以《大氣壓強(qiáng)》為例談實(shí)驗(yàn)教學(xué)

摘 要：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對(duì)科學(xué)概念的理解，改驗(yàn)證式演示實(shí)驗(yàn)為探究式實(shí)驗(yàn)，注重過程，注重體驗(yàn)，從而優(yōu)化課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高課堂效率。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；課堂效率；探究

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2008)1(X)-0027-3

設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能使課堂教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。那么，課堂教學(xué)中如何選取，設(shè)計(jì)合適的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)?？下面結(jié)合《大氣壓強(qiáng)》教學(xué)實(shí)例談?wù)勅绾谓M織實(shí)驗(yàn)教學(xué)來提高課堂教學(xué)效率：

1 設(shè)計(jì)好演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境引入新課題

教育學(xué)和心理學(xué)為我們指明了學(xué)習(xí)活動(dòng)的第一導(dǎo)向——興趣，教師應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境引入新課題，引導(dǎo)和誘發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的濃厚興趣，使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲望，從而產(chǎn)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，積極主動(dòng)參與學(xué)習(xí)活動(dòng)。

由于各種各樣的原因，中學(xué)生普遍存在生活經(jīng)驗(yàn)不足，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)缺乏等特點(diǎn)，因此對(duì)抽象的概念，規(guī)律的形成與理解，往往存在著不同程度的困難，這就需要教師在課堂上做好演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行補(bǔ)償。

當(dāng)然，有時(shí)學(xué)生獲得的直接經(jīng)驗(yàn)是片面的，甚至是錯(cuò)誤的。利用這一特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以有意識(shí)的制造一些陷阱，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，引發(fā)思考，然后引導(dǎo)學(xué)生對(duì)此做具體的分析和處理，以加深學(xué)生的印象，更有效的完成教學(xué)目標(biāo)。

案例1 在《大氣壓強(qiáng)》一節(jié)的課堂教學(xué)中，為了引出大氣壓強(qiáng)的存在，通常采用“倒杯實(shí)驗(yàn)，玻璃注射器的活塞為什么沒有被鉤碼拉下來”等實(shí)驗(yàn)來展開教學(xué)?？墒牵趯?shí)際實(shí)驗(yàn)中還是存在著一些問題需要反思，如：在做倒杯實(shí)驗(yàn)時(shí)，要求玻璃杯不能太大，紙片軟硬要適度，玻璃杯中不能進(jìn)入空氣，翻轉(zhuǎn)過來時(shí)動(dòng)作要迅速等，否則成功率較低；而玻璃注射器的活塞為什么沒有被鉤碼拉下來實(shí)驗(yàn)，則較容易使學(xué)生產(chǎn)生錯(cuò)覺——注射器活塞對(duì)鉤碼向上的拉力來自活塞與注射器外殼之間的摩擦力。我設(shè)計(jì)了這樣的演示實(shí)驗(yàn)：

1、器材：一杯水（染成紅色），一個(gè)空杯，一個(gè)膠頭（或橡皮套），一根玻璃管（兩端開口，粗細(xì)均勻，長(zhǎng)20cm，內(nèi)徑約5～10mm均可）

2、演示過程

演示1：出示玻璃管，將空杯置于管的正下方，然后向管內(nèi)倒水，可看到水從管底流出。

演示2：左手拿管，并且用食指緊緊堵住玻璃管的下端，仍然向管內(nèi)注入水，至滿（見圖1）。



教師提問：為什么水不會(huì)從下面流出？

學(xué)生微笑，齊答：因?yàn)楣艿妆皇种付伦×?。筆者肯定學(xué)生的回答，并指出：由于管底被手指堵住，所以手指對(duì)管內(nèi)的水產(chǎn)生向上的壓強(qiáng)，支承住了水柱。接著置疑：若此時(shí)將管倒拿，使其開口端朝下，水會(huì)不會(huì)流出？學(xué)生紛紛猜測(cè)，形成懸念。

演示3：左手拿管不變，同時(shí)用右手中指抵住玻璃管的上口，然后將管倒置，（倒置過程中，手指不要松開）。接著故意緩慢移開右手指，使下面的管口露出。這時(shí)可見紅色水柱并沒有流出來！（見圖2）

學(xué)生大吃一驚！教師自言自語(yǔ)：咦，為什么水沒有流出來呢？（可用左手倒拿著管，夸張地放到眼底瞧一瞧）難道管里的水突然沒有了重力嗎？難道是老師會(huì)氣功，‘發(fā)功’將管內(nèi)的水吸住了嗎？

