物理核心素養(yǎng)視角下課堂教學(xué)改進(jìn)的研究

杜翠翠

(上海嘉定區(qū)民辦華盛懷少學(xué)校 上海 201800)

1 教學(xué)引發(fā)的思考

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年)》要求在物理探究類實(shí)驗(yàn)中，讓學(xué)生經(jīng)歷類似于科學(xué)工作者研究的過程，有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到科學(xué)研究的普遍方法以及科學(xué)知識(shí)的創(chuàng)造性等科學(xué)本質(zhì)[1].液體內(nèi)部的壓強(qiáng)是上教版教材九年級(jí)上冊(cè)第六章壓力與壓強(qiáng)單元中的第3節(jié)內(nèi)容，共安排了3課時(shí)：探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)、液體內(nèi)部壓強(qiáng)的應(yīng)用和連通器.第1課時(shí)“探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，教材首先安排了小實(shí)驗(yàn)證實(shí)液體內(nèi)部存在各個(gè)方向的壓強(qiáng).然后將一粗一細(xì)兩端開口的玻璃管一端用橡皮膜封住，并用橡皮筋扎牢.將玻璃管封口向下豎直放置，從上端開口處分別向兩根玻璃管中注入相同質(zhì)量的水，通過觀察玻璃管封口處的橡皮膜形變排除質(zhì)量影響因素，再通過觀察水面升高時(shí)兩根玻璃管下端橡皮膜形狀的變化情況得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度的定性關(guān)系.再通過實(shí)驗(yàn)定量探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度的關(guān)系，最后得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式p=ρgh，從公式得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)僅與液體密度和深度有關(guān)，再閱讀教材運(yùn)用建模法推導(dǎo)出定量的數(shù)學(xué)表達(dá)式.

第2課時(shí)安排了液體內(nèi)部壓強(qiáng)的應(yīng)用和例題.第3課時(shí)是連通器，連通器原理應(yīng)用了液體內(nèi)部壓強(qiáng)和二力平衡知識(shí)，U形管壓強(qiáng)計(jì)作為連通器原理的擴(kuò)展被安排在了本課時(shí)中——使用U形管壓強(qiáng)計(jì)驗(yàn)證液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律[2].

從落實(shí)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的角度思考，在第1課時(shí)的教學(xué)中，如果可以將學(xué)生分成小組，使用U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律，經(jīng)過小組探究自主得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律，能更好地把握新課標(biāo)精神，落實(shí)初中物理學(xué)科核心素養(yǎng).但這需要解決的問題有U形管壓強(qiáng)計(jì)原理要做講解，學(xué)生實(shí)驗(yàn)的儀器需要做合理安排，液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)和探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)需要做合理的調(diào)整.鑒于課堂知識(shí)容量的考慮，需要對(duì)子單元教學(xué)任務(wù)稍作調(diào)整.于是筆者又分析了人教版和北師大版教材是如何安排本節(jié)子單元的教學(xué)任務(wù)的，希望能夠?yàn)榻鉀Q筆者的問題提供一定借鑒.

2 教材的整合與分析

2.1 人教版教材對(duì)本節(jié)內(nèi)容的安排

在人教版教材中，液體內(nèi)部壓強(qiáng)是八年級(jí)下冊(cè)第九章第2節(jié)的內(nèi)容，共安排了2課時(shí)：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律和連通器[3].

圖1 人教版教材“假想液面”配圖

第2課時(shí)是連通器.引導(dǎo)學(xué)生利用液體壓強(qiáng)和平衡力的知識(shí)理解連通器原理.連通器的應(yīng)用主要介紹船閘、三峽大壩，再按照教材介紹些生活中常見的實(shí)例，例如茶壺，排水管的U形“反水彎”，鍋爐水位計(jì)等等[3].

2.2 北師大版教材分析

在北師大版教材中，八年級(jí)下冊(cè)的第八章“壓強(qiáng)與浮力”的第2節(jié)是“液體內(nèi)部的壓強(qiáng)”，共1課時(shí)，第3節(jié)是連通器共1課時(shí)[4].

