利用科學(xué)故事創(chuàng)設(shè)課堂教學(xué)情境的嘗試

(徐州市科技中學(xué)，江蘇 徐州 221000)

“學(xué)生帶著一種高漲的、激動(dòng)的情緒從事學(xué)習(xí)和思考，對(duì)面前展示的真理感到驚奇甚至震驚；學(xué)生在學(xué)習(xí)中意識(shí)和感覺到自己智慧的力量，體驗(yàn)到創(chuàng)造的快樂，為人的智慧和意志的偉大而感到驕傲.”蘇霍姆林斯基在《給教師的建議》中的這段話，引發(fā)了筆者對(duì)當(dāng)下教師課堂教學(xué)行為的思考.

物理學(xué)習(xí)是一個(gè)復(fù)雜的過程，對(duì)于剛開始學(xué)習(xí)物理的八年級(jí)學(xué)生來講，物理是全新的、充滿了挑戰(zhàn)的學(xué)科.如果教師從這時(shí)起就能在教學(xué)的過程中，盡可能地以科學(xué)探索過程為情境，用講故事的形式將課堂教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)出來，則既能提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，又能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)概念形成的過程脈絡(luò)，感受科學(xué)家研究問題的方法.更重要的是，科學(xué)家的科學(xué)精神和品質(zhì)會(huì)潛移默化，在他們的心靈中播下科學(xué)探究的種子.

為此，筆者在自己的教學(xué)實(shí)踐中做了一些嘗試.以下為《大氣壓》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂實(shí)錄.

1 情境引入

師：在人類發(fā)展的歷史上，無數(shù)人癡迷于科學(xué)實(shí)驗(yàn)，窮其一生追尋真理，才使科學(xué)有了今天的進(jìn)步.今天，老師就給同學(xué)們講幾位科學(xué)家的小故事.

師：同學(xué)們?cè)谛W(xué)的《科學(xué)》課中就了解了“馬德堡半球?qū)嶒?yàn)”.這個(gè)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證什么科學(xué)原理的？

生：大氣壓是否存在.

圖1

師：對(duì).做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家叫奧托·格里克，他是德國馬德堡市的一位市長，也是一位勇于探索的科學(xué)家.他自幼就對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)有著濃厚的興趣.他潛心鉆研大氣壓現(xiàn)象，曾經(jīng)做過這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)，用較薄的銅皮做成如圖1所示的球殼，再用自制的活塞式抽氣機(jī)往外抽氣.隨著抽氣的進(jìn)行，抽動(dòng)抽氣機(jī)活塞的力也要越來越大，最后不得不用幾個(gè)人來拉，才能抽動(dòng).終于，“嘭”的一聲巨響，銅球殼癟了.現(xiàn)在，我們就來模擬這個(gè)實(shí)驗(yàn)：

演示：將一個(gè)抽氣機(jī)和一個(gè)塑料飲料瓶相連，抽氣后飲料瓶癟了.

師：同學(xué)們知道其中的原因嗎？

生：是因?yàn)榍驓だ锩娴目諝馍倭耍瑤缀跏钦婵樟?，外面的空氣把它壓癟的.

師：這說明了什么？

生：大氣應(yīng)該對(duì)球殼有壓力.

師：真棒！可三百多年前的人們并不這么認(rèn)為.格里克為了向世人證明空氣壓強(qiáng)的存在，證明大氣壓的力量之大，才做了著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn).

師：其實(shí)我們自己也能用身邊的一些材料做些小實(shí)驗(yàn)，來證明大氣壓的存在.(用PPT展示覆杯實(shí)驗(yàn)、飲料瓶實(shí)驗(yàn)的步驟.)

分組實(shí)驗(yàn)：按學(xué)習(xí)小組用老師提供的材料動(dòng)手實(shí)驗(yàn).

師：請(qǐng)同學(xué)們先在組內(nèi)討論，然后告訴大家，產(chǎn)生這些現(xiàn)象的具體原因是什么？

生1：杯子里的水和紙片不掉下來，肯定是大氣壓托住了它們.

