对大气压强教学的思考与创新

对大气压强教学的思考与创新

刘 欣 石 尧

(北京师范大学实验二龙路中学北京100032)(北京市邮电大学世纪学院北京102101)

摘 要：就大气压强教学中存在的困惑，以概念精准与逻辑严密为教学设计的原则，并结合实际教学经验，对现有大气压强教学在实验探究、概念引入和实际应用3个方面内容的教学进行了重构.

关键词：大气压强实验探究概念引入实际应用

收稿日期：(2014-10-08)

“大气压强”作为压强一章中重要的组成部分之一，也是初中物理教学中一个极为抽象的知识点.本节课的学习，不仅可以丰富学生对压强的认识，而且也可使学生对压强概念的理解得到巩固与延伸.鉴于此，本文以概念精准与逻辑严密为基础对“大气压强”的教学进行了深入的考究，并得到下述几点认识，希冀对本节课的教学有所启迪.

1着意“简中求胜”的实验探究

关于“大气压强”概念的引入，现行人教版教材首先以液体压强与大气压强的类比作为开端，旋即通过一系列生活现象的分析验证了大气压强的存在，进而对大气压强进行测量，探讨大气压强的变化规律，最终将其与生活实际相结合[1].显然，教材遵循着一条“体验→思考→分析→探究→应用”的教学流程[2]，体现了“从生活走进物理，从物理走向社会”的教学理念，但教材中对于一些核心问题的把握还远远不够，最终导致“大气压强”一节的教学受到了“学生学习这部分内容比较困难[3]”的诟病.针对这一问题，我们认为，唯有选择恰当、清晰、易理解的实验作为大气压强引入的门径才能降低学生的认知负荷，使他们能够成功厘清大气压强概念的内涵，同时这亦是本节课能够顺利进行的有利保障.

教学中教师经常选用的引入实验是“覆杯实验”，其凭借简单的操作、明显的现象和突出的对比深受教师青睐.实验如下：准备一个盛满水的纸杯，用纸片将杯口盖严，手按纸片把杯子倒过来，放开手后，学生将发现这一奇妙的现象，即纸片不会掉下来，杯中的水也不会流出来，从而证明有大气压强的存在.但其是否真如教师所想那样吗？

实际上，我们发现即使杯中存在一部分空气，纸片仍能把水托起而不使之流出.这一实验现象将对学生接受大气压强存在这一物理事实产生不必要的疑惑，而要对该现象进行解释则更是困难重重.经查阅资料可知，上述佯谬的产生是由于液体表面张力的存在及杯内压强降低造成的.但是此结论的获得，则需要物理模型思维及数学近似的方法，这是初二刚接触物理不久的学生远远达不到的[4].

为有效规避上述问题，我们建议选取如下实验进行演示：准备一个已经打开充满空气的真空袋和一个抽气机，用抽气机对放过气的真空袋进行抽气，学生会发现原来充满空气的真空袋逐渐变小，最后竟被“压”成一个薄片.此实验所用的仪器少、操作简单，与日常生活实际联系紧密.同时，也正是由于本实验的这些优点，决定了其较“覆杯实验”而言介入的复杂结构因素更少，思维跨度更小，更易于被学生接受.

2把握“精细准确”的概念引入

通过对教材的悉心研读，我们还发现，教材对大气压强的概念并没有一个十分清晰的阐述，而是直接通过与液体压强的类比提问，“空气也能流动，我们周围是否存在朝各个方向的大气压强？”此外，教材参考中则有这样的论述，“既然液体有压强，那么与液体同样具有流动性、有重量的气体也应该有压强.”[5]其实，这两本书都沿用了“通过对液体与空气的简单类比，得到我们周围也存在朝各个方向的大气压强的结论，并通过一系列生活现象证明大气压强的存在”的教学流程，这样的处理方式极易使学生产生“气体压强和液体压强产生的原因一样”的误解，有违科学性原则[6].同时由于空气是看不见、摸不着的，这种思维上的抽象将会使学生的认知负荷陡增，因此与液体压强进行恰当类比，并对大气压强进行确切描述就显得尤为重要了，因为只有这样才能使学生对大气压强的概念有更加深刻的理解和把握.

基于皮亚杰的认知发展阶段理论，由于初中阶段的学生大多数处于具体运算阶段的前运算阶段，且根据“教学内容科学的前提下概念描述就低不就高”的教学思想，我们可以采用这样定义大气压强的方式：液体对浸在它里面的物体要产生压强，空气对浸在它里面的物体同样也要产生压强，这个压强叫做大气压强[7].该定义方式通俗易懂，亦无需给出属于形式运算水平范畴的概念，即大气压强是由于大气气体分子对测量仪器频繁碰撞而形成的.从而有助于学生相关认知结构的形成.

3体会“循序渐进”的实际应用

如上所述，通过正确的类比，学生便可轻松地理解和掌握大气压强的概念，而大气压强应用的教学则成为下一个难点.

