搭建問題支架 驅(qū)動(dòng)思維進(jìn)階

郭麗君

人教版物理八年級(jí)《大氣壓強(qiáng)》的教學(xué)目標(biāo)是：學(xué)生經(jīng)歷物理活動(dòng)過程，逐步認(rèn)識(shí)大氣壓；了解大氣壓的客觀存在，并會(huì)解釋生活中的大氣壓強(qiáng)現(xiàn)象；借助相關(guān)器材，掌握粗略測(cè)量大氣壓的不同方法。為實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，筆者通過演示“玻璃瓶吞雞蛋”實(shí)驗(yàn)引入教學(xué)，讓學(xué)生在好奇心的驅(qū)使下完成以下挑戰(zhàn)性任務(wù)：證明（感知）大氣壓的存在；體驗(yàn)大氣壓的大??；粗略測(cè)量大氣壓的值；探究大氣壓與高度的關(guān)系。同時(shí)，教師在這些任務(wù)中嵌入基于SOLO分類評(píng)價(jià)法設(shè)計(jì)的引導(dǎo)問題和持續(xù)性評(píng)價(jià)，引領(lǐng)學(xué)生思維逐層進(jìn)階。

一、解構(gòu)實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，讓思維動(dòng)起來

對(duì)比實(shí)驗(yàn)是認(rèn)識(shí)事物、掌握規(guī)律的一種有效方法，是物理教學(xué)中激發(fā)興趣、啟發(fā)思維、培養(yǎng)能力的有效策略。教師可以引導(dǎo)學(xué)生解構(gòu)對(duì)比實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，并進(jìn)行關(guān)聯(lián)思考，讓學(xué)生思維動(dòng)起來。

教學(xué)中，為讓學(xué)生充分感知大氣壓強(qiáng)的存在，筆者先出示任務(wù)情境一：如圖1所示的“覆杯實(shí)驗(yàn)”，先用硬紙片蓋住平口燒杯瓶口，迅速倒立；再將平口燒杯裝滿水，用硬紙片蓋住瓶口后迅速倒立；最后將豎直向下的燒杯口旋轉(zhuǎn)90°（使燒杯口朝側(cè)面），再以自己為圓心旋轉(zhuǎn)一周。每次倒轉(zhuǎn)，筆者都讓學(xué)生先猜測(cè)紙片會(huì)不會(huì)掉、水會(huì)不會(huì)灑出來，再認(rèn)真觀察，解釋原因。

學(xué)生思考的過程中，筆者提供了如下問題支架：①為什么將平口燒杯裝滿水？②瓶口迅速倒立時(shí)紙片不會(huì)掉、水不會(huì)灑是什么原因？③瓶口旋轉(zhuǎn)一周時(shí)紙片不會(huì)掉、水不會(huì)灑又說明了什么問題？④如果杯子再加高一些、變細(xì)一些（換成一根玻璃管），情況會(huì)是怎樣？⑤能否用這個(gè)實(shí)驗(yàn)解釋“玻璃瓶吞雞蛋”的原因？此處，筆者通過層層遞進(jìn)的問題（其中，①②屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)問題，③屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)問題，④⑤屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)問題），引導(dǎo)學(xué)生思維逐步進(jìn)階。前三個(gè)問題讓學(xué)生明白：杯中裝滿水是為了排除空氣，紙片和水被大氣壓托著掉不下來，此時(shí)大氣壓強(qiáng)的方向是豎直向上的；將豎直向下的燒杯口旋轉(zhuǎn)90°，紙片仍不會(huì)脫落，水不會(huì)灑，說明大氣壓強(qiáng)是朝著各個(gè)方向的。筆者進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生設(shè)想杯子（玻璃管）繼續(xù)層層加高，紙片總有掉下來的時(shí)候，紙片剛要掉下來時(shí)，如果忽略紙片的重力，應(yīng)有P氣=ρ水gh ，所以只要測(cè)量出此時(shí)水柱的高度h，計(jì)算出水柱的壓強(qiáng)，大氣壓強(qiáng)就等于這段水柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)，從而引出后續(xù)的托里拆利實(shí)驗(yàn)。最后，教師讓學(xué)生解釋“玻璃瓶吞雞蛋”的現(xiàn)象，使學(xué)生舉一反三，實(shí)現(xiàn)問題解決能力的遷移。

二、體驗(yàn)探究過程，讓思維實(shí)起來

探究既是科學(xué)學(xué)習(xí)的目標(biāo)，又是科學(xué)學(xué)習(xí)的方式。教師充分關(guān)注學(xué)生獲取知識(shí)的思維過程，給學(xué)生提供科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生親身經(jīng)歷知識(shí)探究過程，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，提升其實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)造潛能，從而實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。

