让学生在有意义学习中构建知识——“液体的压强”教学设计的思考

姜玉梅 周悦羚 刘小兰 张锡娟

（扬州大学物理科学与技术学院，江苏 扬州 225002）

认知同化学习理论是由美国教育学家奥苏贝尔提出的一种学习理论.在认知同化学习理论中，着重要求学习者在已有知识和新学知识之间建立起一种非任意的，实质性的联系，即有意义学习.［1］在利用有意义学习进行教学的研究中，盛群力、何晔认为，有意义学习的教学应当要以理解为先，［2］只有先理解才可继续学习；丁向阳、宋善炎在运用意义学习时，着重选择了生活化、社会化的教学内容；［3］王文智、盛群力主张多媒体讲解教学，促进主动学习.［4］与上述文献不同，笔者认为，教学中应该更加注重各个零散概念间的内在联系，教师可以依据这些内在联系，将各个概念串连起来，形成渐进性的教学过程，层层递进，让学生一步步掌握课堂内容，最终引导学生完成认知同化，掌握新知识.另外，从学情的角度来看，对于初三年级的学生而言，他们具有自我效能感，喜欢动手实验，能够分析、解决一些简单的问题.对于物理问题，他们也能发表一些自己的独立见解.因此，在综合考虑学生实际情况，及有意义学习理论的基础上，笔者对“液体的压强”一节进行了教学设计.下面将详细阐述本教学设计的各个环节.

1 依托认知基础，引导学生过渡——训练学生的同化能力

由于有意义学习理论中，奥苏贝尔强调，“影响学习的最重要的因素是学生已知的内容.弄清了这一点后，进行相应的教学”.［5］所以，对“液体的压强”的教学设计首先要从学生的已有知识出发，在此基础上，注重教学内容安排的渐进性，使所学知识点间具有联系.

在学习液体的压强之前，学生已经学习了固体压强，了解了压力、压强等概念，知道了压强公式及其单位，学生也已经掌握了力的概念及二力平衡等力学知识.这些都为液体压强的学习奠定了基础.因此，教师可以从固体压强的知识出发，利用一个小的演示“表演”，在桌上放置一个空瓶子，让学生回顾固体压强和固体压强产生的原因.随后，教师继续“表演”，向瓶中倒水，进而提出新问题：（1）液体是否也存在压强？（2）如果存在，那么液体的压强又是由什么原因产生的？这样，教师通过一个简单的“表演”，帮助学生复习旧知识，同时引出新问题，激发学生的探究欲望和学习兴趣，自然而然地将学生的注意力引导到液体压强的问题上.最终，由学生自制仪器，在废弃的可乐瓶中灌满水，在底部和侧壁上开孔，进行演示、观察，学生可以清楚地明白，液体对容器底部和侧壁都是有压强作用的，且液体的压强是由液体的重力及其流动性产生的.

以这样一个依托于原有的认知基础而创设的探究任务作为新课引入，完成了让学生认识到液体压强的存在，理解液体压强产生原因的教学目标.既锻炼了学生的知识同化能力，同时又为之后解决液体内部压强其他问题做好了铺垫.这样的教学引入将使学生的认知自然地从固体压强过渡到液体压强，在新、旧知识之间建立起一个非人为的、有意义的联系，从而实现真正意义上的认知结构同化，让学生通过有意义学习进一步构建、完善知识结构.

2 猜想可能因素，设计实验表格——训练学生的探究能力

在学生有了液体对容器底部和侧壁有压强的认识之后，教师进一步提问：液体内部是否存在压强？让学生通过日常生活经验，例如潜水时，人在水中，受到水的挤压，而且潜水越深，挤压越严重等事例，感受到液体内部也有压强存在.

在有此认识的基础上，教师引导学生进一步探究液体内部压强的规律.教师利用自制实验教具——一个两端蒙上橡皮膜的塑料管，让学生观察橡皮膜在水中的凹陷程度.学生将明确液体内部各个方向都存在压强的结论.随之，教师要求学生依据该实验，对可能影响液体内部压强大小的因素进行猜想，提出假设，并根据猜想因素设计出实验表格.同样地，教师依旧以问题做引导：（1）液体内不同方向均有压强存在，那么这些不同方向可以大致分为几种情况？（2）除了方向，还有什么需要限制的因素吗？经过一系列的问题、讨论后，教师引导学生得到几个因素，并设计出能够验证这些猜想因素是否成立的实验表格，如表1所示.表1中Δh为U型管两侧的高度差.

表1 因素猜想表

随后，通过压强计实验，完成实验表格，进行验证（实验时，橡皮膜在水中深度为3cm）.验证时，由教师引导学生，采用控制变量法，对表格中的数据分别进行横向分析和纵向分析.对比在同一液体的同一深度处，不同方向上的液体压强值的情况，以及不同液体的同一深度处，不同方向上的液体压强值的情况.经过分析论证，进而引导学生得出影响液体内部压强大小的定性规律.