生2：把飲料瓶里熱水倒掉后，瓶中還有部分水蒸氣，當(dāng)水蒸氣液化后，瓶內(nèi)的氣體減少，氣壓降低，外面的大氣壓就把它壓癟了.

師：很好.從剛才的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)里，你們能不能看出大氣壓力的方向呢？

生：向上、向下，好象向各個(gè)方向都有.

師：對(duì)！在方向上大氣壓跟液體壓強(qiáng)是一樣的.老師還有個(gè)問題，在覆杯實(shí)驗(yàn)里，如果將杯子換成一端封閉的長管子，大氣壓還能托住它嗎？

2 問題探究

師：幾百年前，在意大利的米蘭有很多礦井.在用抽水機(jī)為礦井排水時(shí)，發(fā)現(xiàn)將水抽到10m高處后，就無法繼續(xù)提升了.無論如何改進(jìn)抽水機(jī)，也沒有效果.無奈之下，工程師們就去請(qǐng)教大科學(xué)家伽利略.

師：同學(xué)們知道伽利略是誰嗎？

生：我知道，伽利略是意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家，他研制過實(shí)用的望遠(yuǎn)鏡.

師：是啊，他用自制的望遠(yuǎn)鏡觀察天體，為哥白尼的日心說提供了確鑿證據(jù).正因如此，他被羅馬教廷終身軟禁.當(dāng)時(shí)，他思考很久，也沒能解決工程師們提出的這一難題.他去世后，他的學(xué)生托里拆利對(duì)這一問題進(jìn)行了艱苦的探究，最終用實(shí)驗(yàn)證明：大氣壓強(qiáng)的大小相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，相當(dāng)于10m高水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng).也就是說，抽水機(jī)只能將水抽高10m.

板書：大氣壓的值相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng).我們通常把它稱為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，約等于1.0×105Pa.

師：下面我們也試試用我們的“土辦法”來粗略地測(cè)量一下大氣壓的大小.

分組實(shí)驗(yàn)：學(xué)生按照課本“估測(cè)大氣壓的值”實(shí)驗(yàn)步驟動(dòng)手實(shí)驗(yàn).

3 拓展提高

師：有同學(xué)說測(cè)出的大氣壓值和標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的值不一樣，你們想過為什么不一樣嗎？

生1：因?yàn)槲覀兊臏y(cè)量存在誤差.

生2：因?yàn)樽⑸淦骰钊c筒壁間有摩擦，故實(shí)驗(yàn)中彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)大于大氣壓力的值.

生3：也許是今天的大氣壓就不等于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓.

師：同學(xué)們都很用心，說得都有道理.學(xué)習(xí)物理就需要我們留心觀察和思考.當(dāng)年托里拆利經(jīng)過長時(shí)間的觀察，發(fā)現(xiàn)每天水銀柱的高度略有不同，甚至一天中的不同時(shí)刻亦是如此.

咱們說過的馬德堡市長格里克，用自制的很長的注水“托里拆利管”也發(fā)現(xiàn)在不同的天氣條件下，水面高度不相同，他用此方法成功地預(yù)報(bào)過風(fēng)暴.

法國科學(xué)家帕斯卡對(duì)液體有過潛心的研究，在大氣壓的研究方面也取得過顯著成就.他聽聞托里拆利實(shí)驗(yàn)之后，也對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的興趣.帕斯卡還想到，若大氣壓真的存在，則其值應(yīng)隨著高度的增加而減小.于是，多病不堪爬山的他便委托兄長沿山路上行后重做托里拆利實(shí)驗(yàn).為了避免差錯(cuò)，他準(zhǔn)備了兩套同樣的儀器各重復(fù)做了5次實(shí)驗(yàn).果然發(fā)現(xiàn)其水銀柱比山腳下下降了76mm.

