创新实验教学体验探究过程

刘兴美

摘 要：物理是一门以实验为基础的学科，生动的创新实验能极大地激发学生好奇心和求知欲，调动学生探究积极性，同时也能培养学生的科学探究能力和科学思维，促进物理学科核心素养的发展.文章以“大气压强”教学为例，挖掘各种实验课程资源，设计创新实验，运用多种思维方式，提供丰富多彩的实验现象，激发学生的学习兴趣，从而进一步提升物理实验教学的高效性.

关键词：核心素养;大气压强;创新实验;实验探究

文章编号：1008-4134（2020）06-0033    中图分类号：G633.7    文献标识码：B

1 教学设计理念

“大气压强”是新人教版物理八年级下册第九章第三节内容，虽然大气压与我们的生活密切相关，但是由于它看不见、摸不着，不容易被人们所察觉，所以大气压强的相关知识对于学生来说是比较抽象的，学习起来思维衔接上有一定难度.如何创设各种实验情境，呈现直观清晰的实验现象，让学生产生深刻的感性认识和探究性体验是本节课要重点解决的问题[1].同时为了体现课程标准从生活走向物理、从物理走向社会的课程基本理念，促进学生物理核心素养的培养，在本节教学中，从引入大气压强、体验感受大气压强的存在、大气压强的测量和大气压强的变化四个方面设计创新实验，培养了学生观察能力、动手能力和创新思维，帮助学生完成对知识的构建.

2 本节课创新之处

2.1 空手劈木条实验引入大气压强

本实验需要准备的实验器材有：一根厚5mm宽5cm的长木条、一张报纸、一只手套，提出问题：能不能借助这些器材只用一只手将木条劈断？有的学生感觉不可能，有的学生则提出可以用手将木条一部分压在桌子上，然后用另一只手劈露出桌边的部分，但是要求是只用一只手，提供的器材还有一张报纸，可以借机提出盖张报纸一只手就能轻松劈断木条大家相信吗？许多学生不相信是真的，但是又充满期待，接下来是见证奇迹的时刻.演示整个实验过程：（1）把木条三分之一伸出桌面;（2）用报纸盖住木条在桌子上的部分，将报纸压紧铺平;（3）戴上手套劈向漏出桌边的木条，木条断了.

当学生看到这一幕时瞠目结舌，一张报纸对木条的压力怎么如此之大？原理就是大气压强.报纸覆盖住木条在桌面上的部分，这个时候报纸上面的大气压力大约在20000N左右.所以说当我们快速劈断木条的时候报纸上面的压强稳稳地压住了下面的木条.这是一个既有科学性又有趣味性的演示实验，激起了学生强烈的学习激情和师生的互动，由此产生的课堂效果不言而喻.

2.2 体验和感受大气压强的存在创新实验设计

2.2.1 演示实验：长颈烧瓶吞鹌鹑蛋

这个实验的常规做法是：点燃沾有酒精的棉花，用夹子将其放入广口瓶中，稍等片刻，迅速将剥了皮的熟鸡蛋一端放在瓶口，鸡蛋会迅速滑落到瓶中.整个过程时间很短，学生来不及观察，鸡蛋已经掉落瓶底.针对这种情况，笔者做了改进，将广口瓶换成长颈烧瓶，鹌鹑蛋取代鸡蛋.具体做法如下：向长颈烧瓶中倒入少量热水，摇晃后将热水倒出，等待几秒钟，将剥了壳的熟鹌鹑蛋放在瓶口，由于瓶颈比较长，可以清晰地看到鹌鹑蛋被“吞入”瓶中的整个过程，同时将瓶口朝向各个方向，都能看到鹌鹑蛋被大气压入的过程，充分证明了大气朝各个方向都有压强（如图1所示）.

2.2.2 学生自主实验 探究大气压的存在

注射器创新实验：（1）利用注射器吸液体，为了增加可视度，向水槽内的水中滴入几滴红墨水，将去掉针头的注射器针管插入水中，向后拉活塞会看到水慢慢进入针管，当水进入针管一部分时，向上提起注射器，使管口离开水面，会观察到水不会从管口流出，继续向上拉动活塞直到活塞从针管中拔出，这时会看到水从针管口流出;（2）注射器针头去掉，将活塞推至管口端，左手拿好注射器同时用食指堵住管口，右手向后拉活塞会感觉很吃力，当把活塞用力拉至针管末端时，松开右手，活塞会自动返回管口处;（3）将注射器活塞推至管口端，使管口朝上，用手指堵住管口，在活塞底端系一线环，挂上钩码或学生身边物品，比如笔袋、钥匙挂等都不会掉落下来.