教材在大气压强的应用部分所采取的教学设计是让学生分析活塞式抽水机和离心式抽水机的工作过程，可这两种抽水机都是学生在日常生活中难以见到的，需要调动学生形象思维的参与，可是由于我国绝大部分初中生的认知水平尚处于具体运算阶段的现状，显然这样的教学设计过难，容易加重学生的认知负荷并引发畏难情绪.故而此处的教学设计还是应当以具体运算水平的学生为主体，兼顾形式运算水平学生.

基于上述分析，本节课的教学设计以“理论联系生活实际”原则为出发点，依据由简到繁、由近及远的教学思路，我们设计了包含如下4个问题的问题组，如图1所示.

图1

(1)吸盘挂钩.学生大都使用过吸盘，教师可在课堂上讲解吸盘挂钩挂于墙壁之上的机理：把吸盘贴在墙上，并挤出里面的空气，这样大气压强就把吸盘牢牢的压在了墙壁上.(2)吸管喝水.学生虽体验过吸管喝水这一过程，但很少思考其原理.其实，在用吸管吸水时，随着嘴内的空气被吸走，嘴内气压减小，大气压便把水压入口中.(3)医院的点滴瓶.尽管学生见过点滴瓶，但基本没有仔细观察过点滴瓶的构造，遑论对其构造进行深入的理论思考，由于人体内压强与外界大气压相当，在重力作用下，液体便流入人体.同时，点滴瓶与一橡胶管相连，使空气源源不断地进入瓶内，保持了瓶内压强与外界大气压相等，否则由于瓶内液体逐渐减小，液体会无法流出.(4)活塞式抽水机，学生基本没有见过，只能通过图片等对其工作过程进行想象加工：当抽水机活塞下压时，把抽水机内部分空气排出，使内部气压减小；当活塞提上时，在外界大气压的作用下，水便流入抽水机内并从上方的出水口流出．这样通过活塞的上下往复运动，水就不断地被抽出来了.进而达到充分提升学生的想象能力和分析能力的目的.可见，4个问题由浅入深，环环相扣，为学生在实践中明确大气压强铺设出合理的逻辑通道.

教学过程的自组织转变理论指出，教学作为一种艺术旨在促使学生的认知系统从被组织向自组织转变，即俗语所言“教是为了不教的目的”.受此启发，我们认为该问题组的完成可以采取教师示范和学生模仿相结合的方式进行教学，即前两个问题由教师解答，以起到示范作用，这样有利于具体运算水平的学生对知识的掌握和认知水平的提升，而后两个问题由学生在教师的引导下模仿作答，在此过程中不仅可以使处于具体运算阶段的学生在教师的引导下也能理解和掌握形式运算水平的概念和规律，解决形式运算水平的问题，还可以使处于形式运算阶段的学生得到发展，如问题(4)便可以激发学生的兴趣，拓展学生的思维空间.

4在稳定中求发展

不容置否，对知识的熟练掌握是成为一名合格教师的前提，可正因为如此，教师这一职业常被人称为“教书匠”，认为教课只不过是在控制课堂的基础上，对知识的简单叙述、复制而已，其实，这种想法却是对教师这一神圣职业的误解.有学者指出：教师作为匠人本就应该“匠心独具”，即有创新的意识，灵活的头脑，能够在教学中因实际需要而选择不同的教学路径，从而使教材中贮存状态的知识转化为传输状态的知识[9].

因此，教师在备课中就不应仅仅局限于教材本身，而要从自己对知识的整体把握和理解出发，对知识进行分解和再整合，从而厘清其内在逻辑关系，给出符合学生认知水平的教学设计，否则便会使教学效果滞留在低水平的状态，对学生能力的培养和思维品质的发展毫无益处.

就“大气压强”一节而言，我们就是在对知识整体把握的基础上，结合学生所处的认知水平，对“实验探究”、“概念引入”两个核心问题做出合理的教学安排，把形式运算水平的知识具体化、形象化，减少学生的思维负担.同时对于“实际应用”这一层面的教学，学生则可以在教师的引导下，完成对大气压强应用的自主建构，最终使大气压强应用的教学水到渠成.

参 考 文 献

1人民教育出版社，课程教材研究所.物理(九年级).北京：人民教育出版社，2006.86～90

2http://www.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/sj/jxsj9/sj914/201008/t20100825_728108.htm

3李昌文.“大气压强”的“程序”教学.遵义师范学院学报，2007(2)：83～85

4邢红军.中学物理论文写作教程.郑州：河南科学技术出版社，1993

5人民教育出版社，课程教材研究所.物理 九年级 教师教学用书.北京：人民教育出版社，2007.100～102

6吴修清.大气压强知识辨正.教学与管理，2003(9)：74

7蔡燃.初中物理教学内容认知水平的研究:[学位论文].北京：首都师范大学，2009

8熊小青.初中生物理认知水平的研究:[学位论文].北京：首都师范大学，2012

9石尧，邢红军.比热容的教学逻辑研究.中学物理教学参考，2014(05)：28～29