壓強教學的徒手型“非常規”物理實驗方案設計

董亞男

“壓強”教學目標是通過實驗探究，使學生形成壓強的概念，理解壓強公式，知道增大和減小壓強的方法。

為了完成這個教學目標，需要營造學習環境，讓學生通過觀察實驗現象來理解“壓力”“物體的受力面積”“壓強的大小和什么因素有關”和“壓強公式的物理意義”等。因此，實驗的內容必須圍繞控制物體“受力”及“受力面積”兩個變量來考察“壓力的作用效果”來進行。

第一，當物體的受力面積不變時，改變壓力，觀察壓力的作用效果怎么變化？

第二，當物體受到的壓力不變時，改變物體受力面積，觀察壓力的作用效果怎么變化？

人們經常會忽略自己身體的自然結構或者物理屬性。分析身體的物理特征，是一件非常有趣的事情。圍繞“壓強”教學主題對“人體各端面積不同”的部位或者變形來進行思考，這是設計實驗的前提。認真分析一下“手”的結構能夠發現手指部位是“尖”的，手指甲是比較“鋒利”的。五指伸展開并靠攏形成手掌面表面積最大，握緊拳頭會形成幾個面積比較大的部位。總結這些特征就能設計出實驗方案。我們將右手的食指伸直，再將食指尖頂到左手的掌心，如圖1，稍加用力，此時左手的掌心則會產生“刺痛感”，再將食指回握折成一個小平面，如圖2，再去頂左手的掌心，這時，掌心只有被擠壓的感覺。說明壓力的作用效果和受力面積的大小有關，在壓力一定時，受力面積越小，則壓強越大。實驗中也可以將右手的五個指尖頂到左手的掌面，如圖3，稍加用力，左手的手掌面也會有“刺痛感”；再將右手五指回握拳頭，去頂左手掌面，如圖4，此時，掌面只有被擠壓的感覺。

圖1

圖2

圖3

圖4

人體的重量由雙腳支撐，那么雙腳接觸地面的面積決定了人對地面的壓強。如果兩個人體重相同，那么腳掌越大，則對地面的壓強越小。家里如果有“席夢思床墊”，可以在上面做實驗：分別“站”“跪”“趴”在床墊上，如圖 5，然后仔細觀察床墊下陷的深度。

圖5

在北方，冬天時農村的學生可以在草垛上來進行實驗。學校的運動場通常會有跳遠用的沙坑，體育館中有很厚的海綿墊等，教師在考查學生對“壓強”知識遷移時可以用案例：一個小朋友在薄冰上玩耍，不小心落入水中時，營救人員能否直接走著過去施救？需要注意什么？如果學生不能采取合理的措施，則說明其不能理論聯系實際，教師要從自身的實際教學進行反思。

通過徒手型“非常規”物理實驗方案的介紹，可以看出“非常規”物理實驗資源的豐富性和方便性。教師要有創造性地開發和利用資源，讓學生也參與到資源的開發中，實現教學系統諸多要素之間的協調與平衡。