基于学习进阶的“大气压强”实验教学探讨

谭振兴

(广东省湛江二中港城中学，广东 湛江 524002)

笔者基于学习进阶理论，以人教版物理八年级下册第九节章第3节“大气压强”的教学为例，探讨实验教学问题。

1 教材分析与教学设计

1.1 教材分析

本节教材首先介绍压强(固体)、液体压强，然后再学习大气压强，构成了一个相对完整的知识体系，遵循学生认知规律，体现了知识完整性和渐进性的特点，有利于学生思维的进阶。

教材突出联系实际，凸现STS的理念，设置了几个有趣的实验，让学生参与实验，体验过程，思考原因，得出结论。充分体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，培养了学生运用所学知识解决实际问题的能力和积极的情感态度价值观。

教材的编写还具有一定开放性，有部分内容为选学，学生可以根据自身需求选学，这有利于提高学生的创新精神和自主学习能力。

1.2 教学设计

根据课程标准和本节课的教学内容，教学思路为:(1) 实验介绍，游戏激活，营造教学情境，激发学生的学习热情。(2) 学生实验操作，在实验中学习，建构新的知识。(3) 理论与实际相结合，达到实验趣味化，物理生活化。(4) 巧妙运用现代多媒体技术，突破教学重难点。(5)对教材实验进行改进和创新，从多方面培养学生的创新能力。(6) 以生为本，突出学生主体地位，精致教学。

2 学习进阶分析

图1

构建学习进阶图不仅可以让教学精准定位，还可以让学生对核心概念的学习更精确，对知识的理解更深刻，对知识关联性的认识更清晰。

3 教学过程设计

3.1 新课导入

如图2所示，通过模拟马德堡半球改进实验，创设情境，让学生初步感知大气压强的存在。

图2

由于马德堡半球演示器不易抽成真空，气密性不好，实验不容易成功。现改进为:取两只相同的直径约25cm的不锈钢钢盘，在其底部分别焊接上把手，方便系上绳子，将点燃的纸巾置于其中一个盘中，将另一个盘迅速盖上，发现两个盘子紧贴在一起并出现变形，用双手难以将它们拉开，为进一步证明两个盘子受到的压力很大，请两位力气比较大的同学进行“拔河比赛”，结果两个盘子仍难被拉开。此时引导学生分析其原因。利用趣味性较强的演示实验，现象明显，对学生的视觉冲击强烈，同时教师因势利导，引导学生寻找理论解释。这样既成功地导入了新课，也为下一步介绍马德堡半球实验做好了铺垫，顺利踏上学习的阶梯。

3.2 证明“大气压强的存在”

如图3所示，让学生自选器材，合作探究，求异创新，进一步体验大气压强的存在。

图3

教师提供了以下实验器材:广口瓶、水、硬纸片、注射器、绳子、蜡烛、打火机、烧杯、自动“喝水”杯子等，引导学生分组，合作完成3个小实验，讨论实验现象背后的原因。

实验1:覆杯实验。首先将空瓶中注满水，用一块硬纸盖上它，然后将瓶子向各方向翻转，观察现象。

实验2:自动“喝水”的杯子。在盘子上点燃蜡烛，再往盘子里倒入一部分水，然后将烧杯盖住蜡烛，提示学生观察烧杯内液面的变化情况。

实验3:抽拉注射器。把活塞推至注射器底部，往外拉活塞，感受是否容易拉开？再用手指将注射口堵住，重复刚才的步骤，感受两次拉开的难度是否一致。

此环节的目的是让学生进一步体验大气压强的存在，让学生在实验中观察、思考、讨论，掌握知识，降低了理解的难度，突出了以学生为主体，体现了小组合作探究的理念，较好地调动了学生的积极性。学生从观察、分析、获取概念的学习水平进阶到设计并完成实验验证、解释实验现象的学习水平，同时也为更高水平的学习搭好阶梯。

3.3 “测量大气压强”