在此过程中，液体内部压强大小的定性规律的得出，是根据前面的一系列知识基础，层层推进、联系、探究得到的，是经过意义建构而得的.而这一猜想、实验的过程，实际上是让学生经历了一次科学探究的过程，即 “问题——观察——假设——验证——结论”的过程，从而使学生的科学探究能力得到了锻炼，同时，也让学生具体了解了一种常用的科学研究方法，即“控制变量法”.这对其今后的科学探究提供了一定的借鉴经验，构成了学生进一步科学探究的基础.

3 实验创设情境，引发学生思考——训练学生的分析能力

完成了对液体内部压强的定性规律的探究后，教师通过演示实验（实验装置如图1所示），让学生分别观察在空气中和在液体中的紧贴两端开口玻璃管下端的薄片，在其被放手后出现的不同情况.引导学生思考在液体中玻璃管下端的薄片为什么不掉落？然后在液体中的玻璃管中慢慢地注入液体，让学生观察玻璃管下端的薄片在何时掉落.引导学生分析当管内外液面齐平，玻璃管下端的薄片刚好掉落时薄片的受力情况.

图1 实验装置及受力分析示意图

在分析图1（b）中的薄片受力情况时，教师可以让学生回忆、联系之前学过的质量、重力、压强、力和二力平衡等知识.首先，根据重力的知识，学生可以较为容易地发现管内液体受到重力G作用，管内液体处于平衡状态，薄片对它有个向上的支持力，这个力等于重力.当然薄片受到管内液体向下的压力，大小等于薄片对管内液体向上的支持力的大小也就是管内液体的重力的大小.由于薄片也是处于平衡状态，则必定受到一个向上方向力的作用，且大小等于管内液体的重力的大小.学生可以发现薄片还受到一个管外液体作用在其上向上的压力F，且压力F等于重力G，即F＝G.

其次，教师再引导学生分别对这两个力进行分析.显然学生较容易得到重力G的表达式G＝mg，结合质量m、密度ρ、体积V三者之间的关系可以推导出G＝ρShg.从而，学生能够自行导出F＝ρShg.

由此，学生能够依据前一节“压强”所学的压强公式得到液体内部压强公式为

在这个由演示实验创设的问题情境中，学生虽然不知道液体压强的定量公式应该是怎样的形式，但在教师的引导下，学生借助于之前学习过的质量m、重力G、压强p等知识分析课堂中的特定情境，抓住薄片二力平衡的瞬间状态，构建起有意义的联系，经由层层推导，最终得到液体压强的定量公式.在分析、推导的过程中，体会液体压强的含义，达到掌握液体压强公式的教学目标，其分析能力也得到了一定的锻炼.

4 注重巩固练习，适当延伸拓展——训练学生的应用能力

由前面对液体压强的同化、探究、分析，学生已经基本掌握了其中包含的规律及定量公式.所以，在巩固拓展环节，教师通过计算液体压强的习题帮助学生进一步理解、掌握本节课的重点.让学生能够将压强的知识运用到实际的解题中去，锻炼学生的解题能力.同时，教师通过布置与连通器原理有关的思考题及课后动手实验活动，促使学生应用本节课所学知识进行分析、思考，并为下一节课的学习做好准备.

对于习题、课后思考题及动手活动，学生需要应用本节所学知识加以解决，给了学生应用新知识的平台.这样的做法，能够帮助学生巩固所学知识，提高其应用知识的能力.

综上所述，本节课以问题为线索，以活动为框架，让学生在参与活动、思考、分析、假设、验证等一系列的科学探究过程中进行意义构建.从压强这一上位概念中分化得到液体压强的概念，再由对液体内部压强的实验与理论探究中，获得液体压强的规律及表达式.这符合了意义讲授教学中倡导的逐渐分化、整合协调的原则.［6］因此，本教学设计通过创设问题情境，激发学生探究、交流，让学生积极联系新旧知识，在意义学习中构建知识，锻炼能力.

1 陈琦，刘儒德.当代教育心理学（第2版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2007：165－172.

2 盛群力，何晔.意义学习，理解为先——UbD模式对课堂教学改革提出的新建议［J］.课程教学研究，2013（8）：22－31.

3 丁向阳，宋善炎.高中物理教学创造有意义的学习经历——现状调查、分析及策略［D］.湖南师范大学物理系，2010.

4 王文智，盛群力.意义学习与教学方式的联系——当代国际教学设计专家梅耶研究透视［J］.浙江外国语学院学报，2012（2）：91－97.

5 施良方.学习论［M］.北京：人民教育出版社，2003：220－239.

6 樊立辉.奥苏贝尔有意义学习理论在教学实践中的应用研究［J］.西安社会科学，2012，31（2）：153－155.