關于教材中蚊子和駱駝有關壓強問題的再思考

成峰

圖1為人教版教材八年級物理下冊第九章第一節(jié)《壓強》中，為對比說明壓力的作用效果不僅跟“壓力的大小”有關，還應跟“受力面積”有關所作編排.筆者認為此處安排不當.

1缺乏科學性，對比無效

蚊子叮人時，蚊子口器對皮膚施加了壓力.駱駝站在沙漠上，駱駝對沙子施加了壓力.二者壓力均對受力面產生了一定的壓強，所產生的“效果”對比明顯.可細細想來，這個對比過程難免讓人心生疑惑.完全不同的兩種“效果”究竟是什么原因造成的呢？你可以認為是壓力作用的結果，難道學生不能認為“皮膚沒有沙地結實”嗎？承受壓力作用的對象完全不同，對比變得毫無意義.比如探究“八年級女生和男生物理學習能力，哪個更強？”我們選一組八年級男生解答一道大學物理題，另一組八年級女生解答一道八年級物理題.結果前者解錯了，后者解答完全正確.結論：男生的物理學習能力不如女生.這種結論難以讓人信服.

2邏輯關系不清，結論牽強

以下為教材所作分析：

以上述事例可以看到，蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大，但由于口器十分尖銳，因而能輕易刺穿皮膚；駱駝雖重，但腳掌面積很大，因而不會深陷沙中.這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關，還應該跟受力面積有關.讓我們嘗試通過實驗來檢驗上述想法.

在這段分析中，教材通過“刺穿”與“不會深陷”對比出壓力效果的不同.細細品讀，筆者認為教材在特別強調“尖銳”與“腳掌面積很大”，突出強調“受力面積”對壓力作用的效果的影響.文中雖然也提及了“蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大”、“駱駝雖重”，壓力的大小對壓力作用的效果究竟存在何種的影響并無體現(xiàn).“這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關”，真的令人難以接受.

3蚊子叮人的過程并不簡單

蚊子口針刺入皮膚時最關鍵的兩個部件：上唇和下顎.上唇尖端部位很尖，曲率半徑約為100～200納米，而普通縫衣針的針尖曲率半徑約為100微米.如果簡單地將截面看成一個圓，上唇尖端約為普通縫衣針尖的百萬分之一.

蚊子的下顎尖端同樣鋒利，曲率半徑同樣約為幾百個納米.下顎的外側和內側均長著一排微小而精致的鋸齒狀結構（如圖2），這些鋸齒的齒尖曲率半徑約為50～150微米.吮吸人類血液的蚊子一般長著14個以下的鋸齒.微納鋸齒數(shù)目越多，刺入皮膚能力越強.蚊子上唇與下顎的彈性模量與聚合物材料相當，表面硬度則可媲美金屬材料，并且越接近尖端表面硬度越高.正是這個內柔外剛的力學特質使得蚊子口針不但能輕易刺入皮膚，還可以在皮下自由彎曲以尋找毛細血管.

用高速攝像機觀察發(fā)現(xiàn)，蚊子口針刺入皮膚的過程并不是簡單刺入.刺破前蚊子會將其口器繃直，快速地刺向皮膚.這是一個動態(tài)沖擊的過程：上唇尖端首先刺破皮膚表面，此后，隨著刺入深度的增加，伴有周期性的振動，從而驅動帶有微納鋸齒的下顎鋸開皮膚.在振動刺入初始階段，蚊子頭部振動頻率較高，約為10～15赫茲；在中間刺入階段，振動頻率逐漸降為6～8赫茲；振動末期階段振動頻率僅為3～5赫茲左右.

鑒于以上考慮，筆者建議教材選用其它更貼近學生生活、直觀形象、易讀易思易懂的實例幫助學生建立抽象的壓強概念.比如，在學生的生活體驗中，一根針扎在手上該是多么的疼，而一把針扎在手上？學生的神經(jīng)都要緊張的崩斷了，實際情況如何？學生簡直不敢相信自己的眼睛.實際實驗的結果與學生體驗的巨大反差一定可以激發(fā)學生濃厚的學習興趣，學生對“壓力的作用效果與受力面積有關”的結論刻骨銘心.作為一線教師，我們熱切期待教材真正的改變.