基于PBL教學(xué)法的液體壓強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)

孫云娟

摘? 要 以問題為主線，以實(shí)驗(yàn)為手段，使學(xué)生掌握液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)及計(jì)算方法，體會(huì)科學(xué)研究問題的一般方法，提升學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力，以期為一線物理教學(xué)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞 PBL教學(xué)法;液體壓強(qiáng);物理實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì);科學(xué)素養(yǎng)

中圖分類號(hào)：G642.41? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）17-0078-03

1 教材分析

地位和作用? “液體的壓強(qiáng)”一節(jié)安排在“壓力”及“固體壓強(qiáng)”之后，既是對(duì)壓強(qiáng)知識(shí)的擴(kuò)展，又為學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)以及浮力知識(shí)打下基礎(chǔ)，起著承上啟下的重要作用。

教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：認(rèn)識(shí)液體壓強(qiáng)。

教學(xué)難點(diǎn)：液體壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)和計(jì)算。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與能力：認(rèn)識(shí)液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因、特點(diǎn);液體壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)計(jì)算，能理論聯(lián)系實(shí)際，解釋生活中遇到的液體壓強(qiáng)問題。

過程與方法：基于問題，小組合作探究，建立實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停莆諏?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的填寫及分析的方法，體會(huì)由表象觀察到本質(zhì)思考的思維方法。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：體會(huì)到科學(xué)探究問題的樂趣及獲得感，對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生濃厚的興趣。

2 學(xué)情分析

1）學(xué)生已經(jīng)學(xué)過了固體的壓強(qiáng)，對(duì)壓強(qiáng)的概念有初步的認(rèn)識(shí)，有助于本課程的學(xué)習(xí)。

2）學(xué)生有強(qiáng)烈的好奇心，對(duì)提出問題有強(qiáng)烈的求知欲，對(duì)小組合作交流充滿期待。

3）學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的興趣和注意力不持久，遇到解決不了的問題容易懈怠，需要教師的引導(dǎo)和督促，以保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)儀器與材料

教師提供實(shí)驗(yàn)儀器與材料：塑料袋，塑料瓶3個(gè)（2組）（兩端開口、一端開口、側(cè)開口）、塑料袋、橡皮膜3個(gè)（2組）、濃鹽水、U形管壓強(qiáng)計(jì)2個(gè)、刻度尺、水、注水水槽等。

4 基于PBL教學(xué)法的液體壓強(qiáng)教學(xué)設(shè)計(jì)

PBL教學(xué)法（Problem/Project-Based Learning）是指以學(xué)生自主學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，以解決問題為目的，學(xué)生通過主動(dòng)學(xué)習(xí)、探究實(shí)踐，獲取知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)模式。

Problem-1：裝有容器的液體，對(duì)底部有壓強(qiáng)嗎？

教師將20個(gè)參與實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分成A、B組，由學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)器材。A組學(xué)生選擇了水和塑料袋，將塑料袋注水。B組學(xué)生向一端塞入橡皮膜的塑料瓶注水。兩組學(xué)生交流討論，嘗試解決Problem-1。教師請(qǐng)兩組學(xué)生分別闡述該組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原因和目的，以及在實(shí)驗(yàn)中的發(fā)現(xiàn)和疑問。

A組發(fā)言：“水將干癟的塑料袋撐開，用手托塑料袋，感覺手是承重的，這說明水對(duì)塑料袋是有壓力的。根據(jù)之前學(xué)習(xí)的壓強(qiáng)和壓力的關(guān)系P=F/S，推測(cè)水對(duì)塑料袋底部是有壓強(qiáng)的。至于壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)，還需進(jìn)一步探討。”

B組發(fā)言：“水注入塑料瓶，橡皮膜變形，說明水對(duì)塑料瓶底部是有壓力的，導(dǎo)致橡皮膜變形。推測(cè)是由于水受到重力作用，進(jìn)而對(duì)容器底部產(chǎn)生壓強(qiáng)和壓力。”

教師表揚(yáng)學(xué)生在解決問題的過程中表現(xiàn)出的團(tuán)隊(duì)合作精神、探究問題方法以及嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的態(tài)度，并請(qǐng)A組學(xué)生將Problem-1的討論結(jié)果寫在黑板上。A組板書：液體對(duì)容器底部存在壓強(qiáng)。

Problem-2：裝有容器的液體，對(duì)側(cè)壁有壓強(qiáng)嗎？

教師請(qǐng)A、B兩組學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)儀器，解決以上問題。A組在裝滿水的塑料袋側(cè)面用針扎一個(gè)小洞。B組在側(cè)面有橡皮膜的塑料瓶里注入水。教師請(qǐng)兩組學(xué)生來分別闡述各組的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案是否解決了Problem-2。

A組發(fā)言：“在裝滿水的塑料袋側(cè)面用針扎一個(gè)小洞，發(fā)現(xiàn)水從小洞向外噴出，這說明水對(duì)側(cè)面是有壓力和壓強(qiáng)的，這也是水從側(cè)面噴出的原因。”

B組發(fā)言：“在向側(cè)面開口的塑料瓶里注入水的過程中，發(fā)現(xiàn)側(cè)方的橡皮膜形狀發(fā)生了變化，向外凸起，這說明水對(duì)側(cè)面是有壓力和壓強(qiáng)的，導(dǎo)致橡皮膜發(fā)生形變。”