學(xué)生輕笑，同時(shí)產(chǎn)生了想獲知正確答案的強(qiáng)烈欲望。

啟發(fā)：雖然我們看不見管口有物堵住它，但管口附近是不是任何物體都沒有呢？

學(xué)生茅塞頓開——有空氣存在。

因勢(shì)利導(dǎo)：在管口四周存在著我們看不見的大量空氣，這些氣體起到了手指的作用，堵住了管口，使管內(nèi)的水竟然無可奈何地呆在里面。這說明了這些大氣對(duì)管底的水面有向上的壓強(qiáng)，支承著水柱。

這時(shí)，仍有學(xué)生半信半疑，可進(jìn)一步說明：因?yàn)楝F(xiàn)在管內(nèi)的水只有下面受到了大氣壓強(qiáng)的支承作用，所以很難流出；但如果同時(shí)有大氣作用在管的上水面，那么上、下作用的氣壓相互抵消，水就會(huì)在重力作用下流出來。

松開左手食指，水應(yīng)聲落下。（學(xué)生開始相信大氣有壓強(qiáng)）

演示4：改用膠頭，套住玻璃管的一端，再做一遍，同樣獲得滿意效果。

至此，學(xué)生對(duì)空氣有壓強(qiáng)已深信不疑?？梢允猪槙车剡M(jìn)行后面的教學(xué)。

在這個(gè)課題的引如過程中，有意識(shí)的通過演示1和演示2設(shè)置了一個(gè)感知陷阱，再通過演示3引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，使學(xué)生的認(rèn)知過程一波三折，加深可印象，取得了一個(gè)了非常好的教學(xué)效果，同時(shí)體現(xiàn)了規(guī)律形成過程的曲折性和挑戰(zhàn)性。試想，如果這里設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，直接演示實(shí)驗(yàn)3和實(shí)驗(yàn)4，也可以切入課題，但相比之下，效果就要欠缺一些了。

因此，在課堂教學(xué)中，采用怎樣的演示實(shí)驗(yàn)來引入課題，是需要仔細(xì)切磋和推敲的。

2 設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對(duì)科學(xué)概念的理解

科學(xué)概念大多比較抽象，學(xué)生不易理解。在教學(xué)過程中教師可以設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生由形象思維過渡到抽象思維，從而加深對(duì)科學(xué)概念的理解，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際和分析問題、解決問題的能力。

案例2 仍以《大氣壓強(qiáng)》一節(jié)的課堂教學(xué)為例，為加深對(duì)大氣對(duì)各個(gè)方向都有壓強(qiáng)的理解，我設(shè)計(jì)了這樣的演示實(shí)驗(yàn)：

演示5：玻璃杯裝滿水用紙片擋住，倒立玻璃杯，紙片不脫落，如圖1，說明向上有大氣壓。

演示6：向下．將剝了殼的熟雞蛋塞住剛燒過酒精棉球的廣口瓶口，很快雞蛋就被壓進(jìn)廣口瓶中，如圖2，說明向下有大氣壓。

演示7：取一只透明的玻璃瓶，塞子上插一根兩端開口的直玻璃管和一根直角彎管，在直管的下端扎一只未充氣的彩色小氣球．如圖3所示．當(dāng)用抽氣機(jī)從直角彎管上抽去瓶?jī)?nèi)空氣時(shí)，瓶?jī)?nèi)彩色小氣球被逐漸“吹”大．當(dāng)取下抽氣機(jī)時(shí)，彩色小氣球恢復(fù)原狀．試對(duì)以上現(xiàn)象做出科學(xué)的解釋。

學(xué)生分析后教師小結(jié)：當(dāng)瓶?jī)?nèi)空氣被抽出時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)逐漸減小，氣球通過直玻璃管和大氣相通，使小氣球內(nèi)大氣壓強(qiáng)大于小氣球外（瓶?jī)?nèi)）的氣體的壓強(qiáng)。在大氣壓的作用下將小氣球“吹”大。當(dāng)取下抽氣機(jī)時(shí)，空氣進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，使瓶?jī)?nèi)、外壓強(qiáng)都相等，都等于大氣壓強(qiáng)．小氣球在彈力作用下又恢復(fù)原狀。“吹”脹氣球的實(shí)驗(yàn)可說明大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，而且向各個(gè)方向的壓強(qiáng)都相等。