生：原來大氣壓跟海拔高度都有關(guān)系啊.有沒有什么規(guī)律呢？

師：規(guī)律要靠同學(xué)們?nèi)?我們實(shí)驗(yàn)室里有氣壓計(jì)，我希望大家能在不同的時(shí)候留意觀察一下，看看晴天氣壓和陰天的有何不同，冬天氣壓與夏天的有何不同，你的身體又有什么相應(yīng)的感受？

生：對(duì)呀！我們能感覺到氣候、天氣變化帶來的不同感覺.這是大氣壓變化的影響么？

師：請(qǐng)同學(xué)們課后自行探究吧！

4 鞏固訓(xùn)練

師：剛才給大家講的幾個(gè)小故事里，既蘊(yùn)含了科學(xué)的道理，還隱藏了幾個(gè)問題，現(xiàn)在老師提出來，看看誰能夠最快最好地解答出來.

(1)關(guān)于著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)：

問題1：在從銅球殼內(nèi)向外抽氣的過程中，為什么越往后，抽動(dòng)抽氣機(jī)越費(fèi)力？

(答案：越往后則球殼內(nèi)空氣越稀薄，壓強(qiáng)越小，而外界大氣強(qiáng)不變.又由于它們的方向相反，故它們作用在抽氣機(jī)活塞上的力的合力也越來越大，且合力的方向指向球殼內(nèi)，所以抽動(dòng)越來越費(fèi)力.)

問題2：若設(shè)銅球殼的表面積是1.25m2，則作用在球殼表面上的大氣壓力有多大？(答案：1.27×105N.)

問題3：據(jù)考證，格里克當(dāng)年當(dāng)眾向馬德堡市民演示的著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)中，所用的一對(duì)半球的直徑為42cm.設(shè)演示時(shí)，經(jīng)過抽氣的馬德堡半球內(nèi)仍有0.1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，而拉開它用了16匹馬.試求每匹馬的平均拉力是多大？(答案：1573N.)

(2)在托里拆利所處的年代，“自然厭惡真空”之說根深蒂固，很多人認(rèn)為托里拆利得到的結(jié)果要么是個(gè)錯(cuò)誤，要么只是一個(gè)特例——是自然對(duì)水銀情有獨(dú)鐘.帕斯卡為了驗(yàn)證托里拆利的結(jié)論，在25歲那年，他在一根專門拉制成的14m長的玻璃管內(nèi)裝入葡萄酒，重做托里拆利的實(shí)驗(yàn)，他也由此得到了一段真空，從而進(jìn)一步證明了自然界中真空和大氣的存在.

問題4：若設(shè)帕斯卡實(shí)驗(yàn)所用葡萄酒的密度是1.05×103kg/m3，試問這段真空有多長？(答案：4.2m.)

問題5：帕斯卡兄長做實(shí)驗(yàn)處的大氣壓和山腳下的大氣壓相比( ).

A．是山腳下的十分之一

B．減小了1.01×104Pa

C．增加了十分之一

D．大氣壓強(qiáng)保持不變(答案：B)

問題6：對(duì)于托里拆利和格里克的關(guān)于液面變化的發(fā)現(xiàn)，下列說法中正確的是( )

A．這是地球的自轉(zhuǎn)速度變化引起的；

B．溫度變化引起水銀或水柱長度的變化；

C．不同的時(shí)間或氣候條件下的大氣壓不同；

D．因裝水銀或水的玻璃管沒放穩(wěn)引起的.(答案：C)

5 教學(xué)反思

采用這樣的教學(xué)方式，可以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，且用事實(shí)在學(xué)生的頭腦中建立起一種認(rèn)知結(jié)構(gòu)，它既和要學(xué)的內(nèi)容間存在邏輯關(guān)系，也具有同化新知識(shí)的傾向，是符合美國教育心理學(xué)家奧蘇貝爾所提倡的有意義學(xué)習(xí)的條件的.

參考文獻(xiàn)：

[1]B.A.蘇霍姆林斯基著，杜殿坤譯.給教師的建議[M]．北京：教育科學(xué)出版社，1984.

[2]劉炳昇,李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理八年級(jí)下冊(cè)[M]．南京：江蘇科技出版社,2007.