創新物理實驗教學構建智慧課堂

趙艷娟

摘? ?要：本文以初中物理“液體的壓強”一節為例，探討如何通過創新物理實驗開發與應用，構建智慧課堂，促進學生深度學習。

關鍵詞：初中物理;創新實驗;智慧課堂;液體壓強;深度學習

引言

物理實驗是物理教學的重要內容[ 1 ]。物理教師若能在教學中重視實驗設計的層層深入，將有利于學生物理觀念的獲得與應用，科學思維的鍛煉與創新，科學探究的體驗與交流，科學態度的養成與提升[ 2 ]，從而促進學生深度學習[ 3 ]。下面，以初中物理八年級滬科版“液體的壓強”一節為例，探討在這一節實驗教學中作出的嘗試。

1? 利用塑料保鮮袋和礦泉水瓶設計實驗，幫助學生獲得液體壓強的直觀體驗

新課開始，教師用蛟龍號下潛到7000米海底深處的圖片引發學生思考：液體會對浸在其中的物體產生壓強嗎？液體壓強的方向、大小有什么特點？讓學生帶著問題做兩個分組實驗：先將套有保鮮袋的手臂伸入水下感受 （如圖1），再將側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）。實驗完成后請學生說一說觀察到了什么，說明了什么。借助低成本分組實驗器材讓每一個學生親身感受液體壓強的存在并就液體壓強的特點進行描述，從而提高學生的觀察能力、分析能力、表達能力。教師進一步結合演示教具（如圖3）和學生初步歸納液體壓強的特點：實驗表明，液體朝各個方向產生壓強，深度越深，壓強越大。

接下來，教師請學生思考兩個問題：（1）為什么液體可以朝各個方向產生壓強？（2）為什么深度越深，液體壓強越大？請學生結合觀察到的實驗現象進行推理：液體受重力，可以產生向下的壓強，液體具有流動性，所以向其它方向也可以產生壓強;液體越深，上面的液體越重，產生的壓力越大，于是壓強也就越大。教師順勢請學生結合上一節知識推導柱狀液體壓強的計算式p=ρgh，使學生自然將新舊知識聯系起來[ 3 ]。教師繼續追問：用這個公式可以計算液體向下產生的壓強，那液體向上、向左、向右的壓強該如何計算呢？液體壓強的大小除了可能與液體的密度、深度有關，與方向是否有關？與液體的形狀是否有關呢？從而引導學生進行猜想并設計實驗進行探究。

2? 利用U型管壓強計、不同形狀的容器探究液體壓強大小與哪些因素有關

本環節有兩個重點，一是用什么器材測量液體壓強的大小，引導學生學習U型管壓強計的測量原理和使用方法;二是用什么方法進行實驗探究，引導學生使用控制變量法驗證猜想。如果本環節教師有意進行了引導提問，那么本探究環節可以較為順利地根據教師的預設展開。若教師在第一個環節末端的提問改成“液體壓強大小除了與密度、深度有關，還可能與什么因素有關？”學生可能還會猜想到與液體重力、面積等因素有關。這時教師需要引導學生先簡后繁，把使用實驗器材較少的、操作簡單的實驗探究先完成，再完成相對復雜的探究內容。比如，當學生提出液體壓強可能與液體重力有關，那該如何設計實驗驗證猜想是否正確呢？經分析，如果僅改變液體重力，同時控制液體密度、深度不變，必須改變容器的形狀或底面積。為此，需要引導學生對猜想的變量分類，將液體壓強與液體重力或容器形狀、容器底面積是否有關同步探究完成（如圖4）。由于探頭橡皮膜中心處受到的液體壓強等效于橡皮膜受到的平均壓強，教師應指導學生測量探頭深度時盡量讀取與橡皮膜中心相平的刻度[ 4 ]。小組進行數據交流匯報時，若學生發現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，教師應引導學生思考原因：除了讀數誤差，由于不同小組的橡皮膜探頭松緊程度可能不同，所以即使液體壓強大小相同，不同探頭受擠壓后的形變程度仍然可能不同，導致U型管液面的高度差可能不同，等等。通過對實驗數據的分析交流，有利于學生發現問題，大膽質疑，深度思考。

3? 利用數字傳感器測量液體壓強，為液體壓強公式提供數據支持

U型管壓強計的使用，能半定量地幫助學生觀察和記錄液體壓強的強弱，但還無法直接測量液體壓強的數值。能否借助數字傳感器進一步測量液體壓強的具體大小，為液體壓強的計算式提供數據支持呢？筆者利用朗威公司開發的氣體傳感器進行了嘗試：如圖5，將氣壓傳感器分別與橡皮膜探頭和數據處理器相連，探頭置于空氣中，先利用氣體傳感器記錄大氣壓強值，再利用計算機對數據調零。將探頭伸入液體內部，可觀測到傳感器氣壓測量值增大。實驗調試中發現，只有當探頭橡皮膜張力適中時，橡皮膜兩側液壓增量與氣壓增量才近似相等（如表1）。當筆者將這套裝置展現給學生演示時，大部分學生能意識到傳感器直接測量的是橡皮管內氣壓值而非液壓值。教師順勢對目前市面上的液壓傳感器種類、測量精度做一些介紹，幫助學生了解液壓測量技術在生活、生產中的應用。

4? 借助自制針筒液壓演示器演示液體壓強的“魔力”，提升學生科學思維品質

新課教學快結束時，教師使用自制的針筒液壓演示儀給孩子們玩一個“小魔術”。如圖6，將兩個針筒用軟管連通并裝滿紅墨水（盡量排出管內空氣），其中一個針筒液面用活塞封閉。教師向學生提問：用什么辦法可以讓針筒的活塞由靜變動？請學生到講臺講解。教師接下來將活塞去除，改變兩個針筒相對高度，學生可以清楚地觀察到兩針筒內的紅墨水液面向相平的方向流動的過程。教師據此引導學生思考液體流動的原因，進一步為“理想液片法”教學提供實驗情境，提升學生科學思維品質，為下一節“連通器”教學作出鋪墊。

5? 結束語

實驗教學是物理教學重要組成部分，盡可能讓每一個學生在教師創設的實驗情境中去感受、猜想、發現、探索，有利于發展學生科學思維，培養學生科學精神，促進學生深度學習。

參考文獻：

[1]郭玉英.中學物理新課程教學概論[M].北京：北京師范大學出版社，2018：63.

[2]廈門市初中物理學科指導組. 基于學科核心素養培育的多元目標多元策略研究-初中學段物理學科[M].廈門：廈門市教育科學研究院，2017：138.

[3]義務教育物理課程標準實驗教科書編寫組，義務教育教科書物理教學參考書[M].上海：上海科學出版社（八年級），2018：128.

[4]田陽陽.對“研究液體內部壓強”演示實驗的思考[J]. 物理教師，2019， 40（3）：48-49.