评价]
评价内容
达成情况
能认识到通过活动可以变废为宝
☆☆☆☆☆
体会制作“浮沉子”解决问题的愉悦
☆☆☆☆☆
制作中做到耐心、细致
☆☆☆☆☆
养成环保节俭好习惯
☆☆☆☆☆
[活动反思]
1.除了本活动用蜡烛油密封笔帽，你还有什么方法密封？
2.在“浮沉子”的使用过程中，你是否遇到了沉不下去的困难？你是如何解决的？
[活动拓展]
1.用本次活动学到的知识与技能，用其它合适的工具、合适的材料，你能设计出更多、更满意的“浮沉子”吗？
2.通过本次活动的仔细观察、精心制作，你发现了什么新的疑问？
[活动分享]
从图2-15、图2-16中，你能获得哪些启发？
图 2-15 各种大小不一的“浮沉子” 图 2-16 各种“浮沉子”装置
[知识链接]
浸在水中的物体，当受到的浮力大于重力时，物体会上浮，否则会下沉；当受到的浮力等于重力时，物体会悬浮。通过挤压瓶壁，使瓶内水面上分的空
气体积变小，瓶内气压增大，一部分水被挤压入浮沉子内，排开水的体积减小，浮沉子受到的浮力也减小，当浮力小于重力时，就下沉；反之，则上浮；当挤压力度合适时，浮力等于重力时，就悬浮（实际是很难控制的）。
活动三 池塘水面升降模拟实验
[活动需求]
先来思考一个曾经难倒许多人的古老问题：有一个不大的池塘中漂浮着一只装满石块的小船。假如船上的人把石块全部投入池塘的水中，池塘水面是上升还是下降？
[活动建模]
用大、小矿泉水瓶分别模拟池塘和小船，用铁块模拟石块。
[活动实施]
1.器材选择：
大小矿泉水瓶二个、铁块(或石块)一块、线一根、剪刀一把、白纸条、双面胶，如图3-1所示。
图 3-1
2.制作步骤：
(1)用较大矿泉水瓶模拟池塘，在其顶部剪一个缺口，做成溢杯状。小矿泉水瓶沿中部一分为二，旋紧盖子，模拟小船。
(2)在较大矿泉水瓶壁用双面胶粘贴上白纸条，并注满水，将铁块或石块用线拴住，如图3-2所示。
图 3-2 图 3-3 图 3-4 图 3-5
(3)先将铁块(或石块)放入小船内，再将小船慢慢放入池塘中，避免沉没，溢出的水用容器承接，如图3-3所示。放手后待小船浮于水面，用彩色笔在白纸条上标注水面位置，即为小船装满石块时的水面位置，如图3-4所示。
(4)手拿线端，将铁块或石块提出，放入池塘水中沉底，用彩色笔在白纸条上标注水面位置，即为石块全部投入池塘水中时的水面位置，观察水面位置的升降，如图3-5所示。
对比两图，发现水面下降。你能用所学知识解答吗？
[活动评价]
评价内容
达成情况
能认识到建模在解决问题中的作用
☆☆☆☆☆
体会用实验解决科学问题的愉悦
☆☆☆☆☆
制作中做到认真、耐心
☆☆☆☆☆
养成环保节俭好习惯
☆☆☆☆☆
[活动反思]
1.除了本制作材料模拟池塘和小船，你还能用生活中的“罐、盒、杯”等来模拟吗？
2.本活动中，你是如何解决遇到的困难的？与同学交流一下。
[活动拓展]
1.本活动中，你有什么方法使水面变化更明显？
2.本问题中，如果船上装满的是木头呢？水面会如何变化？
[活动分享]
利用本活动的装置，再添加一个注射器，你能设计一个方案测量家中小物件（如金戒指）的质量吗？
转自：陈老师实验室
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原标题：《PBL案例 | “浮与沉”的较量》
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