創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)構(gòu)建智慧課堂

趙艷娟

摘? ?要：本文以初中物理“液體的壓強(qiáng)”一節(jié)為例，探討如何通過(guò)創(chuàng)新物理實(shí)驗(yàn)開發(fā)與應(yīng)用，構(gòu)建智慧課堂，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：初中物理;創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);智慧課堂;液體壓強(qiáng);深度學(xué)習(xí)

引言

物理實(shí)驗(yàn)是物理教學(xué)的重要內(nèi)容[ 1 ]。物理教師若能在教學(xué)中重視實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的層層深入，將有利于學(xué)生物理觀念的獲得與應(yīng)用，科學(xué)思維的鍛煉與創(chuàng)新，科學(xué)探究的體驗(yàn)與交流，科學(xué)態(tài)度的養(yǎng)成與提升[ 2 ]，從而促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)[ 3 ]。下面，以初中物理八年級(jí)滬科版“液體的壓強(qiáng)”一節(jié)為例，探討在這一節(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中作出的嘗試。

1? 利用塑料保鮮袋和礦泉水瓶設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生獲得液體壓強(qiáng)的直觀體驗(yàn)

新課開始，教師用蛟龍?zhí)栂聺摰?000米海底深處的圖片引發(fā)學(xué)生思考：液體會(huì)對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)嗎？液體壓強(qiáng)的方向、大小有什么特點(diǎn)？讓學(xué)生帶著問(wèn)題做兩個(gè)分組實(shí)驗(yàn)：先將套有保鮮袋的手臂伸入水下感受 （如圖1），再將側(cè)壁和底部打孔的空礦泉水瓶壓入裝水的盛液筒后提起（如圖2）。實(shí)驗(yàn)完成后請(qǐng)學(xué)生說(shuō)一說(shuō)觀察到了什么，說(shuō)明了什么。借助低成本分組實(shí)驗(yàn)器材讓每一個(gè)學(xué)生親身感受液體壓強(qiáng)的存在并就液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)進(jìn)行描述，從而提高學(xué)生的觀察能力、分析能力、表達(dá)能力。教師進(jìn)一步結(jié)合演示教具（如圖3）和學(xué)生初步歸納液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)表明，液體朝各個(gè)方向產(chǎn)生壓強(qiáng)，深度越深，壓強(qiáng)越大。

接下來(lái)，教師請(qǐng)學(xué)生思考兩個(gè)問(wèn)題：（1）為什么液體可以朝各個(gè)方向產(chǎn)生壓強(qiáng)？（2）為什么深度越深，液體壓強(qiáng)越大？請(qǐng)學(xué)生結(jié)合觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理：液體受重力，可以產(chǎn)生向下的壓強(qiáng)，液體具有流動(dòng)性，所以向其它方向也可以產(chǎn)生壓強(qiáng);液體越深，上面的液體越重，產(chǎn)生的壓力越大，于是壓強(qiáng)也就越大。教師順勢(shì)請(qǐng)學(xué)生結(jié)合上一節(jié)知識(shí)推導(dǎo)柱狀液體壓強(qiáng)的計(jì)算式p=ρgh，使學(xué)生自然將新舊知識(shí)聯(lián)系起來(lái)[ 3 ]。教師繼續(xù)追問(wèn)：用這個(gè)公式可以計(jì)算液體向下產(chǎn)生的壓強(qiáng)，那液體向上、向左、向右的壓強(qiáng)該如何計(jì)算呢？液體壓強(qiáng)的大小除了可能與液體的密度、深度有關(guān)，與方向是否有關(guān)？與液體的形狀是否有關(guān)呢？從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

2? 利用U型管壓強(qiáng)計(jì)、不同形狀的容器探究液體壓強(qiáng)大小與哪些因素有關(guān)

