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

【內(nèi)容摘要】本文結(jié)合了初中物理8年級(jí)下冊(cè)“體驗(yàn)大氣壓的存在”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，從實(shí)際教學(xué)出發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)大大提高了實(shí)驗(yàn)的可行性和成功率，再通過對(duì)學(xué)生思維的邏輯性探究，使學(xué)生對(duì)大氣壓概念獲得更深層次的理解，并讓學(xué)生體會(huì)到獨(dú)立思考、嚴(yán)密的科學(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

“科學(xué)源于實(shí)驗(yàn)”。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)于初中生來說往往難于理解。

一、對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

本實(shí)驗(yàn)過程簡單、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。我也嘗試了，并安排了一個(gè)班的同學(xué)進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，共48人，每兩人一組，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。有14組成功。

第二個(gè)班依然24組，使用了面粉團(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、揉好面粉團(tuán)后時(shí)間一長就會(huì)變干，不能重復(fù)使用。學(xué)生成功率也不高，僅14組成功。

后來我在汽車內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一塊硅膠防滑墊，平時(shí)用來放置手機(jī)，如圖所示，它的質(zhì)地非常柔軟，表面十分光滑。我嘗試用它來密封，不僅操作簡單，而且密封效果非常好，沾水后效果更佳。在第二學(xué)年，我安排了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)器材中我舍去了橡皮泥，加入了硅膠防滑墊，這就是我對(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。看到這個(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)問題很多同學(xué)都能給出答案：被大氣壓扁了。這樣回答的同學(xué)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人來說，這樣的答案我們得仔細(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。所以，我覺得僅從這個(gè)實(shí)驗(yàn)就得出大氣壓的概念似乎有點(diǎn)草率。

再來推測一下給出“被大氣壓扁了”這個(gè)答案的同學(xué)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，我會(huì)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老師講的，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？我看未必。打個(gè)比方：警察破案時(shí)，誰和死者接觸誰就是兇手嗎？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)，幾乎沒有同學(xué)能回答。所以，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，頭腦靈活的同學(xué)就會(huì)想道：如果外部沒有空氣會(huì)怎樣？

為了探究瓶子外部沒有空氣的情況下會(huì)否被壓扁，就必須考慮第四個(gè)問題：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？“實(shí)驗(yàn)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)

由于要抽走瓶子外部空氣，所以需要抽氣機(jī)、真空罩。但考慮到真空罩的體積、易拉罐需要手動(dòng)對(duì)其密封等問題，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。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。

四、對(duì)實(shí)驗(yàn)的反思

縱觀整個(gè)過程，我是通過正反兩個(gè)實(shí)驗(yàn)證明了大氣壓的存在。正面的實(shí)驗(yàn)是書本推薦的，此實(shí)驗(yàn)過程簡單、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。使用了硅膠防滑墊后，實(shí)驗(yàn)的可行性和成功率都大大提高，甚至可以安排分組實(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。

反面的實(shí)驗(yàn)其實(shí)非常簡單，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。

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.

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作者簡介：吳沛儒（1981.10-），男，漢族，江蘇吳江人，中學(xué)一級(jí)，研究方向：物理教育.

（作者單位：蘇州市吳江區(qū)笠澤實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué)）