矿泉水瓶创新实验：（1）矿泉水瓶中装满水，用手堵住瓶口，将其倒立插入盛有足够水的透明水槽中，移开堵住瓶口的手，将瓶子向上提，但瓶口不露出水面，会看到瓶中的水不下落;（2）拧下瓶盖，向瓶中倒入少量热水，涮一涮，迅速拧紧瓶盖，会看到矿泉水瓶被大气压压瘪，打开瓶盖后，瓶子会恢复原状;（3）将一矿泉水瓶侧面扎几个细孔，再往瓶中倒入适量的水，此时会发现瓶子侧壁有水流出，然后拧紧瓶盖，这时可观察到瓶子侧壁并没有水流出.如果再拧松瓶盖，又发现水流了出来.充分说明是大气压作用形成的这一现象.

物理课程标准中指出，应大力提倡利用身边的物品、器具、材料等进行物理实验.这样不但具有简单、直观等优点，而且有利于学生动手能力和创新能力的培养[2].使学生对大气压强由感性认识上升到理性认识，同时学会将物理知识联系生活实际.培养了学生的科学思维与科学探究素养.

2.3 巧妙设计实验引出大气压的测量——托里拆利实验

对于大气压的测量，教材上直接给出了托里拆利实验，这对学生来说思维上的跨度是比较大的，理解起来有难度，为了解决这一困惑，设计了如下的小实验，选择大小不同的试管，长1m的一端开口的长玻璃管，滴入红墨水的透明水槽，分别将大小不同的试管、长玻璃管灌满水倒置于水槽中，管口没在水面以下，观察到管中始终充满水，说明大气压能托起一定高度的水柱，如果知道了大气压能支持的水柱的最大高度，那么水柱产生的压强就等于大气压强，到底大气压能支持多高的水柱呢？观看用水测量大气压的视频.发现用水测量大气压水柱太高，器材的选择、实验操作都很不方便，怎样改进呢？学生经过分析得到：根据p=ρgh可知，要想降低液柱的高度，应该换用密度更大的液体，因此可以选择密度最大的液体水银来做实验，由此引出了托里拆利实验.

通过观察、实验、分析、归纳，让学生很顺利地认识到托里拆利实验的原理，避免了学生认知上的冲突，由表及里，层层深入.设计过程如图2所示.

2.4 自制气压计探究大气压随高度的变化

大气压强不是一成不变的，为了探究大气压随高度是如何变化的，指导学生自制气压计，通过测量观察寻找规律.制作过程如下：取一个广口瓶，装入适量的带颜色的水，用橡皮塞堵住瓶口，在橡皮塞上打孔，取一根两端开口的玻璃管，使玻璃管穿过橡皮塞插入水中，为了保证密封性良好，在橡皮塞与瓶口、玻璃管与塞子接触的地方滴入蜡油，待蜡油凝固后从玻璃管上端吹入少量气体，使瓶内气体压强大于大气压强，水会沿玻璃管上升到瓶口以上，为了便于观察记录玻璃管中水柱高度的变化，可用双面胶将一把塑料直尺粘在玻璃管上.组织学生进行课外实践测量，有的同学是在学校教学楼进行实验，观察从一楼到五楼玻璃管中水柱如何变化，并且在标尺上做好了标记;有的同学则是带到家中，乘坐電梯从一楼到了十几楼进行实验观察，通过分析实验数据，总结归纳得出变化规律.还有的同学有了新的发现，把气压计放在家里，当天气、温度发生变化时，大气压也会发生变化，由此发现大气压不仅与高度有关，还跟温度、天气以及湿度等因素有关系.

这样设计，目的是使学生在动手活动中发现新问题，找出新规律，培养学生观察能力和创新能力，调动学生探究物理问题的兴趣，提高分析问题和解决问题的能力，为今后的终身学习奠定了基础.

总之，在教学中挖掘各种实验课程资源，设计创新实验，运用多种思维方式，提供丰富多彩的实验现象，让学生从观察思考、实验探究中获得知识，这样的设计，更符合学生的认知规律，发散学生的思维，提升学生的科学素养.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

[2]李运海，张勇治.创新实验方法 体验探究过程——以“电容器的电容实验”教学为例[J].物理教学，2019，41（10）：37-38.

（收稿日期：2019-11-24）