借助生活实验 孕育科学思维①——以“大气压强”教学为例

毛志伟 郑杨燕

(1. 浙江省常山县教育局教研室,浙江 衢州 324200;2. 浙江省常山县城东中学,浙江 衢州 324200)

1 引言

《义务教育科学课程标准(2022年版)》提出素养立意、注重综合、加强实践、注重思维的价值导向。利用身边常见的生活物品做实验,既可让学生感受科学就在身边,又可创新实验,从而让课堂充满活力。笔者以“大气压强”的教学为例,借助生活实验,探索思维型课堂的教学设计。

2 教学分析与学业要求

2.1 依据课标教材,精准分析学情

大气压强对学生来说既熟悉又陌生。他们在日常生活中常说的“吸饮料”“粘吸盘”等,大多潜藏着错误的前概念,在“覆杯实验”中也有学生始终认为是水粘住了纸片。如何让学生真正突破大气压强的学习误区,提升他们的科学思维能力,转变错误的前概念,是本单元教学需要解决的关键问题。笔者从课标解读、教材分析入手,对大气压强单元进行解构(图1)。

图1

2.2 精瞄科学思维,确定学业要求

《义务教育科学课程标准(2022年版)》对“大气压强”的内容要求是:通过实验认识大气压强,知道大气压强的变化及其对生活的影响。针对科学思维能力的培养,确定以下学业要求:根据解决真实问题的需要建构模型,分析模型所涉及的各个要素,解释并模拟相关的科学现象和过程,展示对相关概念、原理、系统的理解,表达事物整体与局部的关系;针对真实情境中的问题,能基于事实与证据,利用分析、比较、抽象和概括等思维方法建构模型,并能解释常见的现象,解决常见的问题。

3 深度思维教学设计

3.1 引题激趣,激发认知冲突

在大气压强的教学中如何创设情境,激发学生的学习动机,是教师一直思考的问题。本节课利用“小试管爬升”演示实验引入新课,让学生产生强烈的认知冲突,激发学生的求知欲。

教学活动1：猜想小试管的“命运”。

师:现有大小两支试管,在大试管中灌满水,将小试管套到大试管中倒放,请同学们猜想小试管的“命运”会如何?

生1:小试管会掉下来,原因是它受到重力的作用。

生2:小试管会往上升,原因是它受到大气压的作用。

设计意图：小试管会掉下来的猜测与演示结果——小试管向上爬升,二者产生强烈的对比,引发学生认知冲突,有利于调动学生的思维,激发学生强烈的求知欲。

3.2 创新实验设计,破除思维盲点

我们生活在地球上,有没有受到大气压强的作用?答案是肯定的,但是我们又好像没有感受到大气压强的存在。学生提出假设:大气压就在我们身边,并且很大。我们可以利用“覆杯实验”加以检验。

3.2.1 动手体验,感受大气压强

教学活动2：体验覆杯实验。

学生自己动手做覆杯实验,几乎所有的小组都能够做成功,此实验可以演示大气压强的存在以及各个方向上都存在大气压强。

部分学生对覆杯实验存有疑惑:装水后到底是大气托着纸片还是水粘住了纸片呢?

3.2.2 精妙设计,表明是空气“力量”所致

教学活动3：排“水”确“气”。

因为水和大气都存在,所以想办法把空气或者水抽走就可以了。没有水的话就回到装水前的状态,纸片掉落,故要抽出空气。进而学生设计出图2所示的实验方案。

图2

在学生设计的实验装置基础上加以改进,促进学生的理解。将一个三角形支架扣在集气瓶的“颈部”,然后在集气瓶中装满水,用硬纸片盖住集气瓶口,并放入真空罩内,接着打开抽气机抽气,发现随着真空罩内的空气不断被抽出,硬纸片和水会突然掉落。用抽气机抽气排除了“水”的干扰因素,整个实验变量只有空气,抽气前纸片不掉落只能是空气的“力量”所致。通过这个简单明了的实验,学生可以直观地感受到覆杯实验中是大气压强把水往上压住,从而深刻理解覆杯实验的原理。

教学活动4：多样的大气压强实验。

大气压的存在不只是覆杯实验可以证明,教师提供了随手可得的生活物品,如吸盘挂钩、滴管、矿泉水瓶等,让同学们动手试试,感受大气压的存在,并尝试解释现象的产生原因,在任务单上做好记录。

让学生的学习贴近生活,利用生活物品去感受大气压的存在,并体会科学就在我们身边,且服务于我们的生活。运用所学知识去解释生活中与大气压强相关的现象,可培养学生应用知识解决实际问题和动手实践的能力。

3.3 总结归纳问题解决思路,尝试建构模型

在解决真实情境问题的过程中,学生没有思路的时候,可以通过问题串引导学生的学习。在学生解决问题之后,不能立即结束,否则,可能会导致学生只会解决课堂上的问题,不能进行迁移和应用。因此在解决问题之后,应带领学生总结归纳解决这类问题的思路——模型建构。

教学活动5：针对大气压强,我来建模。

学生尝试解释与大气压相关的现象。

生1:生活中会使用吸盘挂钩,将吸盘内的空气排走,大气压把吸盘压在墙面上。

生2:在用滴管吸液体时,用手将里面的空气挤出来,松手时滴管就会吸进液体。

通过上述解释,很难形成知识的迁移。为此,给出填空形式予以解释,如对于吸盘挂钩,吸盘贴近桌面,空气被排出,吸盘内压强(选填“大于”或者“小于”)大气压强,所以___________________________

把吸盘挂钩牢牢地压在桌面上。在此基础上师生总结、建构模型(图3)。

图3

通过模型的建构,学生能较好地解释生活中关于大气压的现象,这对后面的学习也是有帮助的,借助模型来实现知识的迁移与运用,可以提升学生的问题解决和综合运用能力。

4 结语

笔者以解释大气压强现象为主线,通过改变空气温度、体积、质量等来改变大气压强,引导学生运用受力分析、模型建构等方式解决问题,提高了学生的学习效率,培育了学生的科学思维。