對“體驗大氣壓的存在”實驗的改進和思考

[摘? ?要]結合蘇科版物理八年級下冊“體驗大氣壓的存在”的實驗教學，從實際教學出發，對實驗進行適當的改進，可大大提高實驗的可行性和成功率。再引導學生進行恰當的探究，使學生對大氣壓概念的理解提升一個層次，并讓學生體會獨立思考及嚴謹的科學態度在科學研究中的重要性。

[關鍵詞]初中物理;實驗改進;邏輯思維;大氣壓

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2019）20-0054-02

物理是一門以觀察和實驗為基礎的自然科學，在物理學的產生和發展過程中，物理實驗自始至終占有極為重要的地位。如果把物理這門學科比作高樓大廈，那么物理概念就是構成這座大廈的基石。而承載著物理思想方法的物理概念，因為具有高度的抽象性和凝練性，對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，所以學生對大氣壓的理解比較困難。為此，教師必須借助相關的物理實驗，使大氣壓概念變得形象、生動。下面，筆者從實際教學出發，對蘇科版物理八年級下冊“體驗大氣壓的存在”的實驗進行改進，并對此實驗進行了更深層次的思考與探索。

一、對實驗的改進

蘇科版物理八年級第9章第3節“體驗大氣壓的存在”實驗如圖1所示。實驗過程非常簡單：在易拉罐內加入少量的水，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。通過這個實驗讓學生體驗大氣壓的存在。

本實驗過程簡單、現象明顯，但有一個不易操作的地方，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，并安排了一個班級的學生進行分組實驗，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，發現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。

第二個班級的學生依然分成24組，使用了面團密封，遇到了以下問題：（1）加水量不易控制，需反復嘗試，浪費較多時間;（2）揉好面團后時間一長就會變干，不能重復使用。學生成功率也不高，僅14組成功。

后來在汽車內發現了一塊硅膠防滑墊，平時用來放置手機，如圖2所示，它的質地非常柔軟，表面十分光滑。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。在第二學年，筆者安排了25組學生進行分組實驗，有22組成功，成功率明顯高于前兩次實驗。

因此，在這個實驗的器材選取中舍棄了橡皮泥，加入了硅膠防滑墊，這就是筆者對本實驗的小小改進。

二、對實驗的再思考

本實驗的現象非常明顯：易拉罐扁了。看到這個現象，我們會自然而然地提出第一個問題：易拉罐為什么扁了？這個問題很多學生都能給出答案：被大氣壓扁了。這樣回答的學生往往是已經預習過或已經有了大氣壓概念，而對于完全沒有大氣壓概念的學生來說，這樣的答案得仔細推敲一下，因為既沒有看見大氣，也沒有看見“壓”的動作，憑什么說是被大氣壓扁了呢？很難理解。因此，僅從這個實驗就證明大氣壓的存在似乎有點草率。

再來推測一下給出“被大氣壓扁了”這個答案的學生的思維過程，這個答案多半是從書上看來的，未必是他自己得出來的。因此，教師可提出第二個問題：你為什么認為是大氣把易拉罐壓扁了？不要說是書上說的或者學教師講的，強調你是怎么認為的。此時，學生才開始真正地思考這個問題，他們會給出各種各樣的答案，其中比較合理的答案是：因為只有大氣與易拉罐接觸。這個答案表面上合情合理，但是仔細推敲一下：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”有必然的因果關系或邏輯關系嗎？未必。打個比方：警察破案時，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“證據不足”。同理，在本實驗中，僅從大氣與易拉罐接觸，就判定是大氣把它壓扁了，同樣“證據不足”。

為了獲得更充分的證據，緊接著就提出第三個問題：如何進一步證明的確是大氣把易拉罐壓扁了？此問題比較難，根據歷年的教學經驗，幾乎沒有學生能回答。因此，可適當給予提示：能否從反面證明？這樣的提示不僅能幫助學生思考，還能起到很好的引導作用。有了這個提示，頭腦靈活的學生就會想到：如果外部沒有空氣會怎樣？

為了探究易拉罐外部沒有空氣的情況下是否會被壓扁，就必須考慮第四個問題：如何設計實驗？“實踐是檢驗真理的唯一標準?！蓖ㄟ^實驗來證明是最有效、最客觀的方式。

三、對實驗的再設計

由于要抽走易拉罐外部空氣，所以需要抽氣機、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真空罩內。因此，我們改放一個已經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，觀察瓶子還會被壓扁嗎？

實驗現象表明，抽出空氣后，瓶子會鼓起來，這說明沒有空氣，瓶子就不會被壓扁。接下來如果把真空罩的

閥門打開，讓空氣進入，我們會看到瓶子再一次被壓扁，這說明有空氣，瓶子就會被壓扁。

至此，我們從正反兩個方面證明了：的確是空氣把瓶子壓扁了。證據更加充分。此時得出實驗結論：大氣對處在其中的物體有壓強。

四、對實驗的反思

縱觀整個實驗過程，通過正反兩個實驗證明了大氣壓的存在。正面實驗是書本推薦的，此實驗過程簡單、現象明顯，但實際教學中開設率并不高，其中主要原因可能就是找不到合適的密封材料，導致成功率不高，實驗效果大打折扣。使用硅膠防滑墊后，實驗的可行性和成功率都大大提高了，可以安排分組實驗，讓學生親自動手感受實驗帶來的精彩與震撼。

反面實驗其實非常簡單，不管是可行性，還是成功率，都非常高。因此，在實際教學中完全可以應用，學生的反響非常熱烈，效果顯著。通過這個實驗，結論的得出顯得順理成章、證據充分！

這兩個實驗間的銜接與過渡，可通過四個問題來實現，這四個問題逐層遞進，學生對問題的感受應該是：一開始信心滿滿地認為“我知道答案”，但仔細推敲后又會對自己的答案產生懷疑，這種思維上的沖突促使他們一步一步地接近真相。學生記住實驗結論只是對前人知識的繼承，而對這些問題的思考才是對科學家思想的繼承。

“學而不思則罔”， 如果盲信：教師說的都是對的，課本上說的都是對的，權威說的都是對的……這樣一味盲從，那問題就大了?，F實中，確實有些學生的思維就是這樣的，要是問他為什么，他會回答：“書上說的，哪一個老師說的，哪個專家說的?！边@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的凝練，要轉化成自己的知識，必須學會獨立思考，融入自己的認知。

重視證據的積累和嚴密的邏輯思維是從事科學研究必備的專業素養。證據是得出正確實驗結論的依據，現實中有些學生為了貪圖省力，簡化實驗數據，使得數據不具備充足的普遍性，甚至有學生為了湊出實驗結論偽造數據，這些都是有違科學精神的。還有很多學生對各個物理量之間的因果關系、先后順序、邏輯關系理解不透，“甲”和“乙”誰決定誰？在多個物理量中，誰和誰有關？這些問題通常使學生感到頭疼。因此提高學生搜集證據和邏輯思維的能力至關重要。

綜上所述，實驗的改進需要經歷反復的嘗試和多次的失敗，更需要平時的細心觀察，做個生活的有心人。實驗的目的不應只是對實驗結論的關注，更應該關注實驗過程中物理思想和科學精神的滲透。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 吳沛儒.借助物理實驗 優化概念生成[J]. 學苑教育，2016（24）：93 .

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

（責任編輯 易志毅）