基于學(xué)習(xí)進階的“大氣壓強”實驗教學(xué)探討

譚振興

(廣東省湛江二中港城中學(xué)，廣東 湛江 524002)

筆者基于學(xué)習(xí)進階理論，以人教版物理八年級下冊第九節(jié)章第3節(jié)“大氣壓強”的教學(xué)為例，探討實驗教學(xué)問題。

1 教材分析與教學(xué)設(shè)計

1.1 教材分析

本節(jié)教材首先介紹壓強(固體)、液體壓強，然后再學(xué)習(xí)大氣壓強，構(gòu)成了一個相對完整的知識體系，遵循學(xué)生認知規(guī)律，體現(xiàn)了知識完整性和漸進性的特點，有利于學(xué)生思維的進階。

教材突出聯(lián)系實際，凸現(xiàn)STS的理念，設(shè)置了幾個有趣的實驗，讓學(xué)生參與實驗，體驗過程，思考原因，得出結(jié)論。充分體現(xiàn)了“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念，培養(yǎng)了學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力和積極的情感態(tài)度價值觀。

教材的編寫還具有一定開放性，有部分內(nèi)容為選學(xué)，學(xué)生可以根據(jù)自身需求選學(xué)，這有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和自主學(xué)習(xí)能力。

1.2 教學(xué)設(shè)計

根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)思路為:(1) 實驗介紹，游戲激活，營造教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。(2) 學(xué)生實驗操作，在實驗中學(xué)習(xí)，建構(gòu)新的知識。(3) 理論與實際相結(jié)合，達到實驗趣味化，物理生活化。(4) 巧妙運用現(xiàn)代多媒體技術(shù)，突破教學(xué)重難點。(5)對教材實驗進行改進和創(chuàng)新，從多方面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。(6) 以生為本，突出學(xué)生主體地位，精致教學(xué)。

2 學(xué)習(xí)進階分析

圖1

構(gòu)建學(xué)習(xí)進階圖不僅可以讓教學(xué)精準(zhǔn)定位，還可以讓學(xué)生對核心概念的學(xué)習(xí)更精確，對知識的理解更深刻，對知識關(guān)聯(lián)性的認識更清晰。

3 教學(xué)過程設(shè)計

3.1 新課導(dǎo)入

如圖2所示，通過模擬馬德堡半球改進實驗，創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生初步感知大氣壓強的存在。

圖2

由于馬德堡半球演示器不易抽成真空，氣密性不好，實驗不容易成功。現(xiàn)改進為:取兩只相同的直徑約25cm的不銹鋼鋼盤，在其底部分別焊接上把手，方便系上繩子，將點燃的紙巾置于其中一個盤中，將另一個盤迅速蓋上，發(fā)現(xiàn)兩個盤子緊貼在一起并出現(xiàn)變形，用雙手難以將它們拉開，為進一步證明兩個盤子受到的壓力很大，請兩位力氣比較大的同學(xué)進行“拔河比賽”，結(jié)果兩個盤子仍難被拉開。此時引導(dǎo)學(xué)生分析其原因。利用趣味性較強的演示實驗，現(xiàn)象明顯，對學(xué)生的視覺沖擊強烈，同時教師因勢利導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生尋找理論解釋。這樣既成功地導(dǎo)入了新課，也為下一步介紹馬德堡半球?qū)嶒炞龊昧虽亯|，順利踏上學(xué)習(xí)的階梯。

3.2 證明“大氣壓強的存在”

如圖3所示，讓學(xué)生自選器材，合作探究，求異創(chuàng)新，進一步體驗大氣壓強的存在。

圖3

教師提供了以下實驗器材:廣口瓶、水、硬紙片、注射器、繩子、蠟燭、打火機、燒杯、自動“喝水”杯子等，引導(dǎo)學(xué)生分組，合作完成3個小實驗，討論實驗現(xiàn)象背后的原因。

實驗1:覆杯實驗。首先將空瓶中注滿水，用一塊硬紙蓋上它，然后將瓶子向各方向翻轉(zhuǎn)，觀察現(xiàn)象。

實驗2:自動“喝水”的杯子。在盤子上點燃蠟燭，再往盤子里倒入一部分水，然后將燒杯蓋住蠟燭，提示學(xué)生觀察燒杯內(nèi)液面的變化情況。

實驗3:抽拉注射器。把活塞推至注射器底部，往外拉活塞，感受是否容易拉開？再用手指將注射口堵住，重復(fù)剛才的步驟，感受兩次拉開的難度是否一致。

此環(huán)節(jié)的目的是讓學(xué)生進一步體驗大氣壓強的存在，讓學(xué)生在實驗中觀察、思考、討論，掌握知識，降低了理解的難度，突出了以學(xué)生為主體，體現(xiàn)了小組合作探究的理念，較好地調(diào)動了學(xué)生的積極性。學(xué)生從觀察、分析、獲取概念的學(xué)習(xí)水平進階到設(shè)計并完成實驗驗證、解釋實驗現(xiàn)象的學(xué)習(xí)水平，同時也為更高水平的學(xué)習(xí)搭好階梯。

3.3 “測量大氣壓強”