教學(xué)中，為讓學(xué)生掌握粗略測(cè)量大氣壓的方法，筆者給學(xué)生提供了吸盤、光滑的玻璃板、彈簧測(cè)力計(jì)、鉤碼等器材，讓他們利用這些器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)粗略測(cè)出大氣壓的值。學(xué)生分組討論后，一個(gè)小組想到的方法如圖2所示：將蘸水（使空氣排得更徹底）的吸盤按壓在光滑的玻璃板上，擠出吸盤內(nèi)的空氣，用彈簧測(cè)力計(jì)與玻璃板垂直的方向（使吸盤受到的拉力與大氣壓力在同一直線上）緩慢拉動(dòng)拉環(huán)，直到吸盤脫離板面，記錄剛剛拉脫時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F；也可以在吸盤下面懸掛重物或細(xì)沙，測(cè)出剛剛拉脫吸盤時(shí)的力，再測(cè)量出吸盤與桌面的接觸面積S，根據(jù)P=[FS]算出所測(cè)得大氣壓的大小。

筆者讓其他組的學(xué)生針對(duì)該組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程提出自己的疑問。學(xué)生提出以下問題：①吸盤緊貼玻璃之前為什么蘸上水？②實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)測(cè)出哪些物理量？如何測(cè)這些物理量？③為了測(cè)出大氣壓力的方向，拉吸盤的力與玻璃板板面的關(guān)系如何？④實(shí)驗(yàn)中利用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)拉力時(shí)，什么時(shí)候讀數(shù)？用彈簧測(cè)力計(jì)剛剛拉脫吸盤的力與大氣壓力的關(guān)系如何？⑤除了用彈簧測(cè)力計(jì)拉吸盤，還有其他方法嗎？⑥實(shí)驗(yàn)存在的誤差有哪些？⑦你還能用其他器材粗略測(cè)出大氣壓強(qiáng)的大小嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？該實(shí)驗(yàn)存在哪些誤差？這樣逐步深入，促進(jìn)學(xué)生深入思考測(cè)量大氣壓強(qiáng)的具體方法及注意事項(xiàng)。其中，①屬于單點(diǎn)結(jié)構(gòu)問題，②⑥屬于多點(diǎn)結(jié)構(gòu)問題，③④⑤屬于關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)問題， ⑦屬于拓展抽象結(jié)構(gòu)問題。這些問題涉及粗略測(cè)大氣壓的原理、測(cè)量方法、實(shí)驗(yàn)過程中需要注意的細(xì)節(jié)，以及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中極為重要的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和減小誤差等方面的問題。

三、課外拓展探究，讓思維活起來

教師引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到新情境中解決新問題，能夠提升學(xué)生的科學(xué)思維能力。開展物理課外實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，不但可以讓學(xué)生用課堂上學(xué)到的解題方法解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，以強(qiáng)化知識(shí)應(yīng)用、培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)，而且可以踐行“從生活走向物理，從物理走向社會(huì)”的課程理念，激活學(xué)生思維。

課外拓展環(huán)節(jié)，筆者讓學(xué)生在爬樓過程中完成探究大氣壓與高度的關(guān)系的學(xué)習(xí)活動(dòng)。活動(dòng)內(nèi)容是：將瓶中裝適量帶色的水，使兩端開口的細(xì)玻璃管穿過橡皮塞插入水中，用密封膠將玻璃管四周密封，從管子上端吹入少量氣體，使瓶內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于外界大氣壓強(qiáng)，水沿玻璃管上升到瓶口以上，觀察從一樓到五樓的過程中，玻璃管內(nèi)水柱高度的變化?；顒?dòng)結(jié)束后，筆者先讓學(xué)生匯報(bào)問題①（從一樓到五樓的過程中，玻璃管內(nèi)水柱高度是上升還是下降？），然后補(bǔ)充問題②“為什么在珠穆朗瑪峰上用敞口鍋煮不熟雞蛋”和問題③“大氣壓與海拔高度是什么關(guān)系”。其中，①是單點(diǎn)結(jié)構(gòu)問題，②是關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)問題，③是拓展抽象結(jié)構(gòu)問題。這三個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生思維從具體到抽象、從個(gè)別到一般，驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維逐步進(jìn)階。

（作者單位：十堰市竹溪縣教師學(xué)習(xí)與資源發(fā)展中心）