建模思想在“气体的压强与流速的关系”教学中的应用

何方送

【摘要】如何解决“上课一听就懂，课后一做就出问题”的现象？本文提出了建模教学可有效解决这一实际教学问题的观点。作者以“气体的压强与流速的关系”教学设计为例阐述了建模前学生必具的两个基础条件，分类建模教学的重要性，并从四个知识点的具体建模过程论述了建模思想在突出重点、突破难点所起的教学作用。

【关键词】气体压强 流速 建模教学

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2017）01-0130-02

这是一个毋庸置疑的教学现象。老师问学生：“这堂课你听懂了吗？”。学生回答说：“听懂了”。可是一改作业，教师发现错误率很高！如何解决“上课一听就懂，课后一做就出问题”的现象？究其原因，还是出在“听”环节，没有真正听懂！因为当老师辅导帮助学生纠错时，发现学生能背原理、公式，但不知如何正确运用这些原理、公式。学生脑子里没有推导原理的模型，没有理解公式的模型，自然题目一变，他就不知道朝哪个方向去思考，而是凭感觉想想去做题。可见，教师在课堂教学中怎样帮助学生建立正确理解知识点的模型是解决上述问题的关键所在！下面以浙教版《科学》八年级上册第2章第3节第3课时“气体的压强与流速的关系”为例论述建模思想在教学中的具体应用。

1.好奇和兴趣是建模的情感基础

【引课】师：同学们见过乒乓球在空中跳舞的现象吗？（生：摇头一脸好奇）。师：想看吗？（生：满脸兴奋表情）。教师取出吹风机接上电，拿出1只桔黄色乒乓球放在吹风口上，只见老师前后左右上下有节奏地慢移吹风机，乒乓球跟着有节奏在空中慢舞起来（生：满脸惊讶）。师：为什么乒乓球不掉下来，也不会飞走呢？这就是本节课要探究的课题。

2.前概念是建模的知识基础

每个教师都知道，新课教学必须在学生前概念的基础上才能有效实施教学。这个前概念包括两方面内容：一是学生已学的知识技能，能力在什么水平？二是学生已有的生活經验。

【复习回顾】①气体流动方向：高气压流向低气压；②气体密度越大，则气压越大。

【生活经验】①空中飘动的纸片；②山顶与山脚的气压不同；③窗帘飘出窗外……等等。

3.科学建模，构建知识体系

3.1 建模问题必须是真实的。

科学知识源于生活，又应用于生活。建模就是把抽象的科学知识通过模型较直观、具体地呈现出来，便于学生更好地理解、记忆，是故建模过程必须建立在实际生活材料或真实的实验现象基础上才能构建。

3.2 建模过程必须分类进行。

如果把大脑比作贮存模型的仓库，那么人必须根据模型的构造特点才能做到快速提取模型。同理，同一知识模块中有不同的知识点，是故建模必须根据知识特点分类进行。学生只有清楚知识模型的构造特点，分类贮存，才能做到从大脑中快速提取模型，并通过模型特点准确解决实际问题。

3.2.1 建模一：气流通过一个“面”

师：如果不考虑人的呼吸影响，那么教室内的空气可视作均匀分布，各点的气体密度是相等的。说完拿起一块纸板竖立在讲台上，纸板两侧气压相等吗？

生：相等。

师：取掉纸板中间块（预先切割好）形成窗口结构，左边挂上若干纸条，纸板两侧气压相等吗？

生：相等。（师追问：你的判断依据？生：纸条竖直下垂，没有左右飘动。）

师：拿起吹风机对着右侧平行面吹，看见什么现象？

生：纸条飘向右侧（生活经验：类似窗帘飘出窗口）。

师：从纸条飘动的方向（前概念）可以说明气体压强哪边大？

生：左侧大。

师：对比刚才纸条下垂的情境，那个因素改变造成两侧气体压强不同？

生：由于吹风机对着右侧平行面吹，使右侧气体流动速度快，造成压强减小，所以纸板左侧气体压强大于右侧。

结论：气流通过一个“面”时，流速越大，气体压强越小。

【学生活动】

（1）如图所示，双手分别捏着两张纸条的一端，使它们垂挂在胸前，沿两张纸条中间向下吹气。你预测的现象是什么？实验结果你看到了什么现象？如何解释？

（2）拿一张纸条，将它放在下嘴唇底下，沿着纸条的上表面用力吹气。你预测的现象是什么？你看到了什么现象？如何解释？

【设计意图】①通过亲身实验来验证模型的有效性，巩固建模过程。②通过解释让学生学会如何解模，达到内化知识的目的。

【解模并总结】

【课堂练习巩固】

（1）刮大风的时候，虽然风向与墙面平行，但挂在窗内的窗帘却会向外飘出，如图（课本图2-30）所示。你能够解释这一现象吗？

（2）列车站台上，都标有一道平行于铁轨的直线，叫做安全线（如图）。当列车驶过时，旅客必须站在这条线外，以保证人体与铁轨有足够的距离。你知道这一要求的科学原理吗？

【设计意图】①本节课的重点是理解“气体的流速越大，压强越小”，难点是应用这一原理。是故本节课重心应放在建模一的构建上。②通过学生亲身经历建模→验模→解模的全过程，他们不仅掌握了知识，而且学会了如何应用知识去解决实际问题。同时为后续建模提供了模仿的“原型”。

3.2.2 建模二：气流经过一个“点”（管口）

师：拿出装羽毛球的纸筒（内部预先装入若干乒乓球、许多纸屑），平放打开两端盖子，纸筒两端气压相等吗？

生：相等。

师：封闭一端，筒内与筒外气压仍相等吗？

生：相等。

师：拿吹风机沿筒口平面吹，只见许多纸屑从筒口飘出、乒乓球连续滚出（学生兴奋、笑声不断）。

4.总结语

①建模过程体现了建构主义的核心思想：知识是在主客体相互作用的活动中建构起来的。②通过建模让学生“做中学”，通过解模让学生体验科学与生活的密切联系，真正体现出科学知识的价值。③课后让几个学生说说汽车尾部导流板的作用，学生都能做到先观察导流板的外形特点，然后选择模型进行正确解模，说明用建模思想组织本节课教学是有效的。