基于BOPPPS教學(xué)模式的“大氣壓強”教學(xué)設(shè)計

鄭宇晴 朱靈坤 張軼炳*

(1. 寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院,寧夏 銀川 750021； 2. 山東省文登師范學(xué)院,山東 威海 264400)

教學(xué)設(shè)計是根據(jù)教學(xué)對象的水平和需要,在確定合理教學(xué)起點和終點的基礎(chǔ)上,對學(xué)習(xí)內(nèi)容重組和轉(zhuǎn)化,有序系統(tǒng)地安排教學(xué)要素,并形成教學(xué)預(yù)案的過程.[1]合理恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)設(shè)計是上好一堂課的重要基礎(chǔ).

BOPPPS教學(xué)模式利用6大模塊構(gòu)建教學(xué)框架,堅持學(xué)生為主體,以有效導(dǎo)入、反饋增加課堂互動性,注重探究思維培養(yǎng)及與實際應(yīng)用聯(lián)系,有利于教師理清教學(xué)思路,學(xué)生主動參與學(xué)習(xí),從而改進傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)不足之處,有效實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo).[2]例如“大氣壓強”,若傳統(tǒng)向?qū)W生直接操作實驗,容易理論與實驗脫離,學(xué)生多把實驗當(dāng)成游戲和看熱鬧的環(huán)節(jié),影響教學(xué)效果.結(jié)合BOPPPS模塊化教學(xué),前后過程邏輯展開,從對大氣壓強的認(rèn)識、驗證、測量及應(yīng)用過程中,引導(dǎo)學(xué)生自主參與探究,使實驗、理論順理成章地結(jié)合在一起,可以提高課堂投入度,有效達(dá)成教學(xué)目標(biāo).

1 BOPPPS教學(xué)模式

BOPPPS教學(xué)模式起源于加拿大教師技能培訓(xùn)體系,是在北美高校廣泛應(yīng)用的有效教學(xué)設(shè)計模式.[3-4]近年來,BOPPPS教學(xué)模式在我國微課教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂及大學(xué)物理教學(xué)等方面都有一定研究.

BOPPPS教學(xué)模式根據(jù)人的注意力持續(xù)專注約15 min的自然規(guī)律,對教學(xué)過程采取單元化處理,分為導(dǎo)入(Bridge-in)、目標(biāo)(Objective)、前測(Pre-assessment)、參與式學(xué)習(xí)(Participatory Learning)、后測(Post-assessment)、總結(jié)(Summary)6大模塊,簡稱BOPPPS.表1給出各模塊的任務(wù)詮釋.

表1 BOPPPS模塊任務(wù)解釋

貫徹以學(xué)生為課堂中心,注重學(xué)生課堂參與,BOPPPS通過增加教學(xué)互動反饋環(huán)節(jié),有效鍛煉學(xué)生的邏輯推理思維和科學(xué)素養(yǎng),不斷形成對目標(biāo)的達(dá)成效果,因此又被稱之為有效教學(xué)設(shè)計,即有效果(教學(xué)達(dá)到預(yù)期)、有效率(教學(xué)效果與投入比值高)、有效益(教學(xué)達(dá)到學(xué)生需求).[5]

2 基于BOPPPS教學(xué)模式的“大氣壓強”教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)準(zhǔn)備

(1) 教材分析.

本節(jié)課選自人教版初中物理8年級下冊第9章第3節(jié),是在原有對固體、液體壓強認(rèn)知結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上對氣體壓強的進一步學(xué)習(xí).課標(biāo)要求,讓學(xué)生感受大氣壓強的存在;并能通過實例說出大氣壓強在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用.

(2) 學(xué)情分析.

學(xué)生已學(xué)過壓強概念,并已理解液體壓強大小、方向等相關(guān)知識,這對本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)及邏輯分析有很大幫助.

(3) 教學(xué)方法分析.

采用實驗探究法教學(xué),通過一系列有趣實驗及生活舉例引導(dǎo)學(xué)生在“認(rèn)識”、“驗證”、“測量”及“應(yīng)用”大氣壓強中學(xué)習(xí)理解,力圖讓學(xué)習(xí)從知識記憶轉(zhuǎn)變?yōu)橹R理解,從基于習(xí)題訓(xùn)練轉(zhuǎn)變?yōu)槊鎸嶋H問題解決,從具體性知識學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)楹诵挠^念建構(gòu),從而逐漸鍛煉學(xué)生科學(xué)思維,加強科學(xué)探究能力,培養(yǎng)物理核心素養(yǎng).

2.2 BOPPPS教學(xué)過程設(shè)計

利用BOPPPS教學(xué)模式設(shè)計“大氣壓強”教學(xué)流程如表2.

表2 BOPPPS模塊化教學(xué)設(shè)計表

2.3 教學(xué)過程

(1) 導(dǎo)入+前測.

