新加坡物理与苏科版物理气体压强部分比较研究

李诗嘉 陈航燕 袁海泉

[摘 要]气体压强是初中物理学习的一个重难点。将新加坡O‑Level物理与我国苏科版物理八年级下册气体压强的学习内容、学习要求以及考查情况进行对比，发现其中存在较大的差异，学习及考查的层次逻辑特点均不同。以此为基础，再对比分析新加坡O‑Level物理考试以及苏州物理中考关于气体压强的考题的特点，并给出了我国初中物理气体压强的两点教学启示。

[关键词]O‑Level物理;苏科版物理;气体压强;教材;大纲;考题

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2022）05-0044-04

GCE O‑Level全称为General Certificate of Education Ordinary Level Examinations（剑桥普通水准考试，简称O‑Level）。它是由新加坡教育部和英国剑桥大学考试局共同主办，为14至16岁中学生所设计的普通教育证书考试，也是剑桥国际AS & A级考试、剑桥AICE（Advanced International Certificate of Education）证书考试、剑桥大学预科和其他教育课程（如美国大学预修课程和国际学士学位证书课程）的基础课程，其课程所处阶段类似我国的初中教育阶段。

本文从教材、大纲以及考题三个方面着手，针对气体压强的学习内容、学习要求对O‑level物理教材与我国苏科版初中物理教材进行比较研究。并以2016 — 2020年O‑Level物理试卷、2010 — 2019年苏州市中考物理试卷为例，深入对比剖析O‑level物理教材和苏科版初中物理教材中气体压强相关知识的考题设置情况。在此基础上，给出关于气体压强的教学启示。

一、O‑Level物理考试简介

O‑Level物理考试按题型和考查内容分为三部分：卷1、卷2、卷3或卷4，其中卷1为单选题、卷2为简答题、卷3或卷4为实验题。卷1及卷2为必考卷，旨在考查学生的基础理论知识;卷3及卷4为实验卷，其区别在于卷3为实验操作题，卷4为实验理论题，考试中心可根据实验条件的差異以及考生的实际情况任选其一。卷1至卷3或4，每份试卷单独考查计分。卷2所占分值最多，其次是卷1、卷3或卷4，学生成绩为三部分的合计总评，试卷细节情况介绍见表1。

二、教材内容教学、大纲对比

（一） 教材内容对比

根据教学大纲所编排的O‑Level物理教材，气体压强知识点出现在第七章第三节“大气压”以及第九章第三节“气体的压强”[1]。苏科版物理教材气体压强知识点仅出现在八年级下册第十章第三节“气体的压强”[2]，两版本教材气体压强知识点对比如表2。

苏科版物理教材中的气体压强主要围绕大气压展开，内容与O‑Level物理教材中“大气压”一节相对应，比O‑Level物理教材篇幅更简洁，突出了流体压强与流速的关系这一部分的学习。而O‑Level物理教材在这一节中突出的是简单水银气压计测量大气压的方法及原理，并针对相关教学内容，设置了相应的例题及大量图片。O‑Level物理教材在第九章“分子运动理论”中单独列出第三节，从微观层面解释气体压强产生的原因，并探讨了三种不同条件下，气体的温度、体积与压强之间的关系。这些内容编排在我国的人教版高中物理选修三中，在初中阶段并无要求。由此可见，O‑Level物理教材中关于气体压强的学习范围更广，内容更全面。

（二）教学大纲对比

O‑Level物理教学大纲中，通过划分三项评估目标，反映学生在课程结束时需要掌握的知识、技能和能力。这三项目标分别为AO1知识与理解、AO2处理信息和解决问题的能力、AO3实验技能与探究。与之相对应，我国的《义务教育物理课程标准（2011年版）》中明确给出了知识与技能、过程与方法以及情感态度与价值观这三项课程目标作为学生学习初中物理的科学素养培养目标[3]。在气体压强学习要求方面，我国初中物理对气体压强相关内容要求掌握的程度较低，仅要求“知道”“了解”大气压强与人类生活的关系及使用水银柱测量大气压。而O‑Level物理教学大纲中，详细给出了气体压强相关学习内容要求，其中不仅涵盖了我国《义务教育物理课程标准（2011年版）》的学习要求，还将学习内容扩展至气体压强发生变化的微观原因解释。

