初中物理“壓強(qiáng)”問題專題教學(xué)進(jìn)階策略

摘? 要：“壓強(qiáng)”是初中物理力學(xué)部分重要概念之一，對“壓強(qiáng)”相關(guān)問題的教學(xué)，要遵循學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，依托專題課程設(shè)計(jì)，深化學(xué)生對“壓強(qiáng)”相關(guān)概念及知識點(diǎn)的理解和掌握.概念是構(gòu)成物理學(xué)科的基礎(chǔ)，據(jù)此文章對學(xué)生前認(rèn)知學(xué)情進(jìn)行分析，分別從進(jìn)階起點(diǎn)、專項(xiàng)習(xí)題訓(xùn)練、進(jìn)階終點(diǎn)三方面來探究與“壓強(qiáng)”相關(guān)的問題，促進(jìn)學(xué)生在遷移中創(chuàng)新，提升物理學(xué)科素養(yǎng).

關(guān)鍵詞：初中物理；壓強(qiáng)；進(jìn)階理論；專題教學(xué)

中圖分類號：G632??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A??? 文章編號：1008-0333（2024）14-0101-03

收稿日期：2024-02-15

作者簡介：邵予周（1998.11—），女，江蘇省南通人，本科，中學(xué)二級教師，從事初中物理教學(xué)研究.

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論聚焦學(xué)習(xí)思維的發(fā)展過程，從進(jìn)階起點(diǎn)出發(fā)，有層次、有梯度地逐級發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維.“壓強(qiáng)”問題是初中物理重要內(nèi)容，對“壓強(qiáng)”概念及知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，引入學(xué)習(xí)進(jìn)階理論，利用專題教學(xué)，對涉及的受力分析、浮力、重力、密度等概念進(jìn)行綜合運(yùn)用，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維進(jìn)階，讓物理學(xué)習(xí)更高效［1］.

1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論與“壓強(qiáng)”專題教學(xué)

美國國家研究理事會(huì)對“學(xué)習(xí)進(jìn)階”的釋義為：學(xué)生連貫且逐漸深入的思維方式.結(jié)合初中物理壓強(qiáng)知識點(diǎn)，需要把握五個(gè)層次和三項(xiàng)任務(wù).

1.1 學(xué)習(xí)進(jìn)階理論的五個(gè)層級

學(xué)習(xí)進(jìn)階理論認(rèn)為，對學(xué)習(xí)過程而言，遵循由經(jīng)驗(yàn)、映射、關(guān)聯(lián)、系統(tǒng)、整合五個(gè)層級，逐漸進(jìn)階，以獲得對相關(guān)知識的深度理解和掌握.經(jīng)驗(yàn)層為前認(rèn)知起點(diǎn)，在教學(xué)前，對學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行學(xué)情分析.對于壓強(qiáng)，學(xué)生已經(jīng)了解力、壓力等概念，對垂直作用于物體上的力，會(huì)使物體發(fā)生形變.對于形變大小的反映，用壓力來表述，形變越大，所受壓力越大.映射層為學(xué)生對所學(xué)概念的理解程度.如對于力的講解，力是有作用效果的，壓力是力的一種，有何作用效果？與哪些因素有關(guān)？學(xué)生在面對該問題時(shí)，頭腦中會(huì)受到信息刺激，聯(lián)系以往知識經(jīng)驗(yàn)解答與壓力相關(guān)的問題，就是映射過程.關(guān)聯(lián)層與映射層相關(guān)，更接近學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，通過用物理語言來描述所看到、所認(rèn)同的物理現(xiàn)象.對于壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以回顧壓力概念、壓力作用效果等圖景.系統(tǒng)層體現(xiàn)了物理知識之間的內(nèi)在邏輯性.壓強(qiáng)概念與壓力、力、受力面積等有關(guān)，對壓強(qiáng)單位還要與牛頓、平方米有關(guān)，對壓強(qiáng)的物理意義，還與速度、密度等概念的講解方法具有相關(guān)性.整合層體現(xiàn)了刪繁就簡、去粗存精的認(rèn)知過程.以壓強(qiáng)數(shù)學(xué)為例，通過引入控制變量法，讓學(xué)生認(rèn)識、體驗(yàn)壓力對不同作用對象所產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小，體會(huì)壓強(qiáng)與壓力大小、受力面積等因素有關(guān).