在探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律時(shí)，安排每一位學(xué)生動(dòng)手探究，用微小壓強(qiáng)計(jì)來研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律，對(duì)于微小壓強(qiáng)計(jì)的結(jié)構(gòu)、原理和使用方法學(xué)生可以按照教科書自學(xué)，再通過教師的引導(dǎo)使學(xué)生能夠正確使用U形管壓強(qiáng)計(jì).在教學(xué)過程中可以將學(xué)生分成不同小組，分別用水和濃鹽水同時(shí)進(jìn)行探究，將他們的數(shù)據(jù)在全班共享，共同討論得出結(jié)論.在定量推導(dǎo)液體內(nèi)部壓強(qiáng)計(jì)算公式時(shí)，在引入“假想液柱”模型之前做一個(gè)鋪墊，增加學(xué)生的實(shí)際感受，再進(jìn)行假想.利用如圖2所示的裝置，將裝有紅色液柱的玻璃管豎直放入裝有清水的容器中，使學(xué)生觀察到橡皮膜的突出程度慢慢變小，直到橡皮膜變?yōu)樗?，說明紅色液柱對(duì)橡皮膜的壓強(qiáng)等于清水對(duì)橡皮膜的壓強(qiáng)，再學(xué)習(xí)教科書的“假想液柱法”，推導(dǎo)出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的公式.北師大版教材將探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的規(guī)律定位為學(xué)生實(shí)驗(yàn).

圖2 北師大版教材定量推導(dǎo)液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式配圖

連通器的內(nèi)容在第3節(jié)，關(guān)于連通器原理，也是應(yīng)用二力平衡和液體壓強(qiáng)公式來理解.連通器的應(yīng)用，也安排了一些生活的實(shí)例，例如電熱開水器的水位計(jì)、洗水池下水的回水器和乳牛自動(dòng)飲水器等，其中船閘、三峽大壩也作為重要的實(shí)例被安排在本課時(shí)中.

3 基于核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)思考

與人教版和北師大版教材不同的是，上教版沒有采用U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)，主要考慮到U形管壓強(qiáng)計(jì)原理一開始無法說明，學(xué)生只能被動(dòng)接受.該套實(shí)驗(yàn)器材安排學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)有困難，而且學(xué)生只能觀察到結(jié)果，無法把公式推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)探究結(jié)合起來.通過對(duì)人教版和北師大版教材分析，筆者認(rèn)為可以在第1課時(shí)使用U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)，這就需要結(jié)合課堂內(nèi)容的容量，對(duì)子單元的教學(xué)內(nèi)容做出合理調(diào)整.

在定量探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的公式時(shí)，3個(gè)版本的教材均采用了“假想液柱法”，與人教版相比，上教版還安排了實(shí)驗(yàn)定量探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)與深度的關(guān)系，定量實(shí)驗(yàn)如下：從開口上端順著管壁緩緩注入有色水，這時(shí)塑料片還受到上方水柱對(duì)它向下的壓強(qiáng)，而且隨著水面的上升，壓強(qiáng)會(huì)變大.塑料片還未下落時(shí)，如果繼續(xù)緩慢注水到某一深度，塑料片會(huì)恰好脫落，如圖3所示.在脫落的瞬間p下等于p上，塑料片由于重力作用而落下.觀察塑料片恰好脫落時(shí)，注入管內(nèi)的水和水槽中的水面有什么關(guān)系？通過實(shí)驗(yàn)鋪墊，再進(jìn)行“假想液柱”推導(dǎo)公式，更有助于理解.與北師大版教材相比，定量探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)使用薄塑料片優(yōu)于觀察橡皮膜變平，因?yàn)橄鹌つな欠褡兤皆谝曈X上無法準(zhǔn)確判斷，所以在定量推導(dǎo)公式的教學(xué)仍采用了上教版內(nèi)容.第3課時(shí)連通器，3個(gè)版本教材均采用了相同的方法講解連通器原理，連通器的應(yīng)用實(shí)例雖例子不同，但也都貼近生活，所以第3課時(shí)也按照上教版進(jìn)行教學(xué).

