應用對比實驗有效突破大氣壓強概念建立的難點

莊海云

（江蘇省江陰市敔山灣實驗學校，江蘇江陰 214400）

引 言

對比實驗是在觀察和實驗操作的基礎之上，以實驗現象為依據，通過人為控制實驗條件，對實驗過程中所產生的類似現象進行比對分析的一種實驗教學過程[1]。

“大氣壓強”作為壓強一章中重要的組成部分之一，也是初中物理教學中一個極為抽象的難點。筆者在教學中發現，學生對于大氣壓強的概念并未真正理解，僅僅是停留在識記的層面上。為了幫助學生建立起大氣壓強的概念，筆者在教學實踐中應用對比實驗有效突破了這一教學難點。

一、【對比實驗1】激趣導入

實驗器材：平口玻璃杯、硬紙片、水。

實驗操作：用硬紙片蓋住平口玻璃杯杯口，用手壓住，將平口玻璃杯倒置過來。

師：如果放手，將會看到什么現象？

生：硬紙片會掉下來。

教師慢慢放手，硬紙片果然掉了下來。

對比操作：玻璃杯里裝滿水，仍然用硬紙片蓋住玻璃杯杯口，用手壓住硬紙片，并倒置過來。

師：如果放手，可能會出現什么現象？

生：硬紙片會像剛才一樣掉下來，水會濺得滿地都是。

教師慢慢放手，硬紙片和水并沒有掉下來。

生：哇……好神奇！(學生一片驚嘆)

接下來，讓學生相互討論與交流，學生自然而然就會提出問題：“為什么一開始沒有裝水時硬紙片會掉下來，裝滿水后硬紙片和水反而都不掉下來呢？”教師提出猜想與假設，讓學生帶著問題進行新知識的學習，這起到了非常好的效果。

利用“神奇”的“覆杯實驗”創設了問題情境，讓學生在輕松愉快的氛圍中進行新知識的學習，這樣既集中了學生的學習注意力，又激發了學生學習的熱情和探究欲望，同時引出了本節的探究課題。教師讓學生在思考兩次實驗的不同之處后，通過對比實驗現象啟發學生得到第二次是因為大氣壓強作用的結論。但對于初次接觸“大氣壓強”概念的八年級學生來說，想要通過一個“覆杯實驗”就建立起“大氣壓強”的概念，顯然是不太現實的，所以緊接著引入下一組對比實驗。

二、【對比實驗2】演示釋疑

實驗器材：空塑料瓶、氣球、抽氣機、玻璃鐘罩。

實驗操作：將空塑料瓶擰去瓶蓋，接上抽氣機。

師：用抽氣機抽出瓶子中的空氣，瓶子會發生怎樣的變化？

生：瓶子會變扁。

教師演示，瓶子果真被壓扁。

師：瓶子為什么會變扁？

生：大氣壓把瓶子壓扁的。

師：真的是外面的大氣壓壓扁的嗎？

為了使實驗現象更加明顯，本對比實驗將塑料瓶換成了氣球（見圖1）。

圖1 對比實驗

操作：把吹了氣的氣球放在玻璃鐘罩內，玻璃鐘罩接抽氣機。

師：如果逐漸抽出玻璃鐘罩內的空氣，氣球會發生怎樣的變化呢？

生1：氣球會鼓起來。

生2：氣球仍然會被壓扁。

教師演示，通過觀察會發現，抽掉玻璃鐘罩內（氣球外面）的空氣時，氣球會鼓得更大。

這個對比實驗的現象：抽掉瓶內的空氣，瓶外的空氣會把瓶子壓扁；抽掉氣球外面的空氣，氣球內的空氣會把氣球撐鼓。這足以說明氣體對浸在它里面的物體有壓強。這番實驗的演示，打消了學生的疑慮，學生確信無疑：大氣的確存在壓強。為了讓學生對剛剛建立起來的“大氣壓強”概念加以理解與鞏固，筆者特引入下一組對比實驗。

三、【對比實驗3】分組體驗

實驗器材：2 個錐形瓶（裝滿自制的“飲料”）、吸管、帶有橡皮塞的長約15cm 的玻璃吸管。

實驗操作：用吸管吸“飲料”。

學生很輕松地吸到了“飲料”。

對比操作：用橡皮塞塞住錐形瓶瓶口，改用“玻璃吸管”吸“飲料”（見圖2）。

圖2

無論學生怎么用力吸，都吸不到一滴“飲料”。

師：沒塞橡皮塞時吸起來輕松自如，塞了橡皮塞卻一滴也吸不到，為什么會產生如此大的差異？

師：通過這個對比實驗，你們認為飲料是被“吸”上來的嗎？

生：“飲料”是被“大氣壓”壓上來的。

利用分組實驗，讓學生親身體驗大氣壓強的存在，能增強學生對大氣壓強的直接感受，提升他們對大氣壓強的認知水平。在學生實驗過程中，教師通過循序漸進地引導，引發學生對大氣壓強的深入思考。這樣的實驗設計，充分地培養了學生動手、動腦的能力，讓學生在合作學習過程中，發現并解決問題。到此為止，學生的“大氣壓強”的概念基本建立起來。為了加深學生對“大氣壓強”概念的理解并為后續大氣壓強的測量埋下伏筆，筆者特引入下一組對比實驗。

四、【對比實驗4】創新鞏固

實驗器材：2 根長約80cm、寬約2cm、厚約0.5cm 的木棒，鐵錘，手套。

實驗操作：將長木棒放在講臺邊，露出講臺約30cm，2位同學帶好手套雙手壓在講臺上的木棒上，教師拿鐵錘迅速使勁砸向露出講臺的木棒。

師：木棒斷了，請2 位同學談談是什么感受？

生：被壓在手下的木棒在敲斷的瞬間感覺向上的力很大。

生：我感覺我的手都被震疼了。

對比操作：換用另一根木棒放在同樣的位置，用鋪開的報紙蓋住講臺上的木棒，盡量壓好鋪平，使報紙與講臺盡量貼合（見圖3）。教師拿鐵錘迅速使勁砸向露出講臺的木棒。

生：哇……（木棒斷的瞬間，學生又一片驚嘆）

師：木棒斷了，而報紙幾乎沒動，是什么力壓住了報紙？

生：是大氣壓壓住了報紙。

長木棒先后2 次被砸斷，學生清楚地認識到：大氣壓不僅是存在的，而且大氣壓的“力量”不可小覷，這既鞏固了本節課所學內容，又為后續內容的學習打下了堅實的基礎，可謂“一箭雙雕”。

圖3

結 語

總之，中學階段是培養創新人才、鍛煉創新思維的關鍵時期。對比實驗作為一種重要的實驗類型，在物理教學中有著舉足輕重的作用，合理而恰當地運用對比實驗，可以幫助學生全面而準確地理解和掌握抽象的物理概念[2]。利用對比實驗開展教學活動，有利于激發學生的學習熱情，有利于培養學生的探究能力和思維能力，還可以提高學生的科學素養和終身學習能力。