1.2 知識進(jìn)階任務(wù)

物理學(xué)中的壓強(qiáng)為重要概念，對該節(jié)知識點(diǎn)的進(jìn)階教學(xué)，需要細(xì)化為三項(xiàng)任務(wù).一是進(jìn)階分析，二是目標(biāo)預(yù)設(shè)，三是教學(xué)過程和策略運(yùn)用.進(jìn)階分析就是分析學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，具備相應(yīng)的物理分析、物理歸納、實(shí)驗(yàn)觀察等能力.在學(xué)習(xí)壓強(qiáng)前，學(xué)生學(xué)習(xí)了力、力和運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并對重力、摩擦力、彈力、力的平衡等有所理解，但對受力分析及力的作用過程等存在短板.對學(xué)情分析后，接下來進(jìn)入目標(biāo)預(yù)設(shè)階段，主要設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)起點(diǎn)和所能達(dá)成的學(xué)習(xí)目標(biāo)，具體如表1所示.

對壓強(qiáng)的進(jìn)階教學(xué)策略，先從統(tǒng)一起點(diǎn)入手，以設(shè)置懸念、引入游戲等方式，激活學(xué)生對物理情境的學(xué)習(xí)興趣.如拿出一個(gè)氣球，問學(xué)生可以用什么方法將之弄破？對于氣球，在受到外力作用下，一定會(huì)破嗎？接著，引入壓力概念，結(jié)合學(xué)生認(rèn)知起點(diǎn)，對重力、彈力、摩擦力的了解，組織學(xué)生探討壓力三要素，區(qū)別壓力與重力.然后導(dǎo)出壓強(qiáng)概念，利用實(shí)驗(yàn)法通過控制變量來探索壓力效應(yīng).引入生活化實(shí)例，從壓強(qiáng)公式、壓強(qiáng)單位、常見物體對地面的壓強(qiáng)值，讓學(xué)生理解壓強(qiáng)相關(guān)知識點(diǎn).最后，學(xué)習(xí)并掌握計(jì)算壓強(qiáng)的方法，通過具體問題整合相關(guān)知識點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用壓強(qiáng)公式來解決實(shí)際問題.

2 基于進(jìn)階理論探討“壓強(qiáng)”專題教學(xué)

2.1 進(jìn)階起點(diǎn)的實(shí)施

從壓強(qiáng)的定義及計(jì)算公式來看p=F/S.壓強(qiáng)的計(jì)算需要先明確所施加的壓力，以及受力面積的變化情況，在梳理相關(guān)題目時(shí)，要關(guān)注壓力與受力面積兩個(gè)核心要點(diǎn).比如，某題中有一個(gè)水杯，在倒置前后，請分析其對水平桌面的壓力及壓強(qiáng)大小關(guān)系.假設(shè)，正放水杯時(shí)，水杯對桌面的壓力、壓強(qiáng)表示為F1、p1，將之倒扣后，水杯對桌面的壓力、壓強(qiáng)表示為F2、p2，問F1與F2，p1與p2的大小關(guān)系有何變化？水杯在倒置前后，自身對桌面的壓力與桌面對水杯的支持力都等于水杯的重力，倒置前后水杯的重力不變，對桌面的壓力也沒有變，即F1=F2.但對于壓強(qiáng)而言，倒置前水杯杯底與桌面相接觸，倒置后水杯杯口與桌面相接觸.兩種情形下，倒置后的杯口與桌面相接觸的面積會(huì)減少，在壓力不變情況下，根據(jù)壓強(qiáng)計(jì)算公式可知，水杯對桌面的壓強(qiáng)會(huì)變大，即p1

2.2 進(jìn)階習(xí)題的訓(xùn)練

圍繞壓強(qiáng)開展專題教學(xué)，要遵循學(xué)生的認(rèn)知思維，漸進(jìn)提高習(xí)題的難度［2］.對習(xí)題的選擇，既要突出對壓強(qiáng)基本知識點(diǎn)的學(xué)習(xí)，還要深化學(xué)生對壓強(qiáng)的透徹理解.學(xué)生對壓強(qiáng)公式已經(jīng)熟練掌握后，接下來要引入柱形固體壓強(qiáng)的推導(dǎo)公式p=ρgh，讓學(xué)生認(rèn)識影響固體壓強(qiáng)的因素，展開固體壓強(qiáng)的定性和定量分析.比如，某題中有甲乙兩個(gè)正方體，靜置于水平地面如圖1所示.此時(shí)p甲=p乙.如果分別對其上面切割相同厚度Δh，問剩余部分對地面壓強(qiáng)及壓力的變化情況.

