趣味問題的研究性學(xué)習(xí)

摘要：新課程改革強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身體驗和實(shí)踐，研究性學(xué)習(xí)作為一種新型的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，是體現(xiàn)學(xué)生主體地位的有效途徑之一。通過開展研究性學(xué)習(xí)活動“‘隔空喝飲料’中的物理”，教師可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性。這種方式也為教師在課堂中開展研究性學(xué)習(xí)提供有益啟示。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí)；隔空喝飲料；連通器；大氣壓強(qiáng)

1引言

研究性學(xué)習(xí)是指在教師指導(dǎo)下，學(xué)生在學(xué)科領(lǐng)域或現(xiàn)實(shí)生活情境中自主開展探索的研究活動。它鼓勵學(xué)生在現(xiàn)有知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提出并解決問題。［1］劉謙在春晚上表演的隔空喝飲料魔術(shù)吸引了眾多觀眾的目光，并引發(fā)了模仿該魔術(shù)的熱潮。受此魔術(shù)啟發(fā)，本文設(shè)計了一項物理研究性學(xué)習(xí)活動。

2研究性學(xué)習(xí)

2.1演示實(shí)驗，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教師首先向?qū)W生展示兩種魔術(shù)道具：雙層杯和飲料瓶，如圖1所示。雙層杯可以通過網(wǎng)絡(luò)購買，而飲料瓶則可以選擇生活中常見的任何一種。從外觀上看，這兩種道具與普通的杯子和飲料瓶沒有區(qū)別。教師預(yù)先將飲料倒入這兩種容器中，然后使用這些道具進(jìn)行魔術(shù)表演。教師將吸管含在嘴里，使其與雙層杯和飲料瓶保持一定的距離，然后做出“吸”的動作。學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，在隔空的情況下，雙層杯和飲料瓶中的液面高度居然逐漸下降，仿佛教師隔空“喝”到了飲料！教師通過這種魔術(shù)表演，不僅吸引了學(xué)生的注意力，還激發(fā)了他們的好奇心。教師引導(dǎo)他們思考現(xiàn)象背后的原因，使學(xué)生的認(rèn)知方式從單純的“聽講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)現(xiàn)問題—思考分析問題—解決問題”。這為接下來學(xué)生的學(xué)習(xí)活動做了良好的鋪墊。［2］

2.2分析原理，深化概念學(xué)習(xí)

教師倒掉雙層杯中的飲料，向?qū)W生展示雙層杯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示。學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)杯的底端有一個小孔，外杯的上端也有一個小孔，而緊蓋雙層杯后，隔層上方是封閉的。接著，教師取出內(nèi)杯，在學(xué)生面前把少量飲料倒入外杯中，再把內(nèi)杯放入外杯中并蓋緊，然后用手指迅速堵住外杯小孔。在此過程中，學(xué)生觀察到外杯中的飲料在內(nèi)杯的擠壓下，進(jìn)入內(nèi)外杯之間的夾層中。由于夾層體積小，液面迅速上升，從杯外觀察，像極了一杯較滿的飲料。隨后，教師松開堵住外杯小孔的手，液面高度逐漸下降。在這個過程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察雙層杯此時的結(jié)構(gòu)和液面的變化。部分學(xué)生敏銳地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)松開堵住外杯小孔的手后，雙層杯構(gòu)成了一個簡易的連通器。教師引導(dǎo)學(xué)生分析原理：液面下降的原因是因為夾層中的液體逐漸流到了內(nèi)杯中。同時，教師可結(jié)合連通器原理引導(dǎo)學(xué)生思考液面下降到何處會停止，即當(dāng)內(nèi)外杯液面高度一致時液面下降停止。

在揭秘了雙層杯之后，教師拿出一個飲料瓶，倒掉其中的飲料，撕掉包裝紙，向?qū)W生展示飲料瓶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2（b）所示。學(xué)生注意到瓶子內(nèi)部有一個氣球，瓶壁上有一個開口，氣球的開口與瓶壁的開口相連。觀察完畢后，教師再次將飲料倒入瓶中，并通過瓶口吸氣或向氣球吹氣，結(jié)果氣球膨脹，導(dǎo)致液面高度上升。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么通過瓶口吸氣或向氣球吹氣會導(dǎo)致液面上升呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生對上述吹氣和吸氣過程進(jìn)行分析。

對著氣球吹氣時，氣球體積增大，占據(jù)瓶內(nèi)體積，從而導(dǎo)致水位上升。

對著瓶口吸氣時，p瓶內(nèi)氣體＜p0（p0為外界大氣壓強(qiáng)），瓶內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，大氣壓使氣球膨脹，占據(jù)瓶內(nèi)體積，導(dǎo)致水位上升。

接著，教師用手堵住瓶壁開口，擰緊瓶蓋，而后松開堵住開口的手，向?qū)W生展示飲料瓶。學(xué)生觀察到這就是一瓶“正?！钡娘嬃?。此時氣球與大氣連通，p氣球內(nèi)＝p0。