如图4所示，设计定量实验，测量当地大气压的值。

图4

如图4所示，将长约13米的巨型“刻度尺”挂在1-4楼间，往透明大玻璃缸中加蓝色的水至接近0刻度线的位置，取一条11米长的透明塑料水管，灌入蓝色的水，排出空气，用水龙头密封两端。下端的管口没入水中，打开下端水龙头，用定滑轮和绳子将密封的上端吊起，当水管升至10.1米左右后，发现继续提升水管时液柱的高度不再变化。根据液体压强公式p=ρgh，可计算当地的大气压强。

在前面学习的铺垫下，学生通过小组合作进行定量实验，此环节使用了巨型“刻度尺”，学生站在一楼或教室走廊均可清楚读出水柱高度，同时采用蓝色的水，大大增强了可视性。教师对教材的托里拆利实验进行改进，说明实验思路，组织学生对实验进行测量和评价，同时介绍科学史上人们对大气压值的测量，将学习进阶到运用物理模型、公式等解释现象并表述探究过程和结果的水平。

3.4 拓展延伸，探究“大气压强的影响因素”

引导学生自制气压计，巧用电梯，研究大气压强与海拔高度的关系。实验中学生往自制气压计里吹气，使锥形瓶内气压比外面大气压大，玻璃管中的液面上升至一定高度。将自制气压计放置于电梯一楼处，将细胶带套在玻璃管上，在液面处拧紧细胶带，记下一楼处液面的位置。摁下电梯“30”楼按钮，随着高度的增加，玻璃管内液面逐渐上升，当电梯稳定停止在30楼时，玻璃管内液面不再上升，但相比一楼已上升了一段距离。自制气压计瓶内的气压在电梯上升的过程中可认为不变，而瓶外气压变小，导致玻璃管内液面上升，从而得出海拔高度越高，气压越低的规律。教师还可拓展延伸，利用生活中的其他材料，设计实验证明大气压随高度的变化而变化。

3.5 大气压强的应用

如图5所示，利用吸盘挂钩和活塞式抽水机的实物演示，体现“从物理走向社会”。

图5

让学生上台实物演示吸盘挂钩和活塞式抽水机工作过程，并说明工作原理。通过现场实物演示，极大地拉近物理与生活的距离，弥补学生因生活经验不足而忽略生活中的一些物理现象的缺憾。

4 教学反思和自我评价

进阶式学习有助于学生构建概念体系，国外研究者认为：以完整的概念体系为核心、围绕少量概念进行深入探究进阶的高级学习，可以有效改变目前“宽而浅”的学习现状，实现科学素养的提升。本课例以“压强”概念为核心，在“液体压强”的基础上，利用自制教具模拟马德堡半球实验，生成“大气压强”概念；学生自行选择器材，小组合作设计并完成实验,让使学生感受大气压的存在，在体验中培养学生的科学探究能力；通过托里拆利实验的改进，成功测量出当地大气压强，培养了学生实事求是的科学精神；利用自制气压计在电梯中研究“气压随海拔高度的变化规律”，现象明显，使学生记忆犹新，理解深刻。通过吸盘挂钩和活塞式抽水机的现场演示，说明物理学与现实生活的密切联系。本课例设计了多个活动，引领学生深入探究“大气压强”，使学生形成完整、系统的“压强”概念，改变了原有教材中因相关概念分布零散而导致的学生核心知识零碎和孤立的现象。

进阶式学习有助于发展学生的科学素养，物理教学应该从学生感兴趣并与他们生活相关的课题开始，逐步进阶到掌握大概念，加深学生对科学概念的理解。在本课例中，教师对该课的学习目标进行分“阶”分析，从学生熟悉的事物和他们拥有的经验出发，在完成对概念逐“阶”建构的同时，注重学生科学思维能力的逐渐提升。构建学习进阶，能较好地呈现概念发展进程，它符合学生认知发展规律，可促进学生的科学素养的可提升。