圖3 上教版教材定量推導(dǎo)液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式配圖

4 從教學(xué)內(nèi)容和演示實(shí)驗(yàn)方面淺談改進(jìn)思路

4.1 教學(xué)內(nèi)容的改進(jìn)

鑒于人教版和北師大版教材都在第1課時(shí)安排了U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)，而新課標(biāo)也提出了使用U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)[1]，所以筆者認(rèn)為可以在上教版教材的第1課時(shí)安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用U形管壓強(qiáng)計(jì)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn).但需要對(duì)U形管壓強(qiáng)計(jì)的原理和使用方法進(jìn)行講解，由于上教版的內(nèi)容是針對(duì)九年級(jí)學(xué)生，他們可以理解并且正確使用U形管壓強(qiáng)計(jì).雖然學(xué)生只能被動(dòng)接受，但這并不作為本課時(shí)的重點(diǎn)內(nèi)容，重點(diǎn)是學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)使用U形管壓強(qiáng)計(jì)自主探究得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn).另外，該套實(shí)驗(yàn)器材可以安排小組實(shí)驗(yàn)，小組長(zhǎng)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，其他組員觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，這樣課堂會(huì)有秩序的進(jìn)行，最后將小組數(shù)據(jù)全班共享，共同討論得出結(jié)論.本課時(shí)的內(nèi)容僅得出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)即可，再安排針對(duì)液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn)的應(yīng)用練習(xí)，例如利用液體內(nèi)部壓強(qiáng)的知識(shí)解釋水中的堤壩為什么設(shè)計(jì)成下部比上部更厚實(shí)？

將定量實(shí)驗(yàn)探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)安排在第2課時(shí)，進(jìn)行小組實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的公式p=ρgh，再閱讀教材運(yùn)用建模法推導(dǎo)出定量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，有助于學(xué)生形成構(gòu)建液柱模型的抽象思維，最后課堂上的練習(xí)要強(qiáng)化液體內(nèi)部壓強(qiáng)公式的應(yīng)用.

第3課時(shí)連通器原理，U形管壓強(qiáng)計(jì)作為連通器原理拓展，只需鞏固U形管壓強(qiáng)計(jì)的原理，其使用方法不再重復(fù)教學(xué)，不再進(jìn)行驗(yàn)證液體內(nèi)部壓強(qiáng)特點(diǎn).這樣更有助于理解U形管壓強(qiáng)計(jì)的工作原理.

4.2 演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

筆者將液體內(nèi)部壓強(qiáng)子單元的教學(xué)內(nèi)容做調(diào)整之后，在第1課時(shí)的教學(xué)中，排除質(zhì)量對(duì)液體內(nèi)部壓強(qiáng)影響的演示實(shí)驗(yàn)也稍作改進(jìn)，使用U形管壓強(qiáng)計(jì)完成該演示實(shí)驗(yàn).目的是為了使教學(xué)內(nèi)容調(diào)整之后的教學(xué)更加連貫、符合邏輯.

為了演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛞鹈黠@的視覺沖擊，筆者選用2 L和1.25 L的可樂瓶，裝入液面相平的水，水的質(zhì)量也就不同，將U形管壓強(qiáng)計(jì)金屬盒的橡皮膜放置底部，觀察到U形管壓強(qiáng)計(jì)兩管液面高度差變化是相同的，這表明水對(duì)容器底部壓強(qiáng)是相同的，說明液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體的質(zhì)量無關(guān)，同時(shí)，也表明液體內(nèi)部壓強(qiáng)與容器的形狀無關(guān)，如圖4所示.

(a) (b)

5 結(jié)論

將第1課時(shí)內(nèi)容調(diào)整為探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的特點(diǎn)，同時(shí)改進(jìn)了演示實(shí)驗(yàn)排除質(zhì)量和容器形狀對(duì)液體內(nèi)部壓強(qiáng)的影響，使整節(jié)課內(nèi)容連貫緊密.第2課時(shí)為定量探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小，第3課時(shí)不再重復(fù)U形管壓強(qiáng)計(jì)的教學(xué).筆者經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐，該子單元的教學(xué)從自主探究的角度落實(shí)了物理學(xué)科核心素養(yǎng)，同時(shí)也符合新課標(biāo)的要求