分析題中的柱形固體對水平面的壓強(qiáng)，運(yùn)用公式p=ρgh來推導(dǎo)，得到密度關(guān)系ρ甲<ρ乙，對于正方體甲得到p′甲=ρ甲gh甲剩=ρ甲g（h甲－Δh）；對于正方體乙，其壓強(qiáng)p′乙=ρ乙gh乙剩=ρ乙g（h乙-Δh）.從剩余部分對地面壓強(qiáng)的變化情況來看，隨Δh的增加，p′甲>p′乙，再對壓強(qiáng)公式進(jìn)行變形，得到F=ps，因?yàn)閜′甲>p′乙，所以F′甲>F′乙.

了解了固體壓強(qiáng)的計(jì)算方法后，液體壓強(qiáng)又有何變化？為此，引入液體容器倒置，以同一種液體，結(jié)合深度h的變化，對液體壓強(qiáng)公式p=ρgh進(jìn)行運(yùn)用，讓學(xué)生判斷液體對容器底部壓強(qiáng)的變化，如圖2所示.

觀察甲、乙兩容器，液體的質(zhì)量保持不變，問倒置后液體對容器底部壓強(qiáng)怎樣變化？倒置前，兩容器液體質(zhì)量不變，體積大小不變，但倒置后，液面高度增加.根據(jù)液體壓強(qiáng)公式可知，h增加，則對容器底部的壓強(qiáng)也會(huì)增加.對于壓力分析，根據(jù)F=pS=ρghS，其中的“hS”理解為體積，倒置后，F(xiàn)乙=p乙S乙=ρgh乙S乙.因?yàn)棣裧h乙S乙<ρgV液，F(xiàn)乙G液，故而可得F甲>F乙.對于整個(gè)容器而言，本身為一個(gè)整體，所受的重力與支持力相等，在倒置前后整個(gè)容器的重力不變，對桌面的壓力也不變，但因受力面積減少了，所以整個(gè)容器對桌面的壓強(qiáng)將會(huì)變大.對比固體、液體對水平桌面的壓強(qiáng)變化及特點(diǎn)，讓學(xué)生能夠根據(jù)題型需要，靈活運(yùn)用壓強(qiáng)公式，分析各個(gè)變量的變化，再討論其壓力、壓強(qiáng)等變化.

2.3 進(jìn)階終點(diǎn)綜合題型訓(xùn)練

前面在液體壓強(qiáng)、固體壓強(qiáng)以及壓力、壓強(qiáng)的變化關(guān)系中，所選擇的題型相對單一，接下來通過探討綜合題型，考查學(xué)生對壓強(qiáng)相關(guān)知識點(diǎn)的掌握情況.比如，某題中有一燒杯，盛放適量鹽水，冰塊A漂浮，物塊B懸浮，如圖3所示.當(dāng)冰塊A完全熔化后，分析鹽水的密度變化，液體對杯底的壓強(qiáng)變化，以及物塊B所受浮力的變化.

對該題的分析，首先從冰塊熔化來看，因?yàn)樗拿芏刃∮邴}水，冰塊熔化增加了水的含量，鹽水的密度會(huì)變小.接著，對物塊B進(jìn)行分析，未熔化前的鹽水密度大，物塊B懸浮，熔化后的液體密度變小，則物塊B會(huì)沉底，由于F浮=ρ鹽水gV排，鹽水密度減小，則物塊B所受浮力變小.針對液體對杯底的壓強(qiáng)問題，根據(jù)力的作用是相互的，如物體B在液體中受到浮力，則會(huì)同時(shí)對液體有壓力，因此冰熔化前，液體對杯底的壓力F=G鹽水+GB+G冰，等冰塊完全熔化后，液體對容器底部的壓力變?yōu)镕′=G鹽水+F浮B+G水，由于冰熔化成水重力不變，而此時(shí)B所受浮力變小，因此壓力變小，壓強(qiáng)也變小.

3 結(jié)束語

為強(qiáng)化學(xué)習(xí)進(jìn)階理論在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用，教師要關(guān)注學(xué)情分析.以學(xué)生基礎(chǔ)知識為起點(diǎn)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的習(xí)題和內(nèi)容，遵循螺旋上升原則，強(qiáng)化學(xué)生物理思維進(jìn)階，由簡到繁，逐步提升學(xué)生的物理分析、推理、綜合解題能力.

參考文獻(xiàn)：［1］ 黃岑.初中物理“進(jìn)階展學(xué)”課堂策略的達(dá)成［J］.新教育，2023（04）：41-42，56.

［2］ 林絢鈺.基于學(xué)習(xí)進(jìn)階的初中物理概念建構(gòu)策略研究［J］.中學(xué)物理教學(xué)參考，2019，48（14）：6-8.

［責(zé)任編輯：李? 璟］