根據(jù)奧蘇伯爾有意義學(xué)習(xí)理論,通過建立新舊知識聯(lián)系,“導(dǎo)入”與“前測”模塊相結(jié)合,起承轉(zhuǎn)合,以邏輯展開教學(xué)過程.

實驗1： 建立新舊知識聯(lián)系.

教師:展示穿孔塑料瓶水流實驗.當(dāng)不蓋瓶蓋,我們可以觀察到什么現(xiàn)象?

師生:瓶內(nèi)有水噴出,且越靠近底部,噴射距離越遠(yuǎn)，如圖1(a).

教師:這個實驗現(xiàn)象能說明什么物理原理?

學(xué)生(鏈接舊知識):液體對容器側(cè)壁有壓強,液體壓強隨深度增加而增大.

教師:擰緊瓶蓋,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢?

學(xué)生(思考觀察):水不向外噴射.如圖1(b).

教師:思考水為什么不向外噴射?

學(xué)生(思考):是小孔外側(cè)有力阻擋了水向外流嗎?

設(shè)計說明： 建立與液體壓強的聯(lián)系,并自然引出新知識的思考.既達(dá)到檢測學(xué)生的目的,又促進學(xué)習(xí)遷移.

圖1 導(dǎo)入實驗

實驗2： 覆杯實驗引出新知識.

教師:厚紙片直接放于空玻璃杯上方,倒拿玻璃杯……

師生:紙片直接脫落.這是因為,紙片受到自身重力作用而下落.如圖2(a).

教師:玻璃杯裝滿水后重復(fù)上述操作,杯中水會不會落出來?

學(xué)生(猜想,引發(fā)認(rèn)知沖突):會.

師生(觀察實驗):紙片竟然沒有下落,水沒有落出來，如圖2(b).

學(xué)生(疑惑,主動提問):為什么紙片和水不會落下來?

學(xué)生(主動思考):紙片受到自身的重力,還有杯中水對它的壓力竟然不脫落,難道紙片還受到一個向上的力托著它?

圖2 覆杯實驗

設(shè)計說明： 在前測聯(lián)系液體壓強知識基礎(chǔ)上進行新課導(dǎo)入,通過學(xué)生對比實驗現(xiàn)象的認(rèn)知沖突,有效關(guān)聯(lián)新舊知識,抓住學(xué)生關(guān)注度,有效參與課堂.

(2) 學(xué)習(xí)目標(biāo).

明確告知學(xué)生本節(jié)課學(xué)習(xí)目標(biāo),有利于學(xué)生調(diào)節(jié)思維趨向,明確把握學(xué)習(xí)方向.

(a) 認(rèn)識大氣是否與固體、液體一樣存在壓強作用.

(b) 知道覆杯實驗紙片不脫落原因,并能用它解釋生活中其他例子.

(c) 知道馬德堡半球?qū)嶒灥脑?

(d) 理解托里拆利實驗方法及其所探究問題和結(jié)論.

(e) 知道自制氣壓計原理及所探究問題.

(f) 體會本節(jié)受力分析法及轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用邏輯.

設(shè)計說明： 采用學(xué)習(xí)目標(biāo)與課堂教學(xué)環(huán)節(jié)結(jié)合表述以傳達(dá)學(xué)習(xí)任務(wù),讓學(xué)生明確本節(jié)課會學(xué)到什么及能夠解決什么實際問題;同時特別之處是,表述中只涉及方法及實驗名稱,不明確透露需要學(xué)生自主探究及思考的新知識名詞,從而不干擾學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題進行探究學(xué)習(xí)的思考過程,能夠更好激起探究興趣,增加學(xué)生課堂參與.

(3) 參與式學(xué)習(xí).

任務(wù)1： 認(rèn)識大氣壓強.

教師:實驗2大家認(rèn)為紙片受到向上的力才不脫落.那這個力會是誰提供的呢?

學(xué)生(積極思考):空氣.

教師:可以畫出紙片受力分析圖嗎?

圖3

學(xué)生:如圖3.

教師(引導(dǎo)):紙片受到自身重力、瓶內(nèi)水的壓力及大氣對其向上的支持力作用,因為F氣=G+F液,所以紙片靜止平衡而不脫落.F氣能夠說明?

學(xué)生(思考回答):大氣存在壓力作用.

教師(總結(jié)、引出概念):大氣同固體、液體一樣存在壓強效果,叫做大氣壓強.

教師引導(dǎo)學(xué)生分析實驗1(b)現(xiàn)象原因.并思考,大氣壓強具有怎樣的方向?

實驗3： 自制教具——大氣壓強方向演示儀.

教師:介紹實驗儀器構(gòu)造如圖4(a),說明實驗前氣球狀態(tài).抽取盒內(nèi)空氣,讓學(xué)生對比氣球形狀改變.