分析表3得知，O‑Level物理教学大纲将气体压强的相关内容分别设置在压强模块、物质的热特性模块以及物质的动力学模型模块。其中不仅要求学生掌握使用气压计、水银柱测量气体压强的方法，还要求学生理解并掌握[p1V1=p2V2]公式在一定条件下的计算，并对其相应的压强与体积发生变化的物理过程进行解释;定量解释压强不变的条件下，温度的改变如何影响气体体积的变化;通过分子运动理论，解释气体压强发生改变的微观过程。由此可见，O‑Level物理教学大纲中对气体压强的学习要求，高于我国《义务教育物理课程标准（2011年版）》的要求。学生通过学习，不仅知道、了解气体压强的定义、内容，更能从微观视角理解气体压强产生的原因，并给出气体压强发生变化的微观解释。这类学习要求，不仅强化了学生对知识的理解，更引导学生在初次接触气体压强相关知识点时，学会用探究的精神深入理解其深层次的物理原理。O‑Level物理教学大纲中，还将气体压强相关学习内容与微观视角下分子运动理论相结合，引导学生综合运用动量定理分析压强、力、容器壁受力面积三者间的关系及温度变化所引起的分子动能变化等知识点，多角度理解气体压强发生变化的原因。这些知识的掌握，有助于引导学生深入思考，融会贯通各种知识内容，为今后更为复杂的物理学习打下扎实的基础，培养良好的思维习惯。接下来，笔者对近五年O‑Level物理考试的题目关于气体压强的考查特点进行分析，并将其与苏州市近十年的物理中考题中气体压强相关考查内容作对比，以体现O‑Level物理考试对培养学生综合运用物理知识解决问题能力的特点。

三、考题对比

（一）考题内容分类对比

笔者分析了2016 — 2020年O‑Level物理考试中气体压强的考查。参考O‑Level物理教学大纲，将考查内容分为9类，相对应的考查频次如图1所示。以苏州市物理中考题为例，分析2010 — 2019年物理中考试卷中气体压强的考查内容及考查频次如图2所示。其中，除2012年苏州物理中考没设置有气体压强相关题目外，其余年份均设置了气体压强类题，但所占比重极小，基本上是以一道选择题或者填空题的形式呈现。

如图1所示， 近五年的O‑Level物理试卷中，关于气体压强的内容，考查频次最高的分别为公式[p1V1=p2V2]的灵活应用、分子运动与气体压强的关系、温度对分子运动的影响。考查方式以选择题居多，其次是简答题和计算题。其中，公式的灵活应用类试题，均结合分子运动理论与气体压强变化关系出题。可见O‑Level物理试题中，对气体压强的微观层面解释以及综合应用物理知识能力的重视。根据图2苏州近10年的中考物理题分析可见，关于气体压强的知识只考查了11次。除2017年有3道题考查了两个知识点以外，其余年份都只设置了1道题。不仅如此，反复考查的知识只有三项，范围小，且较为简单。其中，考查频次最高的知识内容为气体压强与流速的关系。下面，笔者将举例分析O‑Level物理考题中三类与气体压强相关的典型题目，将其与苏州市物理中考中具有代表性的三类题目进行对比，以呈现各自的考查特点。

（二） 典型考题分析

1. O‑Level物理高频次考点分析

（1）公式[p1V1 = p2V2]的灵活应用

[例1]10米深的水产生的压强等于大气压强。一个气泡从20米深的湖底开始上升，当气泡到达表面时，体积为6.0 cm3。气泡在湖底时体积是多少？（ ）

A. 2.0 cm³ B. 3.0 cm³ C. 12 cm³ D. 18 cm³

该题主要考查公式[p1V1=p2V2]的应用，并结合大气压强值随深度变化的关系和液体压强随深度变化的关系两个知识点。为了得到气泡在湖底时的体积，需要知道湖底压强、湖面气泡体积、湖面压强三个条件，运用公式[p1V1=p2V2]求解。但题干中并未直接给出湖面及湖底压强的具体数值。將湖底20 m深处的压强值以隐含条件的形式，通过湖中10 m深处压强值与大气压强相关联。题目看似简单，但对学生综合应用知识的能力要求很高。公式[p1V1=p2V2]的灵活应用，在O‑Level物理气体压强中考查频次最高，出题范围最广，选择题、简答题和计算题中均有涉及，题目内容和形式多样。

（2）分子运动与气体压强的关系

[例2]图3是一个装有气体的有活塞的气缸。活塞移动时气体体积从[V1]变到[V2]，使得压强从[p1]升高到[ p2]，此时温度保持不变。用分子的概念解释为什么气体的压强会发生变化。

O‑Level物理考试中的这类试题，主要考查学生综合运用分子运动理论知识，从微观上解释气体压强随体积变化的原因。气体分子不断运动，且与容器内壁发生碰撞。这种持续的碰撞将对容器内壁产生平均力的作用，单位面积的平均力就是气体对容器壁所施加的压强。当容器体积减小时，单位体积的分子数目增多，单位面积的碰撞频率增加，因而气体压强增大。分子运动与气体压强的关系是简答题常考的知识点，这类解释型题目更具开放性。

（3）气体压强变化受温度变化影响的微观解释

[例3]如图4所示，一个连接压力计的气体容器，压力计中管的横截面积是恒定的，容器中的气体会产生压强。在图4中，压力计左边的水银高度比右边的低，当容器内的气体被加热，两边的水银高度则变得相同。从气体分子的角度，解释是什么导致了水银的高度相同。