然后，教師再次用手堵住瓶壁開口，打開瓶蓋，緩慢松開堵住開口的手，這時學(xué)生會發(fā)現(xiàn)液面逐漸下降。為什么打開瓶蓋并松開堵住開口的手，液面會下降？在教師引導(dǎo)下，學(xué)生討論后可得出：氣球上方的液體對氣球的壓力和氣球的收縮力的共同作用使氣球體積逐漸減小，液面逐漸下降。

2.3道具重現(xiàn) 揭開魔術(shù)之謎

在了解“隔空喝飲料”這一魔術(shù)的原理之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生自行制作魔術(shù)道具。在教師的提示下，學(xué)生可以分組合作，完成雙層杯和飲料瓶式魔術(shù)道具的制作。教師給每組學(xué)生提供以下工具：一個透明雙層杯、一根吸管、一把剪刀、適量飲料，用于制作雙層杯魔術(shù)道具；一個飲料瓶、一個氣球、一把剪刀、墊片、膠水、適量飲料，用于制作飲料瓶式魔術(shù)道具。

下面對魔術(shù)道具制作及演示流程進(jìn)行說明。

2.3.1雙層杯道具制作及演示

第一步，用剪刀在內(nèi)杯的底端戳一個小孔a，使得內(nèi)杯和外杯連通；用剪刀在外杯的較上端戳一個小孔b，使得外杯和外界相連通，如圖3（a）所示。

第二步，向外杯倒入少許飲料，如圖3（b）所示。

第三步，用手堵住外杯上的小孔，然后將內(nèi)杯放入外杯中。這時，由于內(nèi)杯的擠壓作用，液體會上升到較高的高度。從外部看，杯子就像是裝滿了飲料，如圖3（c）所示。

第四步，再把堵住外杯小孔的手指慢慢移開，液面逐漸下降，如圖3（d）所示。

2.3.2飲料瓶道具制作及演示

第一步，在飲料瓶較下端用剪刀戳一個小孔，如圖4（a）所示。

第二步，把氣球口固定在墊片上，并塞進(jìn)戳開的小孔里；用膠水把墊片和洞口進(jìn)行密封，保證不漏氣，如圖4（b）所示。

第四步，堵住瓶壁的開口，然后打開瓶蓋。接著，緩慢地移開堵住瓶壁開口的手，此時可以觀察到液面逐漸下降，如圖4（d）所示。

完成簡易魔術(shù)道具的制作后，學(xué)生紛紛利用自己的道具表演隔空“喝”飲料。通過有趣的實(shí)驗引入，揭示了隔空喝飲料的原理，激發(fā)了學(xué)生對魔術(shù)道具制作的熱情。隨著道具的完成，學(xué)生們都成功地實(shí)現(xiàn)了隔空“喝”飲料的表演。課堂上充滿了歡快活潑的氣氛，我們實(shí)現(xiàn)了在娛樂中教育的目的，并成功地揭示了魔術(shù)背后的秘密。學(xué)生從實(shí)驗探究中感受到學(xué)習(xí)的無限樂趣，在親自動手實(shí)踐的過程中獲得巨大成就感。［3］

3總結(jié)

研究性學(xué)習(xí)是物理教學(xué)中一種有效的教學(xué)方式，也是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。在課堂教學(xué)中開展研究性學(xué)習(xí)活動，可以加深學(xué)生對物理概念的理解，提高他們的學(xué)習(xí)能力。教師將隔空喝飲料魔術(shù)引入課堂，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們?nèi)硇牡貐⑴c課堂，開放性探索其中的物理原理，將課堂重心由教師講授轉(zhuǎn)向?qū)W生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生多方面的能力發(fā)展。從觀察隔空喝飲料的神奇現(xiàn)象出發(fā)，學(xué)生可以探究背后的物理原理，并親自動手制作魔術(shù)道具。在這個過程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、合作探究，不僅學(xué)習(xí)了理論知識，還培養(yǎng)了動手操作能力，進(jìn)一步提升了自己的知識應(yīng)用能力。通過動手實(shí)踐，學(xué)生的認(rèn)知與能力得到了有效的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

［1］陶繼福. 物理研究性學(xué)習(xí)設(shè)計一例——高度的測量與水泵揚(yáng)程及泵站位置的選擇［J］. 湖北教育， 2002（Z1）：36-37．

［2］姚蕊，榮爭輝，夏歡，等. 探尋具身視域下的初中物理概念教學(xué)策略——以“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)為例［J］. 物理通報，2021（S2）：32-34．

［3］王汐檸，葉希希，林馨郁，等. 從轉(zhuǎn)心壺談大氣壓強(qiáng)的教學(xué)［J］. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（11）：43-45．

*基金項目：本文系福建省教育科學(xué)規(guī)劃2023年教育考試招生重點(diǎn)專項課題“高考綜合改革背景下物理試題情境研究”（課題編號：FJJYKS23-25）及福建師范大學(xué)研究生教育精品課程（課題編號：zlgc202202003）的研究成果。