學(xué)生(觀察):氣球慢慢向內(nèi)鼓起.如圖4(b).

教師(提示):氣體分子疏密程度會影響氣體壓強效果.

學(xué)生(思考原因):抽氣后內(nèi)部氣體稀疏,壓強低.內(nèi)外氣壓差使得外部大氣對內(nèi)產(chǎn)生壓力作用而內(nèi)陷變鼓.

教師:各面氣球的內(nèi)陷變鼓,可以說明大氣壓強的方向如何?

學(xué)生:大氣朝各個方向都能具有壓強.

圖4 大氣壓強方向演示儀

設(shè)計說明： 通過對實驗1、2現(xiàn)象分析,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用受力分析揭開現(xiàn)象背后的原因,使學(xué)生認(rèn)識到大氣壓強的真實存在,以學(xué)生思維為導(dǎo)向,引出概念.同時,實驗3制造壓強差,引導(dǎo)學(xué)生形象感受大氣壓強的方向問題.

任務(wù)2： 驗證大氣壓強.

實驗4： 學(xué)生分組實驗探究.

教師引導(dǎo)學(xué)生利用實驗桌上的生活用具驗證大氣壓強的存在,小組合作討論,并會用受力分析法說明原理.(具體略)操作如圖5.

圖5 驗證大氣壓強存在

設(shè)計說明： 學(xué)生自主設(shè)計實驗,通過膠頭滴管、注射器、吸盤等加強對大氣壓強認(rèn)識的鞏固,會正確用受力分析驗證大氣壓強的存在.

實驗5： 馬德堡半球?qū)嶒?

教師:展示介紹馬德堡半球?qū)嶒瀮x,抽氣后讓學(xué)生嘗試?yán)瓌影肭?如圖6.

圖6 馬德堡半球?qū)嶒瀮x

學(xué)生(躍躍欲試,爭相嘗試):發(fā)現(xiàn)兩個半球并沒有被拉開.

學(xué)生討論原因.

小組代表:同“方向演示儀”原理相似,抽氣后內(nèi)外出現(xiàn)壓強差,大氣對球有向內(nèi)的壓力作用.兩球除了受到兩端拉力,還受到外部大氣對球向內(nèi)的壓力作用.大氣的壓力大于拉力,所以沒有拉開.

學(xué)生(主動提問):這個力究竟多大才能拉開半球呢?

播放馬德堡半球?qū)嶒炓曨l解釋說明.

設(shè)計說明： 先利用馬德堡半球?qū)嶒瀮x讓學(xué)生親自體會實驗,在學(xué)生參與中引發(fā)學(xué)生思考.視頻播放,讓學(xué)生感受到要想拉開半球需要很大的拉力,同時體會大氣壓強很大.并以此為下一環(huán)節(jié)測量大氣壓強做準(zhǔn)備.

任務(wù)3： 測量大氣壓強.

教師:馬德堡半球?qū)嶒炛?我們進一步驗證了大氣壓強存在,并知道大氣壓強很大.

學(xué)生(主動提問):那大氣壓強究竟有多大?

實驗6： 托里拆利實驗.

教師:大家將實驗桌上兩根長短不同的試管裝滿水,倒置于水槽中,保證管口浸在水中逐漸上提,觀察試管中的水是否下落?

學(xué)生(疑惑):逐漸上抬,試管中水總是滿的.如圖7.

圖7 圖8

教師:液體壓強在同一深度處大小相等,取同一深度AB面,則pA=pB,用等式表示出A、B兩點的壓強.

學(xué)生(喚起舊知識):A點pA=p氣+ρ液gh2;B點pB=ρ液g(h1+h2).由于pA=pB,p氣+ρ液gh2=ρ液gh1+ρ液gh2,所以p氣=ρ液gh1.

教師(總結(jié)提問):看來,大氣壓強等于其所支持高度h1對應(yīng)的液體壓強的數(shù)值,所以可以怎樣測量大氣壓強呢?

學(xué)生(感受轉(zhuǎn)換法):測量液面高度差h1,利用p氣=ρ液gh1計算出大氣壓強數(shù)值.

教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)水為測量液體時水面高度太高無法測量,啟發(fā)學(xué)生思考其他方法降低液柱高度以方便測量.

學(xué)生(小組討論):可以選用密度更高的液體做實驗.

教師(提供信息):已知水銀液體的密度很大,ρ=13.6×103kg/m3.

學(xué)生(認(rèn)知思維邏輯):換用水銀液體做實驗.

教師介紹托里拆利實驗及水銀危險性,采用多媒體視頻課件向?qū)W生展示實驗過程及現(xiàn)象.如圖9,學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象計算.

學(xué)生(計算結(jié)果):p氣=ρ水銀gh1=13.6×103×9.8×0.76=1.013×105(Pa).