本環(huán)節(jié)有兩個(gè)重點(diǎn)，一是用什么器材測(cè)量液體壓強(qiáng)的大小，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)U型管壓強(qiáng)計(jì)的測(cè)量原理和使用方法;二是用什么方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，引導(dǎo)學(xué)生使用控制變量法驗(yàn)證猜想。如果本環(huán)節(jié)教師有意進(jìn)行了引導(dǎo)提問(wèn)，那么本探究環(huán)節(jié)可以較為順利地根據(jù)教師的預(yù)設(shè)展開。若教師在第一個(gè)環(huán)節(jié)末端的提問(wèn)改成“液體壓強(qiáng)大小除了與密度、深度有關(guān)，還可能與什么因素有關(guān)？”學(xué)生可能還會(huì)猜想到與液體重力、面積等因素有關(guān)。這時(shí)教師需要引導(dǎo)學(xué)生先簡(jiǎn)后繁，把使用實(shí)驗(yàn)器材較少的、操作簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)探究先完成，再完成相對(duì)復(fù)雜的探究?jī)?nèi)容。比如，當(dāng)學(xué)生提出液體壓強(qiáng)可能與液體重力有關(guān)，那該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想是否正確呢？經(jīng)分析，如果僅改變液體重力，同時(shí)控制液體密度、深度不變，必須改變?nèi)萜鞯男螤罨虻酌娣e。為此，需要引導(dǎo)學(xué)生對(duì)猜想的變量分類，將液體壓強(qiáng)與液體重力或容器形狀、容器底面積是否有關(guān)同步探究完成（如圖4）。由于探頭橡皮膜中心處受到的液體壓強(qiáng)等效于橡皮膜受到的平均壓強(qiáng)，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生測(cè)量探頭深度時(shí)盡量讀取與橡皮膜中心相平的刻度[ 4 ]。小組進(jìn)行數(shù)據(jù)交流匯報(bào)時(shí)，若學(xué)生發(fā)現(xiàn)同種液體深度相同的情況下，不同小組記錄的U型管液面高度差不同，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考原因：除了讀數(shù)誤差，由于不同小組的橡皮膜探頭松緊程度可能不同，所以即使液體壓強(qiáng)大小相同，不同探頭受擠壓后的形變程度仍然可能不同，導(dǎo)致U型管液面的高度差可能不同，等等。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析交流，有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，大膽質(zhì)疑，深度思考。

3? 利用數(shù)字傳感器測(cè)量液體壓強(qiáng)，為液體壓強(qiáng)公式提供數(shù)據(jù)支持

U型管壓強(qiáng)計(jì)的使用，能半定量地幫助學(xué)生觀察和記錄液體壓強(qiáng)的強(qiáng)弱，但還無(wú)法直接測(cè)量液體壓強(qiáng)的數(shù)值。能否借助數(shù)字傳感器進(jìn)一步測(cè)量液體壓強(qiáng)的具體大小，為液體壓強(qiáng)的計(jì)算式提供數(shù)據(jù)支持呢？筆者利用朗威公司開發(fā)的氣體傳感器進(jìn)行了嘗試：如圖5，將氣壓傳感器分別與橡皮膜探頭和數(shù)據(jù)處理器相連，探頭置于空氣中，先利用氣體傳感器記錄大氣壓強(qiáng)值，再利用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)調(diào)零。將探頭伸入液體內(nèi)部，可觀測(cè)到傳感器氣壓測(cè)量值增大。實(shí)驗(yàn)調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)探頭橡皮膜張力適中時(shí)，橡皮膜兩側(cè)液壓增量與氣壓增量才近似相等（如表1）。當(dāng)筆者將這套裝置展現(xiàn)給學(xué)生演示時(shí)，大部分學(xué)生能意識(shí)到傳感器直接測(cè)量的是橡皮管內(nèi)氣壓值而非液壓值。教師順勢(shì)對(duì)目前市面上的液壓傳感器種類、測(cè)量精度做一些介紹，幫助學(xué)生了解液壓測(cè)量技術(shù)在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。

4? 借助自制針筒液壓演示器演示液體壓強(qiáng)的“魔力”，提升學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)

新課教學(xué)快結(jié)束時(shí)，教師使用自制的針筒液壓演示儀給孩子們玩一個(gè)“小魔術(shù)”。如圖6，將兩個(gè)針筒用軟管連通并裝滿紅墨水（盡量排出管內(nèi)空氣），其中一個(gè)針筒液面用活塞封閉。教師向?qū)W生提問(wèn)：用什么辦法可以讓針筒的活塞由靜變動(dòng)？請(qǐng)學(xué)生到講臺(tái)講解。教師接下來(lái)將活塞去除，改變兩個(gè)針筒相對(duì)高度，學(xué)生可以清楚地觀察到兩針筒內(nèi)的紅墨水液面向相平的方向流動(dòng)的過(guò)程。教師據(jù)此引導(dǎo)學(xué)生思考液體流動(dòng)的原因，進(jìn)一步為“理想液片法”教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)情境，提升學(xué)生科學(xué)思維品質(zhì)，為下一節(jié)“連通器”教學(xué)作出鋪墊。

5? 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是物理教學(xué)重要組成部分，盡可能讓每一個(gè)學(xué)生在教師創(chuàng)設(shè)的實(shí)驗(yàn)情境中去感受、猜想、發(fā)現(xiàn)、探索，有利于發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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