借助生活實(shí)驗(yàn) 孕育科學(xué)思維①
——以“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)為例

毛志偉 鄭楊燕

(1. 浙江省常山縣教育局教研室,浙江 衢州 324200;2. 浙江省常山縣城東中學(xué),浙江 衢州 324200)

1 引言

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提出素養(yǎng)立意、注重綜合、加強(qiáng)實(shí)踐、注重思維的價(jià)值導(dǎo)向。利用身邊常見的生活物品做實(shí)驗(yàn),既可讓學(xué)生感受科學(xué)就在身邊,又可創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),從而讓課堂充滿活力。筆者以“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)為例,借助生活實(shí)驗(yàn),探索思維型課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)。

2 教學(xué)分析與學(xué)業(yè)要求

2.1 依據(jù)課標(biāo)教材,精準(zhǔn)分析學(xué)情

大氣壓強(qiáng)對(duì)學(xué)生來說既熟悉又陌生。他們?cè)谌粘Ｉ钪谐Ｕf的“吸飲料”“粘吸盤”等,大多潛藏著錯(cuò)誤的前概念,在“覆杯實(shí)驗(yàn)”中也有學(xué)生始終認(rèn)為是水粘住了紙片。如何讓學(xué)生真正突破大氣壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)誤區(qū),提升他們的科學(xué)思維能力,轉(zhuǎn)變錯(cuò)誤的前概念,是本單元教學(xué)需要解決的關(guān)鍵問題。筆者從課標(biāo)解讀、教材分析入手,對(duì)大氣壓強(qiáng)單元進(jìn)行解構(gòu)(圖1)。

圖1

2.2 精瞄科學(xué)思維,確定學(xué)業(yè)要求

《義務(wù)教育科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》對(duì)“大氣壓強(qiáng)”的內(nèi)容要求是:通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)大氣壓強(qiáng),知道大氣壓強(qiáng)的變化及其對(duì)生活的影響。針對(duì)科學(xué)思維能力的培養(yǎng),確定以下學(xué)業(yè)要求:根據(jù)解決真實(shí)問題的需要建構(gòu)模型,分析模型所涉及的各個(gè)要素,解釋并模擬相關(guān)的科學(xué)現(xiàn)象和過程,展示對(duì)相關(guān)概念、原理、系統(tǒng)的理解,表達(dá)事物整體與局部的關(guān)系;針對(duì)真實(shí)情境中的問題,能基于事實(shí)與證據(jù),利用分析、比較、抽象和概括等思維方法建構(gòu)模型,并能解釋常見的現(xiàn)象,解決常見的問題。

3 深度思維教學(xué)設(shè)計(jì)

3.1 引題激趣,激發(fā)認(rèn)知沖突

在大氣壓強(qiáng)的教學(xué)中如何創(chuàng)設(shè)情境,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),是教師一直思考的問題。本節(jié)課利用“小試管爬升”演示實(shí)驗(yàn)引入新課,讓學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突,激發(fā)學(xué)生的求知欲。

教學(xué)活動(dòng)1：猜想小試管的“命運(yùn)”。

師:現(xiàn)有大小兩支試管,在大試管中灌滿水,將小試管套到大試管中倒放,請(qǐng)同學(xué)們猜想小試管的“命運(yùn)”會(huì)如何?

生1:小試管會(huì)掉下來,原因是它受到重力的作用。

生2:小試管會(huì)往上升,原因是它受到大氣壓的作用。

設(shè)計(jì)意圖：小試管會(huì)掉下來的猜測(cè)與演示結(jié)果——小試管向上爬升,二者產(chǎn)生強(qiáng)烈的對(duì)比,引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突,有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維,激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲。

3.2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),破除思維盲點(diǎn)

我們生活在地球上,有沒有受到大氣壓強(qiáng)的作用?答案是肯定的,但是我們又好像沒有感受到大氣壓強(qiáng)的存在。學(xué)生提出假設(shè):大氣壓就在我們身邊,并且很大。我們可以利用“覆杯實(shí)驗(yàn)”加以檢驗(yàn)。

3.2.1 動(dòng)手體驗(yàn),感受大氣壓強(qiáng)

教學(xué)活動(dòng)2：體驗(yàn)覆杯實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生自己動(dòng)手做覆杯實(shí)驗(yàn),幾乎所有的小組都能夠做成功,此實(shí)驗(yàn)可以演示大氣壓強(qiáng)的存在以及各個(gè)方向上都存在大氣壓強(qiáng)。

部分學(xué)生對(duì)覆杯實(shí)驗(yàn)存有疑惑:裝水后到底是大氣托著紙片還是水粘住了紙片呢?