圖9 托里拆利實驗

設(shè)計說明： 通過馬德堡半球?qū)嶒炞寣W(xué)生感受大氣壓強很大,引出大氣壓強測量的學(xué)習(xí)需求.利用過渡實驗中轉(zhuǎn)換法啟發(fā)學(xué)生思維,讓學(xué)生自主找到解決問題的思路,自然而然地引出托里拆利實驗.通過視頻介紹實驗,最終自己計算大氣壓強數(shù)值.既符合學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu),注重學(xué)生思維邏輯,又達(dá)到鍛煉學(xué)生科學(xué)探究能力的作用.

任務(wù)4： 應(yīng)用大氣壓強——探究大氣壓強與高度的關(guān)系.

教師(過渡):我們已測量出標(biāo)準(zhǔn)大氣壓強p≈1×105Pa,那它是否是一個常數(shù)呢?

學(xué)生(猜測):不是.因為氣壓與空氣疏密程度有關(guān),抽氣會出現(xiàn)氣壓差.

教師:好,那下面我們探究一下大氣壓強與高度有什么關(guān)系.

實驗7： 學(xué)生實驗——自制氣壓計.

教師:介紹自制氣壓計構(gòu)造.小組討論儀器如何判斷外界大氣壓變化情況.

學(xué)生(小組討論,合作交流).

學(xué)生代表發(fā)言:通過瓶內(nèi)外氣壓差造成液面高度變化,從而判斷外界大氣壓大小.內(nèi)部氣壓不變,液面升高證明外界大氣壓變低,液面降低證明外界大氣壓變高.

學(xué)生利用樓梯實驗探究,交流結(jié)果.

學(xué)生:我們發(fā)現(xiàn),樓上較之樓下,氣壓計液面高度逐漸變高,得出實驗結(jié)論是:大氣壓強隨高度增加而降低，如圖10.

圖10 “自制氣壓計”實驗

教師:多媒體展示大氣壓強隨高度變化的科學(xué)數(shù)據(jù),肯定學(xué)生探究結(jié)果.并視頻解釋高原地區(qū)空氣稀薄、氣壓低,及出現(xiàn)缺氧現(xiàn)象和沸點較低現(xiàn)象.

設(shè)計說明： 學(xué)生利用自制氣壓計自主合作探究,并通過科學(xué)數(shù)據(jù)及視頻解釋氣壓與高度的關(guān)系.在鼓勵學(xué)生定性探究同時給出定量數(shù)據(jù)支持學(xué)生探究結(jié)果,達(dá)到對學(xué)生探究積極性有效反饋的效果.

(4) 后測.

題目1: [考察:認(rèn)識、驗證大氣壓強]

下列現(xiàn)象中,不能說明大氣壓存在的是

(A) 注射器從藥液瓶中吸入藥液.

(B) 注射器將藥液注入人體.

(C) 用活塞式抽水機從井中抽水.

(D) 通過吸管將飲料吸入人嘴.

題目2: [考察:測量大氣壓強]

托里拆利實驗中,玻璃管內(nèi)水銀面上方是________,而管外水銀面上受到________的作用,管外水銀面的________支持著管內(nèi)的水銀柱,所以水銀柱產(chǎn)生的壓強就等于________.

題目3: [考察:應(yīng)用大氣壓強]

青藏鐵路全線貫通,其高原列車裝有完善供氧系統(tǒng)和醫(yī)療系統(tǒng),這是因為

(A) 高原空氣稀薄,大氣壓強小.

(B) 高原空氣稀薄,大氣壓強大.

(C) 高原空氣稠密,大氣壓強小.

(D) 高原空氣稠密,大氣壓強大.

設(shè)計說明： 通過與教學(xué)過程及學(xué)習(xí)目標(biāo)聯(lián)系,利用后測評價學(xué)生本節(jié)內(nèi)容的掌握情況,有效反饋教學(xué)信息,進一步改善教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié).

(5) 總結(jié).

圖11 思維導(dǎo)圖

設(shè)計說明： 利用思維導(dǎo)圖(圖11)幫助學(xué)生理清本節(jié)課學(xué)習(xí)思路及重點內(nèi)容,使知識框架更加系統(tǒng)完整.從“實驗”、“方法”、“知識總結(jié)”3方面使學(xué)生學(xué)習(xí)條理更加清晰.查漏補缺,提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果.

3 結(jié)語

BOPPPS教學(xué)模式通過6大模塊的邏輯組合教學(xué),將理論與實際應(yīng)用緊密結(jié)合,主張發(fā)揮學(xué)生主觀能動性,注重參與式學(xué)習(xí),利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維,提高動手操作能力,同時為教師提供了一種操作性和條理性較強的教學(xué)框架,在課堂參與及有效反饋中更好達(dá)成教學(xué)目標(biāo).