如圖4所示，設(shè)計定量實驗，測量當(dāng)?shù)卮髿鈮旱闹怠?/p>

圖4

如圖4所示，將長約13米的巨型“刻度尺”掛在1-4樓間，往透明大玻璃缸中加藍色的水至接近0刻度線的位置，取一條11米長的透明塑料水管，灌入藍色的水，排出空氣，用水龍頭密封兩端。下端的管口沒入水中，打開下端水龍頭，用定滑輪和繩子將密封的上端吊起，當(dāng)水管升至10.1米左右后，發(fā)現(xiàn)繼續(xù)提升水管時液柱的高度不再變化。根據(jù)液體壓強公式p=ρgh，可計算當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭姟?/p>

在前面學(xué)習(xí)的鋪墊下，學(xué)生通過小組合作進行定量實驗，此環(huán)節(jié)使用了巨型“刻度尺”，學(xué)生站在一樓或教室走廊均可清楚讀出水柱高度，同時采用藍色的水，大大增強了可視性。教師對教材的托里拆利實驗進行改進，說明實驗思路，組織學(xué)生對實驗進行測量和評價，同時介紹科學(xué)史上人們對大氣壓值的測量，將學(xué)習(xí)進階到運用物理模型、公式等解釋現(xiàn)象并表述探究過程和結(jié)果的水平。

3.4 拓展延伸，探究“大氣壓強的影響因素”

引導(dǎo)學(xué)生自制氣壓計，巧用電梯，研究大氣壓強與海拔高度的關(guān)系。實驗中學(xué)生往自制氣壓計里吹氣，使錐形瓶內(nèi)氣壓比外面大氣壓大，玻璃管中的液面上升至一定高度。將自制氣壓計放置于電梯一樓處，將細膠帶套在玻璃管上，在液面處擰緊細膠帶，記下一樓處液面的位置。摁下電梯“30”樓按鈕，隨著高度的增加，玻璃管內(nèi)液面逐漸上升，當(dāng)電梯穩(wěn)定停止在30樓時，玻璃管內(nèi)液面不再上升，但相比一樓已上升了一段距離。自制氣壓計瓶內(nèi)的氣壓在電梯上升的過程中可認為不變，而瓶外氣壓變小，導(dǎo)致玻璃管內(nèi)液面上升，從而得出海拔高度越高，氣壓越低的規(guī)律。教師還可拓展延伸，利用生活中的其他材料，設(shè)計實驗證明大氣壓隨高度的變化而變化。

3.5 大氣壓強的應(yīng)用

如圖5所示，利用吸盤掛鉤和活塞式抽水機的實物演示，體現(xiàn)“從物理走向社會”。

圖5

讓學(xué)生上臺實物演示吸盤掛鉤和活塞式抽水機工作過程，并說明工作原理。通過現(xiàn)場實物演示，極大地拉近物理與生活的距離，彌補學(xué)生因生活經(jīng)驗不足而忽略生活中的一些物理現(xiàn)象的缺憾。

4 教學(xué)反思和自我評價

進階式學(xué)習(xí)有助于學(xué)生構(gòu)建概念體系，國外研究者認為：以完整的概念體系為核心、圍繞少量概念進行深入探究進階的高級學(xué)習(xí)，可以有效改變目前“寬而淺”的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，實現(xiàn)科學(xué)素養(yǎng)的提升。本課例以“壓強”概念為核心，在“液體壓強”的基礎(chǔ)上，利用自制教具模擬馬德堡半球?qū)嶒?，生成“大氣壓強”概念；學(xué)生自行選擇器材，小組合作設(shè)計并完成實驗,讓使學(xué)生感受大氣壓的存在，在體驗中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力；通過托里拆利實驗的改進，成功測量出當(dāng)?shù)卮髿鈮簭姡囵B(yǎng)了學(xué)生實事求是的科學(xué)精神；利用自制氣壓計在電梯中研究“氣壓隨海拔高度的變化規(guī)律”，現(xiàn)象明顯，使學(xué)生記憶猶新，理解深刻。通過吸盤掛鉤和活塞式抽水機的現(xiàn)場演示，說明物理學(xué)與現(xiàn)實生活的密切聯(lián)系。本課例設(shè)計了多個活動，引領(lǐng)學(xué)生深入探究“大氣壓強”，使學(xué)生形成完整、系統(tǒng)的“壓強”概念，改變了原有教材中因相關(guān)概念分布零散而導(dǎo)致的學(xué)生核心知識零碎和孤立的現(xiàn)象。

進階式學(xué)習(xí)有助于發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，物理教學(xué)應(yīng)該從學(xué)生感興趣并與他們生活相關(guān)的課題開始，逐步進階到掌握大概念，加深學(xué)生對科學(xué)概念的理解。在本課例中，教師對該課的學(xué)習(xí)目標(biāo)進行分“階”分析，從學(xué)生熟悉的事物和他們擁有的經(jīng)驗出發(fā)，在完成對概念逐“階”建構(gòu)的同時，注重學(xué)生科學(xué)思維能力的逐漸提升。構(gòu)建學(xué)習(xí)進階，能較好地呈現(xiàn)概念發(fā)展進程，它符合學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，可促進學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的可提升。