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)并不是簡(jiǎn)單的信息積累，更重要的是新舊知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的相互作用以及由此而引發(fā)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組。也就是說，學(xué)習(xí)是學(xué)生的經(jīng)驗(yàn)體系在一定環(huán)境中自內(nèi)而外的“生長(zhǎng)”，它首先要以學(xué)習(xí)者原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)知識(shí)的建構(gòu)。按照奧蘇貝爾的觀點(diǎn)，新知識(shí)只有在認(rèn)識(shí)系統(tǒng)中找到與之相關(guān)聯(lián)的舊知識(shí)作為“固定點(diǎn)”，并在固定點(diǎn)的基礎(chǔ)上，促使新舊知識(shí)之間相互作用，才能使新知識(shí)納入舊知識(shí)系統(tǒng)而獲得意義，固定點(diǎn)是否清晰，是否具有較強(qiáng)的固定力是實(shí)現(xiàn)高效建構(gòu)的關(guān)鍵。在本案例中，大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)是建立在液體向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)的，是一種基于舊知識(shí)的知識(shí)建構(gòu)，教師在這里首先要把液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)點(diǎn)明，使“固定點(diǎn)”更清晰，有利于同化新知識(shí)。通過以上演示實(shí)驗(yàn)，不僅加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，還可以提高學(xué)生探索自然現(xiàn)象和日常生活中的科學(xué)規(guī)律的興趣，并使得課堂效果更有活力。

3 改驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)為探究式實(shí)驗(yàn)，注重過程，注重體驗(yàn)。

課本中的演示實(shí)驗(yàn)很多是驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)，缺少啟發(fā)性。我們將其中某些和學(xué)生已有知識(shí)關(guān)系密切的演示實(shí)驗(yàn)改探究式演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生通過設(shè)想、觀察、分析、歸納而得出新概念、反應(yīng)或原理。

案例3 對(duì)《大氣壓強(qiáng)》中的大氣壓強(qiáng)的大小與氣體的流速的關(guān)系的教學(xué)，我就采用了如下方法：

問：看到的這幅圖片（一幅有關(guān)火車看臺(tái)的圖片），你能提出一些問題來嗎？老師有一個(gè)問題：在火車的站臺(tái)上，標(biāo)有一道平行于鐵軌的直線。當(dāng)列車駛過時(shí)，不允許旅客站在這條線內(nèi)，以保證人體與鐵軌離開足夠的距離。你知道這是為什么嗎？

要解釋這個(gè)問題，就讓我們一起來做幾個(gè)探究實(shí)驗(yàn)吧！

【實(shí)驗(yàn)】研究氣流的流速與壓強(qiáng)的關(guān)系

（1）找一條薄紙帶，捏住紙的一端，讓紙自然下垂，當(dāng)你用嘴朝水平方向吹氣時(shí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？若改變吹氣的力量和速度，紙帶會(huì)發(fā)生什么變化？

現(xiàn)象：紙向上飄起

（2）找兩張相同的薄紙，用手捏住兩張紙的一端，讓兩張紙自然下垂，相距3－5厘米，并使兩張紙保持平行。沿兩張紙的中間向下吹氣時(shí)，猜測(cè)會(huì)出現(xiàn)的現(xiàn)象。試一試，結(jié)果與你的猜測(cè)相同嗎？

學(xué)生猜測(cè)：紙條會(huì)被氣流向兩邊吹開

現(xiàn)象：當(dāng)吹氣時(shí)，兩紙條反而向中間合攏

分析：吹氣時(shí)紙條為什么會(huì)向中間合攏呢？

肯定是紙條受到了力的作用，而且力的方向是指向內(nèi)側(cè)。那么是什么物體施與紙條力的作用呢？我們分析一下：與紙條接觸的只有空氣。吹氣前，兩條紙互相平行，保持一定的間距，沒有吸引和推斥，表明它們受到外側(cè)和內(nèi)側(cè)的力互相平衡；吹氣時(shí)，兩條紙相互靠近。紙條外側(cè)的氣體壓強(qiáng)沒有發(fā)生變化，說明是紙條內(nèi)側(cè)的氣體壓強(qiáng)變小了。吹氣時(shí)與不吹氣時(shí)有什么不同嗎？?jī)杉垪l內(nèi)側(cè)的氣體的流速較大。

可見，氣體流速的改變，改變了氣體的壓強(qiáng)；而且是氣體的流速越大，壓強(qiáng)越小。

問：現(xiàn)在你能解釋在火車站的站臺(tái)上，人為什么要與行駛的列車保持適當(dāng)距離了嗎？

行駛的火車和人之間的氣流速度大，壓強(qiáng)變小。人外側(cè)的大氣壓大于火車和人之間的氣壓。這種情況下，會(huì)使人大氣壓擠到火車前，這樣非常危險(xiǎn)。