教師請(qǐng)B組學(xué)生在黑板上寫下Problem-2的討論結(jié)果，B組板書：液體對(duì)容器側(cè)面有壓強(qiáng)。

Problem-3：壓強(qiáng)和哪些因素有關(guān)呢？

教師請(qǐng)A、B兩組學(xué)生自由選擇實(shí)驗(yàn)儀器，解決以上問題。A、B兩組學(xué)生均選擇了相同的塑料瓶、水、濃鹽水、U型管壓強(qiáng)計(jì)。

1）將水分別灌入兩個(gè)相同的塑料瓶，在相同的深度，根據(jù)U型管壓強(qiáng)計(jì)判斷：金屬盒在液體內(nèi)，不同方向，壓強(qiáng)相等是否相等[1]（見圖1）？

2）將水分別灌入兩個(gè)相同的塑料瓶，在不同的深度，根據(jù)U型管壓強(qiáng)計(jì)判斷：金屬盒在液體內(nèi)不同深度，壓強(qiáng)是否相等（見圖2）？

3）將一個(gè)塑料瓶灌入濃鹽水，另一個(gè)塑料瓶灌入水，根據(jù)U型管壓強(qiáng)計(jì)判斷：金屬盒在相同的深度，液體壓強(qiáng)是否相等（見圖3）？

教師請(qǐng)學(xué)生講解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理，并在實(shí)驗(yàn)中記錄數(shù)據(jù)，填寫表1[2]。

學(xué)生回答：“在探索中發(fā)現(xiàn)，液體壓強(qiáng)與液體的深度、密度有關(guān)系，液體的深度越深，密度越大，壓強(qiáng)也越大。我推測(cè)如果換成煤油或者其他液體，也能發(fā)現(xiàn)在液體深度相同處，U型管的高度差也會(huì)不相同。”

Problem-4：壓強(qiáng)怎么計(jì)算？

教師演示實(shí)物模擬液柱對(duì)底面的壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，利用壓強(qiáng)定義公式結(jié)合質(zhì)量、密度、重力公式推導(dǎo)。學(xué)生對(duì)物理模型比較生疏，教師通過演示實(shí)驗(yàn)?zāi)M液柱對(duì)底面的壓強(qiáng)來建立模型液柱，通過求解液柱對(duì)底面的壓強(qiáng)來推出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的一般公式[3]。

如圖4所示，高度為h的液柱，受到的重力為：

G=mg=ρVg=ρshg

重力轉(zhuǎn)化為壓力F，壓強(qiáng)為：

P=F/S=ρgh

5 板書設(shè)計(jì)

液體壓強(qiáng)的特點(diǎn)：

1）液體對(duì)容器底部、側(cè)壁有壓強(qiáng);

2）液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng);

3）同一液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨深度的增加而增大;

4）不同液體同一深度，密度越大，壓強(qiáng)越大。

液體壓強(qiáng)的計(jì)算公式：

P=ρgh

6 教學(xué)反思

PBL教學(xué)法體現(xiàn)了以學(xué)生為主體、以解決實(shí)際問題為基礎(chǔ)的教學(xué)理念，把獲取知識(shí)的主動(dòng)權(quán)和探究權(quán)交給學(xué)生，發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力、想象力和交流合作的能力，讓學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和操作實(shí)驗(yàn)過程中，體會(huì)到科學(xué)探究問題的一般過程和方法，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。當(dāng)然，PBL教學(xué)法也有其局限性，學(xué)生探究前需要查閱較多的文獻(xiàn)，占用大量的時(shí)間，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中也會(huì)花費(fèi)大量的時(shí)間嘗試。在有限的課堂時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)不一定每次都科學(xué)合理，不一定每次都能解決教師提出的問題。這樣一來，傳授知識(shí)的時(shí)間會(huì)被壓縮，可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)掌握得不扎實(shí)、不系統(tǒng)、不全面，對(duì)知識(shí)結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)性和連貫性的思考[4]。

在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中，教師提供的實(shí)驗(yàn)儀器有塑料袋、塑料瓶等生活中常見的物品，使學(xué)生體會(huì)到，物理儀器不一定要在實(shí)驗(yàn)室中尋找，物理規(guī)律也非高深莫測(cè)，“物理來自生活”，從而幫助學(xué)生消除對(duì)物理的距離感。■

參考文獻(xiàn)

[1]田陽陽.對(duì)“研究液體內(nèi)部壓強(qiáng)”演示實(shí)驗(yàn)的思考[J].物理教師，2019（3）：48-49.

[2]滕文.基于實(shí)驗(yàn)構(gòu)建的“液體的壓強(qiáng)”教學(xué)設(shè)計(jì)[J].物理通報(bào)，2019（S2）：82-88.

[3]林維杰.氣體壓強(qiáng)改變對(duì)液體內(nèi)部壓強(qiáng)影響的定性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J].物理實(shí)驗(yàn)，2019（3）：57-60.

[4]趙玥.PBL交融LBL教學(xué)法在高中生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用[J].生物學(xué)教學(xué)，2020（1）：45-46.