重視物理觀念形成的流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)

張亞鍇 趙志國

摘 要：流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系與生活聯(lián)系緊密，采用貼近生活的素材，利用“小國旗被吸在空調(diào)出風(fēng)口位置”的現(xiàn)象引入新課。設(shè)置問題情境，鍛煉學(xué)生解決問題的能力。利用漩渦以及榨汁機(jī)工作慢鏡頭啟發(fā)思考，幫助學(xué)生形成物理觀念。

關(guān)鍵詞：物理觀念; 教學(xué)設(shè)計(jì); 流體壓強(qiáng)與流速

中圖分類號(hào)：G633.7? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ?文章編號(hào)：1006-3315（2020）9-010-002

物理觀念是物理學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分[1]，學(xué)習(xí)物理觀念的目的是為了學(xué)習(xí)者能夠用學(xué)過的物理知識(shí)解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題[2]。教師在教學(xué)過程中應(yīng)多聯(lián)系生活，利用原始問題，幫助學(xué)生形成物理觀念[3]。

流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系是人教版八年級(jí)物理下冊(cè)第九章第四節(jié)的內(nèi)容。與“流速大的位置壓強(qiáng)小”相關(guān)的現(xiàn)象和應(yīng)用在生活中較為常見，教材利用與生活聯(lián)系并不緊密的吹硬幣和吹紙條小實(shí)驗(yàn)，得出規(guī)律[4]。這樣的小活動(dòng)雖然具有一定的趣味性，但是難免會(huì)讓學(xué)生停留在對(duì)物理知識(shí)的記憶層面，不能很好地形成相應(yīng)的物理觀念。所以筆者利用生活中的現(xiàn)象及應(yīng)用設(shè)計(jì)本節(jié)課中流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的部分，幫助學(xué)生理解和應(yīng)用物理知識(shí)。

1.引入新課

展示如圖1和圖2所示的兩種情景，介紹國慶節(jié)期間，公交車師傅在公交車內(nèi)布置小國旗來慶祝中華人民共和國生日，提出問題①：“為什么在空調(diào)工作時(shí)，小國旗會(huì)被吸在空調(diào)出風(fēng)口處？”引入新課。

【設(shè)計(jì)意圖】利用生活中客觀存在的現(xiàn)象結(jié)合真實(shí)問題，引發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生將物理與生活聯(lián)系的觀念，有利用已有物理知識(shí)解決問題的意識(shí)。學(xué)生在觀察小國旗時(shí)，愛國之情油然而生。

2.氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系

結(jié)合上節(jié)課大氣壓強(qiáng)的知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生利用受力分析，得出在空調(diào)開始工作時(shí)小國旗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因是兩側(cè)受力不平衡。由于小國旗左右兩側(cè)面積相等，所以說兩側(cè)的壓強(qiáng)不相等，而在兩種情景中改變的是空氣的流動(dòng)速度即流速。得出問題①的答案：可能是由于空調(diào)出風(fēng)口處的空氣流速增大，壓強(qiáng)減小。

空氣是常見的氣體，教師自然而然帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行猜想：在氣體中，流速大的位置壓強(qiáng)小。接著進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，教師展示如圖3的裝置，提出問題②：“如何加快管口的空氣流速？”學(xué)生提出可以通過吹氣加快空氣流速。接著教師利用吹風(fēng)機(jī)在其中一個(gè)管口吹氣，讓學(xué)生觀察管內(nèi)壓強(qiáng)的變化，學(xué)生觀察不到任何變化感到十分迷惑。

此時(shí)提出問題③：“如何才能看出壓強(qiáng)的變化？”由于課堂的開始通過分析小國旗的運(yùn)動(dòng)情況得出壓強(qiáng)的變化，所以學(xué)生經(jīng)過思考，能夠想到需要借助物體的運(yùn)動(dòng)得出壓強(qiáng)的變化。教師拿出泡沫球，放在管道中，并用吹風(fēng)機(jī)在其中一個(gè)管口吹氣，讓學(xué)生觀察泡沫球的運(yùn)動(dòng)情況。然后在另一個(gè)管口重復(fù)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)兩次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同，泡沫小球都是從吹氣一側(cè)跳出，如圖4所示。經(jīng)過分析能得出在氣體中流速大的位置壓強(qiáng)小。教師進(jìn)行總結(jié)，并提出問題④：“在液體中是否也會(huì)遵循這樣的規(guī)律呢？”順利進(jìn)入下一個(gè)環(huán)節(jié)。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過對(duì)生活中真實(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，并得出猜想，在解決問題的過程中，形成一定的通過物理知識(shí)解釋生活現(xiàn)象的能力和物理與生活雙向聯(lián)系的觀念[5]。學(xué)生通過思考如何解決實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不能直接觀察的問題，鍛煉轉(zhuǎn)化的思維方法。