3.2.2 精妙設(shè)計(jì),表明是空氣“力量”所致

教學(xué)活動(dòng)3：排“水”確“氣”。

因?yàn)樗痛髿舛即嬖?所以想辦法把空氣或者水抽走就可以了。沒有水的話就回到裝水前的狀態(tài),紙片掉落,故要抽出空氣。進(jìn)而學(xué)生設(shè)計(jì)出圖2所示的實(shí)驗(yàn)方案。

圖2

在學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置基礎(chǔ)上加以改進(jìn),促進(jìn)學(xué)生的理解。將一個(gè)三角形支架扣在集氣瓶的“頸部”,然后在集氣瓶中裝滿水,用硬紙片蓋住集氣瓶口,并放入真空罩內(nèi),接著打開抽氣機(jī)抽氣,發(fā)現(xiàn)隨著真空罩內(nèi)的空氣不斷被抽出,硬紙片和水會(huì)突然掉落。用抽氣機(jī)抽氣排除了“水”的干擾因素,整個(gè)實(shí)驗(yàn)變量只有空氣,抽氣前紙片不掉落只能是空氣的“力量”所致。通過這個(gè)簡(jiǎn)單明了的實(shí)驗(yàn),學(xué)生可以直觀地感受到覆杯實(shí)驗(yàn)中是大氣壓強(qiáng)把水往上壓住,從而深刻理解覆杯實(shí)驗(yàn)的原理。

教學(xué)活動(dòng)4：多樣的大氣壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)。

大氣壓的存在不只是覆杯實(shí)驗(yàn)可以證明,教師提供了隨手可得的生活物品,如吸盤掛鉤、滴管、礦泉水瓶等,讓同學(xué)們動(dòng)手試試,感受大氣壓的存在,并嘗試解釋現(xiàn)象的產(chǎn)生原因,在任務(wù)單上做好記錄。

讓學(xué)生的學(xué)習(xí)貼近生活,利用生活物品去感受大氣壓的存在,并體會(huì)科學(xué)就在我們身邊,且服務(wù)于我們的生活。運(yùn)用所學(xué)知識(shí)去解釋生活中與大氣壓強(qiáng)相關(guān)的現(xiàn)象,可培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題和動(dòng)手實(shí)踐的能力。

3.3 總結(jié)歸納問題解決思路,嘗試建構(gòu)模型

在解決真實(shí)情境問題的過程中,學(xué)生沒有思路的時(shí)候,可以通過問題串引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)。在學(xué)生解決問題之后,不能立即結(jié)束,否則,可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)解決課堂上的問題,不能進(jìn)行遷移和應(yīng)用。因此在解決問題之后,應(yīng)帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)歸納解決這類問題的思路——模型建構(gòu)。

教學(xué)活動(dòng)5：針對(duì)大氣壓強(qiáng),我來建模。

學(xué)生嘗試解釋與大氣壓相關(guān)的現(xiàn)象。

生1:生活中會(huì)使用吸盤掛鉤,將吸盤內(nèi)的空氣排走,大氣壓把吸盤壓在墻面上。

生2:在用滴管吸液體時(shí),用手將里面的空氣擠出來,松手時(shí)滴管就會(huì)吸進(jìn)液體。

通過上述解釋,很難形成知識(shí)的遷移。為此,給出填空形式予以解釋,如對(duì)于吸盤掛鉤,吸盤貼近桌面,空氣被排出,吸盤內(nèi)壓強(qiáng)(選填“大于”或者“小于”)大氣壓強(qiáng),所以___________________________

把吸盤掛鉤牢牢地壓在桌面上。在此基礎(chǔ)上師生總結(jié)、建構(gòu)模型(圖3)。

圖3

通過模型的建構(gòu),學(xué)生能較好地解釋生活中關(guān)于大氣壓的現(xiàn)象,這對(duì)后面的學(xué)習(xí)也是有幫助的,借助模型來實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移與運(yùn)用,可以提升學(xué)生的問題解決和綜合運(yùn)用能力。

4 結(jié)語(yǔ)

筆者以解釋大氣壓強(qiáng)現(xiàn)象為主線,通過改變空氣溫度、體積、質(zhì)量等來改變大氣壓強(qiáng),引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用受力分析、模型建構(gòu)等方式解決問題,提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,培育了學(xué)生的科學(xué)思維。