【實(shí)驗(yàn)】把一支玻璃管插入水中，當(dāng)用另一支玻璃管對(duì)著它的上端吹氣時(shí)，有什么現(xiàn)象？試一試，怎樣對(duì)此現(xiàn)象作出解釋。

現(xiàn)象：有水從管口吹出。

解釋：玻璃管的上端氣流速度大，壓強(qiáng)小（小于大氣壓）。所以玻璃管中的水在大氣壓的作用下從管口出來。

【實(shí)驗(yàn)】紙飛機(jī)機(jī)翼上升實(shí)驗(yàn)

我們發(fā)現(xiàn)：空氣流到機(jī)翼前緣后，分成上下兩股氣流，分別沿機(jī)翼的上下表面流過，在機(jī)翼后緣又重新匯合向后流去。機(jī)翼的上表面凸起，使流速加快，壓強(qiáng)減小；而機(jī)翼的下表面流速小，壓強(qiáng)增大。于是在機(jī)翼的上下表面出現(xiàn)了壓強(qiáng)差，就有了壓力差，這成為飛機(jī)上升的動(dòng)力。當(dāng)升力大于飛機(jī)重力的時(shí)候，飛機(jī)就可以升空了。

幾次對(duì)比，讓學(xué)生分析、討論，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論合情合理地被推導(dǎo)出來，得出大氣壓強(qiáng)與氣體流速的關(guān)系，全體學(xué)生都留下了深刻的印象。

從生動(dòng)的直觀到抽象的思維是認(rèn)識(shí)的基本規(guī)律。由于科學(xué)教學(xué)中部分內(nèi)容比較抽象，而學(xué)生又缺乏相應(yīng)的感性認(rèn)識(shí)，不少疑難問題很難給學(xué)生一個(gè)滿意的解答。心理學(xué)研究表明：青少年兒童思維形式是以具體形象思維為主。而這種形象思維是借助對(duì)客觀事物的表象而產(chǎn)生的，如果離開了客觀實(shí)際，表象豈不成了無源之水、無木之本？所以“體驗(yàn)”之法就是讓學(xué)生親自體驗(yàn)問題的情境，獲得豐富的直接經(jīng)驗(yàn)。體驗(yàn)的方式很多，如摸一摸、掂一掂、聞一聞、壓一壓、推一推等，主要是讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)過程，得到深切的感受和體驗(yàn)，這種感受和體驗(yàn)是聽和看所無法替代的，可以彌補(bǔ)聽、看的不足。以上案例中先用一張紙、兩張紙這樣簡(jiǎn)單的教具吹一吹，就可以讓學(xué)生體驗(yàn)并得出大氣壓強(qiáng)與氣體流速的關(guān)系，然后通過做紙飛機(jī)機(jī)翼上升、吹蠟燭、吹不下來的乒乓球、打乒乓球時(shí)香蕉球的發(fā)法等日常生活中玩過的實(shí)驗(yàn)，既可以加深理解，又可以解答學(xué)生的疑難問題，還可以培養(yǎng)學(xué)生探究性學(xué)習(xí)的良好習(xí)慣。

總之，作為一名科學(xué)教師，應(yīng)該為如何提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的基本方法做出努力。而科學(xué)課堂上，最能吸引學(xué)生的正是生動(dòng)有趣的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。成功完美的演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)有助于引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用分析、比較、抽象、概括等科學(xué)方法揭示出事物的本質(zhì)屬性，建立概念，形成規(guī)律，再回到實(shí)踐中去檢驗(yàn)、運(yùn)用和發(fā)展。同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生對(duì)基本實(shí)驗(yàn)方法的遷移和靈活運(yùn)用能力的訓(xùn)練，多角度、全方面地讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高到一個(gè)新的水平。

參考文獻(xiàn)：

［1］耿瑞艷主編，《中學(xué)理科教學(xué)與實(shí)驗(yàn)》，東北師范大學(xué)出版社，1999.12

［2］關(guān)文信主編，《新課程理念與初中物理課堂教學(xué)實(shí)施》，首都師范大學(xué)出版社，2003.5

［3］蔣金山， 試論物理演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革，《實(shí)驗(yàn)教學(xué)與裝備》，2005.4

［4］毛建強(qiáng)，談?wù)勅绾芜x取課堂教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)，《中學(xué)物理》，2005.10

［5］王強(qiáng)，初中物理演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)駁議，《中學(xué)物理》，2005.10