3.液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系

教師播放樹枝和冰塊向漩渦中心運(yùn)動(dòng)的視頻，如圖5，提出問題⑤：“為什么樹枝和冰塊會(huì)向漩渦中心移動(dòng)？”。

經(jīng)過對(duì)小國旗運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)虻姆治?，學(xué)生能快速想到樹枝和冰塊都向漩渦中心移動(dòng)的原因是漩渦中心水的流速快，壓強(qiáng)小。水是常見的液體，學(xué)生可進(jìn)行猜想，在水中流速大的位置壓強(qiáng)小。然后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，在U型管裝置中放入黃色小球，并加入水，用電動(dòng)攪拌器在其中的一個(gè)管口攪拌，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，如圖6所示，之后在另一個(gè)管口重復(fù)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過觀察現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，黃色小球總是會(huì)向攪拌的一側(cè)移動(dòng)，得出在液體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。

由于在生活中與此規(guī)律有關(guān)的現(xiàn)象并不常見，這里為了加深學(xué)生的理解，加入榨汁機(jī)工作的慢鏡頭，如圖7所示，（為了使效果明顯，筆者將小型榨汁機(jī)倒置，用慢鏡頭進(jìn)行記錄）學(xué)生經(jīng)過觀看慢鏡頭可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)榨汁機(jī)工作時(shí)，刀片迅速轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)刀片附近的水快速流動(dòng)，壓強(qiáng)減小，藍(lán)莓被吸在刀片附近，最終被打碎。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生通過類比氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系，能從物理視角解釋樹枝和冰塊被吸進(jìn)漩渦的現(xiàn)象，并進(jìn)行探究。通過慢鏡頭觀察榨汁機(jī)工作的過程，學(xué)生感受到物理知識(shí)與生活的聯(lián)系，體會(huì)物理知識(shí)的價(jià)值，增強(qiáng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的意識(shí)。

4.總結(jié)規(guī)律，拓展應(yīng)用

教師提出在物理學(xué)中，具有流動(dòng)性的氣體和液體統(tǒng)稱流體，并對(duì)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)得出：在流體中，流速越大的位置壓強(qiáng)越小。隨后提供給學(xué)生以下可自行探究的問題：

a）龍卷風(fēng)為什么能掀翻屋頂？

b）火車站為什么要設(shè)置安全線？

c）抽油煙機(jī)的工作原理是什么？

d）在海上航行時(shí)，兩船為什么不能并排行駛？

【設(shè)計(jì)意圖】在此過程中，學(xué)生解決問題的能力得到提升。同時(shí)，照顧不同程度的學(xué)生，為感興趣的同學(xué)提供了更多可選擇的方向。

通過以上的過程設(shè)計(jì)，可以發(fā)現(xiàn)，在課堂教學(xué)過程中，教師需要提供與生活聯(lián)系緊密的素材，通過原始問題啟發(fā)學(xué)生思考，幫助學(xué)生在問題的探究過程中形成物理觀念。教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)問題情境，幫助學(xué)生進(jìn)行深層次的探究和學(xué)習(xí)，并提供物理知識(shí)的相關(guān)應(yīng)用，幫助學(xué)生提高用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，形成相應(yīng)的物理觀念。

基金項(xiàng)目：洛陽師范學(xué)院2019年度研究生教育科研基金項(xiàng)目“顯化科學(xué)方法的高中物理規(guī)律教學(xué)案例研究”（編號(hào)：2019-YJSJYJJ-06）

參考文獻(xiàn)：

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[2]廖伯琴，李洪俊，李曉巖.高中物理學(xué)科核心素養(yǎng)解讀及教學(xué)建議[J]全球教育展望，2019，48（9）：77-88

[3]高博.原始物理問題的教學(xué)價(jià)值與實(shí)踐[J]中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（16）：76

[4]人民教育出版社，物理課程研究開發(fā)中心，義務(wù)教育教科書物理下冊(cè)[M]人民教育出版社，2012

[5]李春來.在問題解決中通過深度學(xué)習(xí)發(fā)展物理觀念[J]物理教師，2019，40（04）：16-18