壓強(qiáng)教學(xué)的徒手型“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

董亞男

“壓強(qiáng)”教學(xué)目標(biāo)是通過實(shí)驗(yàn)探究，使學(xué)生形成壓強(qiáng)的概念，理解壓強(qiáng)公式，知道增大和減小壓強(qiáng)的方法。

為了完成這個教學(xué)目標(biāo)，需要營造學(xué)習(xí)環(huán)境，讓學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來理解“壓力”“物體的受力面積”“壓強(qiáng)的大小和什么因素有關(guān)”和“壓強(qiáng)公式的物理意義”等。因此，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容必須圍繞控制物體“受力”及“受力面積”兩個變量來考察“壓力的作用效果”來進(jìn)行。

第一，當(dāng)物體的受力面積不變時，改變壓力，觀察壓力的作用效果怎么變化？

第二，當(dāng)物體受到的壓力不變時，改變物體受力面積，觀察壓力的作用效果怎么變化？

人們經(jīng)常會忽略自己身體的自然結(jié)構(gòu)或者物理屬性。分析身體的物理特征，是一件非常有趣的事情。圍繞“壓強(qiáng)”教學(xué)主題對“人體各端面積不同”的部位或者變形來進(jìn)行思考，這是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的前提。認(rèn)真分析一下“手”的結(jié)構(gòu)能夠發(fā)現(xiàn)手指部位是“尖”的，手指甲是比較“鋒利”的。五指伸展開并靠攏形成手掌面表面積最大，握緊拳頭會形成幾個面積比較大的部位。總結(jié)這些特征就能設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。我們將右手的食指伸直，再將食指尖頂?shù)阶笫值恼菩?，如圖1，稍加用力，此時左手的掌心則會產(chǎn)生“刺痛感”，再將食指回握折成一個小平面，如圖2，再去頂左手的掌心，這時，掌心只有被擠壓的感覺。說明壓力的作用效果和受力面積的大小有關(guān)，在壓力一定時，受力面積越小，則壓強(qiáng)越大。實(shí)驗(yàn)中也可以將右手的五個指尖頂?shù)阶笫值恼泼妫鐖D3，稍加用力，左手的手掌面也會有“刺痛感”；再將右手五指回握拳頭，去頂左手掌面，如圖4，此時，掌面只有被擠壓的感覺。

圖1

圖2

圖3

圖4

人體的重量由雙腳支撐，那么雙腳接觸地面的面積決定了人對地面的壓強(qiáng)。如果兩個人體重相同，那么腳掌越大，則對地面的壓強(qiáng)越小。家里如果有“席夢思床墊”，可以在上面做實(shí)驗(yàn)：分別“站”“跪”“趴”在床墊上，如圖 5，然后仔細(xì)觀察床墊下陷的深度。

圖5

在北方，冬天時農(nóng)村的學(xué)生可以在草垛上來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。學(xué)校的運(yùn)動場通常會有跳遠(yuǎn)用的沙坑，體育館中有很厚的海綿墊等，教師在考查學(xué)生對“壓強(qiáng)”知識遷移時可以用案例：一個小朋友在薄冰上玩耍，不小心落入水中時，營救人員能否直接走著過去施救？需要注意什么？如果學(xué)生不能采取合理的措施，則說明其不能理論聯(lián)系實(shí)際，教師要從自身的實(shí)際教學(xué)進(jìn)行反思。

通過徒手型“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)方案的介紹，可以看出“非常規(guī)”物理實(shí)驗(yàn)資源的豐富性和方便性。教師要有創(chuàng)造性地開發(fā)和利用資源，讓學(xué)生也參與到資源的開發(fā)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)系統(tǒng)諸多要素之間的協(xié)調(diào)與平衡。