题干隐含了气体压强随温度的升高而增大的条件，考查了学生结合温度对分子运动的影响，从微观层面上解释气体压强变化的原因。气体被加热时，分子热运动剧烈，平均动能增加、速度增大，因此与容器壁碰撞更频繁，单位面积的平均力，即压强随之增大。该题从温度变化出发，再到对分子运动的影响，进而使气体压强发生变化，从简单到复杂，层层递进，利于学生迁移运用知识。

2. 苏州市中考物理三大类考题分析

（1）气体体积变化与压强变化的关系

[例4]小明用矿泉水瓶和小玻璃瓶制作了一个“浮沉子”（如图5），他将装有适量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在矿泉水瓶内的水面上，矿泉水瓶内留有少量空气，拧紧瓶盖使其密封，用力挤压矿泉水瓶侧面时“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”上浮。下列说法错误的是（ ）。

A.“浮沉子”下沉时，所受重力大于它受到的浮力

B.无论怎样挤压矿泉水瓶侧面，“浮沉子”不可能悬浮在水中

C.“浮沉子”上浮时，小瓶内的压缩空气会将内部的水压出

D.潜水艇与“浮沉子”浮沉的原理相同

相较于O‑Level物理关于公式[p1V1=p2V2]灵活应用类的考题，苏州中考物理着重考查学生对气体体积变化引起压强变化现象的理解。它把气体压强及体积变化间关系的知识点融合在学生不太熟悉的“浮沉子”中，增加了题目难度。但此类题在气体压强考题中占比很小，只出现过一次，并且考查内容并未涉及微观解释及计算。

（2）大气压强的综合应用类

[例5]下列图例能说明大气压强存在的是（ ）。

A.书包带较宽              B.热气球升空

这类题多是结合生活场景考查大气压强的综合应用。要求学生分析选项中提到的物理情境，结合对应的物理知识，从而确定答案。和O‑Level物理综合类考题相比，并未涉及综合应用分子运动理论从微观角度解释气体压强随体积变化而变化的原因，而是要求学生知道大气压的存在，从而理解生活中的现象，较为简单。

（3）气体压强与流速的关系类

[例6]如图7所示，某同学在探究流速大小对流体压强的影响时，在倒置的漏斗里放一个乒乓球，用手指托住乒乓球，然后从漏斗口向下用力吹气，当他将手指移开时，乒乓球没有下落。该现象可以说明乒乓球上方气体流速             （选填“增大”“减小”或“不变”），压强           （选填“变大”“变小”或“不变”）。

本题考点为气体压强与流速关系的探究实验及其现象解释。这类知识在苏州市中考物理气体压强中的考查频次最高，多以填空题形式呈现。题干时常会直接提示“流速”或者“速度”等信息，提示考生流速与气体压强相关。相较于O‑Level物理考题中常考的气体压强与温度变化的微观解释类考题，苏州中考物理中并未涉及温度与气体压强的关系，而是引入流体流速这一概念，要求学生理解气体压强与流速的关系。

综上所述，O‑Level物理与苏州中考物理对气体压强的考查侧重点极为不同。O‑Level物理中气体压强的学习内容及考查特点明显，主要体现在三个方面：①注重从微观层面理解气体压强产生的原因，结合影响分子运动的微观因素综合考查气体压强的变化;②注重气体压强、温度、体积之间的关系，尤其是恒定温度条件下，压强与体积（p-V）之间的关系;③考查方式灵活，综合应用物理知识能力的要求高。与之相比，苏州中考物理关于气体压强的考查多结合生活现象和实例，内容较简单，题型单一，学生较容易掌握和得分。

四、 教学启示

（一）增强气体压强学习的深度和广度

关于气体压强的内容，O‑Level物理教材比苏科版初中物理教材多安排了5个知识点，知识点的介绍和引导更详细具体、覆盖范围更加广泛。在考纲上相较于我国《义务教育物理课程标准（2011年版）》要求更高。在习题设置上，气体压强是O?Level物理必考的知识，且注重与其他知识点的结合，难易程度符合学生的认知规律。因此，笔者认为，作为高中物理学习的基础课程，我国初中物理课程可增强气体压强学习的深度和广度，为学生深入理解气体压强的宏观及微观解释打下扎实的基础。

（二） 融合学习进阶的教育理念

O‑Level物理课程对气体压强微观解释的学习要求，使学生从公式记忆、宏观理解的层面深入至微观视角，以理解气体压强产生的原因。学习层层递进，步步深入。这样的模式，能够有效解决初高中物理学习跨度大、概念转化困难等问题，消除初中阶段对气体压强相关学习内容的已有认知固化，真正使学生做到“知其然，并知其所以然”。

[   参   考   文   献   ]

[1]  Dr Charles Chew，Chow Siew Foong，Dr Ho Boon Tiong.Physic Matters for GCE‘O’Level[M]. 4th ed. Singapore：Marshall Cavendish Education，2017.

[2]  刘炳昇，李容.义务教育教科书物理八年级下册[M].3版.南京：江苏凤凰科学技术出版社，2012.

[3]  中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.

（责任编辑 易志毅）