創(chuàng)新實驗教學體驗探究過程

劉興美

摘 要：物理是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科，生動的創(chuàng)新實驗能極大地激發(fā)學生好奇心和求知欲，調(diào)動學生探究積極性，同時也能培養(yǎng)學生的科學探究能力和科學思維，促進物理學科核心素養(yǎng)的發(fā)展.文章以“大氣壓強”教學為例，挖掘各種實驗課程資源，設(shè)計創(chuàng)新實驗，運用多種思維方式，提供豐富多彩的實驗現(xiàn)象，激發(fā)學生的學習興趣，從而進一步提升物理實驗教學的高效性.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);大氣壓強;創(chuàng)新實驗;實驗探究

文章編號：1008-4134（2020）06-0033 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

1 教學設(shè)計理念

“大氣壓強”是新人教版物理八年級下冊第九章第三節(jié)內(nèi)容，雖然大氣壓與我們的生活密切相關(guān)，但是由于它看不見、摸不著，不容易被人們所察覺，所以大氣壓強的相關(guān)知識對于學生來說是比較抽象的，學習起來思維銜接上有一定難度.如何創(chuàng)設(shè)各種實驗情境，呈現(xiàn)直觀清晰的實驗現(xiàn)象，讓學生產(chǎn)生深刻的感性認識和探究性體驗是本節(jié)課要重點解決的問題[1].同時為了體現(xiàn)課程標準從生活走向物理、從物理走向社會的課程基本理念，促進學生物理核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在本節(jié)教學中，從引入大氣壓強、體驗感受大氣壓強的存在、大氣壓強的測量和大氣壓強的變化四個方面設(shè)計創(chuàng)新實驗，培養(yǎng)了學生觀察能力、動手能力和創(chuàng)新思維，幫助學生完成對知識的構(gòu)建.

2 本節(jié)課創(chuàng)新之處

2.1 空手劈木條實驗引入大氣壓強

本實驗需要準備的實驗器材有：一根厚5mm寬5cm的長木條、一張報紙、一只手套，提出問題：能不能借助這些器材只用一只手將木條劈斷？有的學生感覺不可能，有的學生則提出可以用手將木條一部分壓在桌子上，然后用另一只手劈露出桌邊的部分，但是要求是只用一只手，提供的器材還有一張報紙，可以借機提出蓋張報紙一只手就能輕松劈斷木條大家相信嗎？許多學生不相信是真的，但是又充滿期待，接下來是見證奇跡的時刻.演示整個實驗過程：（1）把木條三分之一伸出桌面;（2）用報紙蓋住木條在桌子上的部分，將報紙壓緊鋪平;（3）戴上手套劈向漏出桌邊的木條，木條斷了.

當學生看到這一幕時瞠目結(jié)舌，一張報紙對木條的壓力怎么如此之大？原理就是大氣壓強.報紙覆蓋住木條在桌面上的部分，這個時候報紙上面的大氣壓力大約在20000N左右.所以說當我們快速劈斷木條的時候報紙上面的壓強穩(wěn)穩(wěn)地壓住了下面的木條.這是一個既有科學性又有趣味性的演示實驗，激起了學生強烈的學習激情和師生的互動，由此產(chǎn)生的課堂效果不言而喻.

2.2 體驗和感受大氣壓強的存在創(chuàng)新實驗設(shè)計

2.2.1 演示實驗：長頸燒瓶吞鵪鶉蛋

這個實驗的常規(guī)做法是：點燃沾有酒精的棉花，用夾子將其放入廣口瓶中，稍等片刻，迅速將剝了皮的熟雞蛋一端放在瓶口，雞蛋會迅速滑落到瓶中.整個過程時間很短，學生來不及觀察，雞蛋已經(jīng)掉落瓶底.針對這種情況，筆者做了改進，將廣口瓶換成長頸燒瓶，鵪鶉蛋取代雞蛋.具體做法如下：向長頸燒瓶中倒入少量熱水，搖晃后將熱水倒出，等待幾秒鐘，將剝了殼的熟鵪鶉蛋放在瓶口，由于瓶頸比較長，可以清晰地看到鵪鶉蛋被“吞入”瓶中的整個過程，同時將瓶口朝向各個方向，都能看到鵪鶉蛋被大氣壓入的過程，充分證明了大氣朝各個方向都有壓強（如圖1所示）.

2.2.2 學生自主實驗 探究大氣壓的存在

注射器創(chuàng)新實驗：（1）利用注射器吸液體，為了增加可視度，向水槽內(nèi)的水中滴入幾滴紅墨水，將去掉針頭的注射器針管插入水中，向后拉活塞會看到水慢慢進入針管，當水進入針管一部分時，向上提起注射器，使管口離開水面，會觀察到水不會從管口流出，繼續(xù)向上拉動活塞直到活塞從針管中拔出，這時會看到水從針管口流出;（2）注射器針頭去掉，將活塞推至管口端，左手拿好注射器同時用食指堵住管口，右手向后拉活塞會感覺很吃力，當把活塞用力拉至針管末端時，松開右手，活塞會自動返回管口處;（3）將注射器活塞推至管口端，使管口朝上，用手指堵住管口，在活塞底端系一線環(huán)，掛上鉤碼或?qū)W生身邊物品，比如筆袋、鑰匙掛等都不會掉落下來.

