對(duì)“體驗(yàn)大氣壓的存在”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和思考

[摘? ?要]結(jié)合蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)“體驗(yàn)大氣壓的存在”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，可大大提高實(shí)驗(yàn)的可行性和成功率。再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行恰當(dāng)?shù)奶骄?，使學(xué)生對(duì)大氣壓概念的理解提升一個(gè)層次，并讓學(xué)生體會(huì)獨(dú)立思考及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度在科學(xué)研究中的重要性。

[關(guān)鍵詞]初中物理;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);邏輯思維;大氣壓

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）20-0054-02

物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，在物理學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展過程中，物理實(shí)驗(yàn)自始至終占有極為重要的地位。如果把物理這門學(xué)科比作高樓大廈，那么物理概念就是構(gòu)成這座大廈的基石。而承載著物理思想方法的物理概念，因?yàn)榫哂懈叨鹊某橄笮院湍毿裕瑢?duì)初中生來說往往難于理解。比如“大氣壓”概念，由于大氣看不見、摸不著，所以學(xué)生對(duì)大氣壓的理解比較困難。為此，教師必須借助相關(guān)的物理實(shí)驗(yàn)，使大氣壓概念變得形象、生動(dòng)。下面，筆者從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，對(duì)蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)“體驗(yàn)大氣壓的存在”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了更深層次的思考與探索。

一、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

蘇科版物理八年級(jí)第9章第3節(jié)“體驗(yàn)大氣壓的存在”實(shí)驗(yàn)如圖1所示。實(shí)驗(yàn)過程非常簡(jiǎn)單：在易拉罐內(nèi)加入少量的水，用酒精燈加熱至有白氣冒出后停止加熱，再將罐口密封，接著就能看到易拉罐扁了。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體驗(yàn)大氣壓的存在。

本實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，但有一個(gè)不易操作的地方，就是罐口的密封。書本上使用的密封材料是橡皮泥。筆者也嘗試了，并安排了一個(gè)班級(jí)的學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，共48人，每?jī)扇艘唤M，分成24組。先用干橡皮泥密封，由于橡皮泥較硬，容易造成漏氣，密封性不理想，24組僅有11組成功。后來在橡皮泥中加水，再次嘗試，發(fā)現(xiàn)加了水的橡皮泥密封性有所改善，但非常油滑，手感極差，也僅有14組成功。

第二個(gè)班級(jí)的學(xué)生依然分成24組，使用了面團(tuán)密封，遇到了以下問題：（1）加水量不易控制，需反復(fù)嘗試，浪費(fèi)較多時(shí)間;（2）揉好面團(tuán)后時(shí)間一長(zhǎng)就會(huì)變干，不能重復(fù)使用。學(xué)生成功率也不高，僅14組成功。

后來在汽車內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一塊硅膠防滑墊，平時(shí)用來放置手機(jī)，如圖2所示，它的質(zhì)地非常柔軟，表面十分光滑。嘗試用它來密封，不僅操作簡(jiǎn)單，而且密封效果非常好，沾水后效果更佳。在第二學(xué)年，筆者安排了25組學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，有22組成功，成功率明顯高于前兩次實(shí)驗(yàn)。

因此，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材選取中舍棄了橡皮泥，加入了硅膠防滑墊，這就是筆者對(duì)本實(shí)驗(yàn)的小小改進(jìn)。

二、對(duì)實(shí)驗(yàn)的再思考

本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象非常明顯：易拉罐扁了?？吹竭@個(gè)現(xiàn)象，我們會(huì)自然而然地提出第一個(gè)問題：易拉罐為什么扁了？這個(gè)問題很多學(xué)生都能給出答案：被大氣壓扁了。這樣回答的學(xué)生往往是已經(jīng)預(yù)習(xí)過或已經(jīng)有了大氣壓概念，而對(duì)于完全沒有大氣壓概念的學(xué)生來說，這樣的答案得仔細(xì)推敲一下，因?yàn)榧葲]有看見大氣，也沒有看見“壓”的動(dòng)作，憑什么說是被大氣壓扁了呢？很難理解。因此，僅從這個(gè)實(shí)驗(yàn)就證明大氣壓的存在似乎有點(diǎn)草率。

再來推測(cè)一下給出“被大氣壓扁了”這個(gè)答案的學(xué)生的思維過程，這個(gè)答案多半是從書上看來的，未必是他自己得出來的。因此，教師可提出第二個(gè)問題：你為什么認(rèn)為是大氣把易拉罐壓扁了？不要說是書上說的或者學(xué)教師講的，強(qiáng)調(diào)你是怎么認(rèn)為的。此時(shí)，學(xué)生才開始真正地思考這個(gè)問題，他們會(huì)給出各種各樣的答案，其中比較合理的答案是：因?yàn)橹挥写髿馀c易拉罐接觸。這個(gè)答案表面上合情合理，但是仔細(xì)推敲一下：大氣的確與它接觸，但是只要與易拉罐接觸，就一定是大氣把它壓扁的嗎？“接觸”和“壓扁”有必然的因果關(guān)系或邏輯關(guān)系嗎？未必。打個(gè)比方：警察破案時(shí)，誰(shuí)和死者接觸誰(shuí)就是兇手嗎？如果這樣辦案，最終法官的判決一定是“證據(jù)不足”。同理，在本實(shí)驗(yàn)中，僅從大氣與易拉罐接觸，就判定是大氣把它壓扁了，同樣“證據(jù)不足”。