礦泉水瓶創(chuàng)新實驗：（1）礦泉水瓶中裝滿水，用手堵住瓶口，將其倒立插入盛有足夠水的透明水槽中，移開堵住瓶口的手，將瓶子向上提，但瓶口不露出水面，會看到瓶中的水不下落;（2）擰下瓶蓋，向瓶中倒入少量熱水，涮一涮，迅速擰緊瓶蓋，會看到礦泉水瓶被大氣壓壓癟，打開瓶蓋后，瓶子會恢復原狀;（3）將一礦泉水瓶側(cè)面扎幾個細孔，再往瓶中倒入適量的水，此時會發(fā)現(xiàn)瓶子側(cè)壁有水流出，然后擰緊瓶蓋，這時可觀察到瓶子側(cè)壁并沒有水流出.如果再擰松瓶蓋，又發(fā)現(xiàn)水流了出來.充分說明是大氣壓作用形成的這一現(xiàn)象.

物理課程標準中指出，應(yīng)大力提倡利用身邊的物品、器具、材料等進行物理實驗.這樣不但具有簡單、直觀等優(yōu)點，而且有利于學生動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[2].使學生對大氣壓強由感性認識上升到理性認識，同時學會將物理知識聯(lián)系生活實際.培養(yǎng)了學生的科學思維與科學探究素養(yǎng).

2.3 巧妙設(shè)計實驗引出大氣壓的測量——托里拆利實驗

對于大氣壓的測量，教材上直接給出了托里拆利實驗，這對學生來說思維上的跨度是比較大的，理解起來有難度，為了解決這一困惑，設(shè)計了如下的小實驗，選擇大小不同的試管，長1m的一端開口的長玻璃管，滴入紅墨水的透明水槽，分別將大小不同的試管、長玻璃管灌滿水倒置于水槽中，管口沒在水面以下，觀察到管中始終充滿水，說明大氣壓能托起一定高度的水柱，如果知道了大氣壓能支持的水柱的最大高度，那么水柱產(chǎn)生的壓強就等于大氣壓強，到底大氣壓能支持多高的水柱呢？觀看用水測量大氣壓的視頻.發(fā)現(xiàn)用水測量大氣壓水柱太高，器材的選擇、實驗操作都很不方便，怎樣改進呢？學生經(jīng)過分析得到：根據(jù)p=ρgh可知，要想降低液柱的高度，應(yīng)該換用密度更大的液體，因此可以選擇密度最大的液體水銀來做實驗，由此引出了托里拆利實驗.

通過觀察、實驗、分析、歸納，讓學生很順利地認識到托里拆利實驗的原理，避免了學生認知上的沖突，由表及里，層層深入.設(shè)計過程如圖2所示.

2.4 自制氣壓計探究大氣壓隨高度的變化

大氣壓強不是一成不變的，為了探究大氣壓隨高度是如何變化的，指導學生自制氣壓計，通過測量觀察尋找規(guī)律.制作過程如下：取一個廣口瓶，裝入適量的帶顏色的水，用橡皮塞堵住瓶口，在橡皮塞上打孔，取一根兩端開口的玻璃管，使玻璃管穿過橡皮塞插入水中，為了保證密封性良好，在橡皮塞與瓶口、玻璃管與塞子接觸的地方滴入蠟油，待蠟油凝固后從玻璃管上端吹入少量氣體，使瓶內(nèi)氣體壓強大于大氣壓強，水會沿玻璃管上升到瓶口以上，為了便于觀察記錄玻璃管中水柱高度的變化，可用雙面膠將一把塑料直尺粘在玻璃管上.組織學生進行課外實踐測量，有的同學是在學校教學樓進行實驗，觀察從一樓到五樓玻璃管中水柱如何變化，并且在標尺上做好了標記;有的同學則是帶到家中，乘坐電梯從一樓到了十幾樓進行實驗觀察，通過分析實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納得出變化規(guī)律.還有的同學有了新的發(fā)現(xiàn)，把氣壓計放在家里，當天氣、溫度發(fā)生變化時，大氣壓也會發(fā)生變化，由此發(fā)現(xiàn)大氣壓不僅與高度有關(guān)，還跟溫度、天氣以及濕度等因素有關(guān)系.

這樣設(shè)計，目的是使學生在動手活動中發(fā)現(xiàn)新問題，找出新規(guī)律，培養(yǎng)學生觀察能力和創(chuàng)新能力，調(diào)動學生探究物理問題的興趣，提高分析問題和解決問題的能力，為今后的終身學習奠定了基礎(chǔ).

總之，在教學中挖掘各種實驗課程資源，設(shè)計創(chuàng)新實驗，運用多種思維方式，提供豐富多彩的實驗現(xiàn)象，讓學生從觀察思考、實驗探究中獲得知識，這樣的設(shè)計，更符合學生的認知規(guī)律，發(fā)散學生的思維，提升學生的科學素養(yǎng).

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育物理課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]李運海，張勇治.創(chuàng)新實驗方法 體驗探究過程——以“電容器的電容實驗”教學為例[J].物理教學，2019，41（10）：37-38.

（收稿日期：2019-11-24）