為了獲得更充分的證據(jù)，緊接著就提出第三個(gè)問題：如何進(jìn)一步證明的確是大氣把易拉罐壓扁了？此問題比較難，根據(jù)歷年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，幾乎沒有學(xué)生能回答。因此，可適當(dāng)給予提示：能否從反面證明？這樣的提示不僅能幫助學(xué)生思考，還能起到很好的引導(dǎo)作用。有了這個(gè)提示，頭腦靈活的學(xué)生就會(huì)想到：如果外部沒有空氣會(huì)怎樣？

為了探究易拉罐外部沒有空氣的情況下是否會(huì)被壓扁，就必須考慮第四個(gè)問題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)?！蓖ㄟ^實(shí)驗(yàn)來證明是最有效、最客觀的方式。

三、對(duì)實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)

由于要抽走易拉罐外部空氣，所以需要抽氣機(jī)、真空罩。但考慮到真空罩的體積、易拉罐的密封等問題，我們不能將易拉罐放進(jìn)真空罩內(nèi)。因此，我們改放一個(gè)已經(jīng)被大氣壓扁了的礦泉水瓶子，并擰緊瓶蓋，如圖3所示。抽走瓶子外部空氣，觀察瓶子還會(huì)被壓扁嗎？

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，抽出空氣后，瓶子會(huì)鼓起來，這說明沒有空氣，瓶子就不會(huì)被壓扁。接下來如果把真空罩的

閥門打開，讓空氣進(jìn)入，我們會(huì)看到瓶子再一次被壓扁，這說明有空氣，瓶子就會(huì)被壓扁。

至此，我們從正反兩個(gè)方面證明了：的確是空氣把瓶子壓扁了。證據(jù)更加充分。此時(shí)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：大氣對(duì)處在其中的物體有壓強(qiáng)。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思

縱觀整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程，通過正反兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了大氣壓的存在。正面實(shí)驗(yàn)是書本推薦的，此實(shí)驗(yàn)過程簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，但實(shí)際教學(xué)中開設(shè)率并不高，其中主要原因可能就是找不到合適的密封材料，導(dǎo)致成功率不高，實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。使用硅膠防滑墊后，實(shí)驗(yàn)的可行性和成功率都大大提高了，可以安排分組實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自動(dòng)手感受實(shí)驗(yàn)帶來的精彩與震撼。

反面實(shí)驗(yàn)其實(shí)非常簡(jiǎn)單，不管是可行性，還是成功率，都非常高。因此，在實(shí)際教學(xué)中完全可以應(yīng)用，學(xué)生的反響非常熱烈，效果顯著。通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，結(jié)論的得出顯得順理成章、證據(jù)充分！

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)間的銜接與過渡，可通過四個(gè)問題來實(shí)現(xiàn)，這四個(gè)問題逐層遞進(jìn)，學(xué)生對(duì)問題的感受應(yīng)該是：一開始信心滿滿地認(rèn)為“我知道答案”，但仔細(xì)推敲后又會(huì)對(duì)自己的答案產(chǎn)生懷疑，這種思維上的沖突促使他們一步一步地接近真相。學(xué)生記住實(shí)驗(yàn)結(jié)論只是對(duì)前人知識(shí)的繼承，而對(duì)這些問題的思考才是對(duì)科學(xué)家思想的繼承。

“學(xué)而不思則罔”， 如果盲信：教師說的都是對(duì)的，課本上說的都是對(duì)的，權(quán)威說的都是對(duì)的……這樣一味盲從，那問題就大了。現(xiàn)實(shí)中，確實(shí)有些學(xué)生的思維就是這樣的，要是問他為什么，他會(huì)回答：“書上說的，哪一個(gè)老師說的，哪個(gè)專家說的。”這種人云亦云，無理性地盲從是不可取的?！氨M信書不如無書?！睍乔叭酥R(shí)的凝練，要轉(zhuǎn)化成自己的知識(shí)，必須學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，融入自己的認(rèn)知。

重視證據(jù)的積累和嚴(yán)密的邏輯思維是從事科學(xué)研究必備的專業(yè)素養(yǎng)。證據(jù)是得出正確實(shí)驗(yàn)結(jié)論的依據(jù)，現(xiàn)實(shí)中有些學(xué)生為了貪圖省力，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)不具備充足的普遍性，甚至有學(xué)生為了湊出實(shí)驗(yàn)結(jié)論偽造數(shù)據(jù)，這些都是有違科學(xué)精神的。還有很多學(xué)生對(duì)各個(gè)物理量之間的因果關(guān)系、先后順序、邏輯關(guān)系理解不透，“甲”和“乙”誰(shuí)決定誰(shuí)？在多個(gè)物理量中，誰(shuí)和誰(shuí)有關(guān)？這些問題通常使學(xué)生感到頭疼。因此提高學(xué)生搜集證據(jù)和邏輯思維的能力至關(guān)重要。

綜上所述，實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)需要經(jīng)歷反復(fù)的嘗試和多次的失敗，更需要平時(shí)的細(xì)心觀察，做個(gè)生活的有心人。實(shí)驗(yàn)的目的不應(yīng)只是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論的關(guān)注，更應(yīng)該關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程中物理思想和科學(xué)精神的滲透。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 吳沛儒.借助物理實(shí)驗(yàn) 優(yōu)化概念生成[J]. 學(xué)苑教育，2016（24）：93 .

[2]? 馬宏佳，陳功，Ling L.Liang，等. 影響學(xué)生對(duì)科學(xué)太度因素的實(shí)證研究[J]. 課程·教材·教法，2014（7）：78-82.

（責(zé)任編輯 易志毅）