創新實驗教學體驗探究過程

劉興美

摘 要：物理是一門以實驗為基礎的學科，生動的創新實驗能極大地激發學生好奇心和求知欲，調動學生探究積極性，同時也能培養學生的科學探究能力和科學思維，促進物理學科核心素養的發展.文章以“大氣壓強”教學為例，挖掘各種實驗課程資源，設計創新實驗，運用多種思維方式，提供豐富多彩的實驗現象，激發學生的學習興趣，從而進一步提升物理實驗教學的高效性.

關鍵詞：核心素養;大氣壓強;創新實驗;實驗探究

文章編號：1008-4134（2020）06-0033 ? ?中圖分類號：G633.7 ? ?文獻標識碼：B

1 教學設計理念

“大氣壓強”是新人教版物理八年級下冊第九章第三節內容，雖然大氣壓與我們的生活密切相關，但是由于它看不見、摸不著，不容易被人們所察覺，所以大氣壓強的相關知識對于學生來說是比較抽象的，學習起來思維銜接上有一定難度.如何創設各種實驗情境，呈現直觀清晰的實驗現象，讓學生產生深刻的感性認識和探究性體驗是本節課要重點解決的問題[1].同時為了體現課程標準從生活走向物理、從物理走向社會的課程基本理念，促進學生物理核心素養的培養，在本節教學中，從引入大氣壓強、體驗感受大氣壓強的存在、大氣壓強的測量和大氣壓強的變化四個方面設計創新實驗，培養了學生觀察能力、動手能力和創新思維，幫助學生完成對知識的構建.

2 本節課創新之處

2.1 空手劈木條實驗引入大氣壓強

本實驗需要準備的實驗器材有：一根厚5mm寬5cm的長木條、一張報紙、一只手套，提出問題：能不能借助這些器材只用一只手將木條劈斷？有的學生感覺不可能，有的學生則提出可以用手將木條一部分壓在桌子上，然后用另一只手劈露出桌邊的部分，但是要求是只用一只手，提供的器材還有一張報紙，可以借機提出蓋張報紙一只手就能輕松劈斷木條大家相信嗎？許多學生不相信是真的，但是又充滿期待，接下來是見證奇跡的時刻.演示整個實驗過程：（1）把木條三分之一伸出桌面;（2）用報紙蓋住木條在桌子上的部分，將報紙壓緊鋪平;（3）戴上手套劈向漏出桌邊的木條，木條斷了.

當學生看到這一幕時瞠目結舌，一張報紙對木條的壓力怎么如此之大？原理就是大氣壓強.報紙覆蓋住木條在桌面上的部分，這個時候報紙上面的大氣壓力大約在20000N左右.所以說當我們快速劈斷木條的時候報紙上面的壓強穩穩地壓住了下面的木條.這是一個既有科學性又有趣味性的演示實驗，激起了學生強烈的學習激情和師生的互動，由此產生的課堂效果不言而喻.

2.2 體驗和感受大氣壓強的存在創新實驗設計

2.2.1 演示實驗：長頸燒瓶吞鵪鶉蛋

這個實驗的常規做法是：點燃沾有酒精的棉花，用夾子將其放入廣口瓶中，稍等片刻，迅速將剝了皮的熟雞蛋一端放在瓶口，雞蛋會迅速滑落到瓶中.整個過程時間很短，學生來不及觀察，雞蛋已經掉落瓶底.針對這種情況，筆者做了改進，將廣口瓶換成長頸燒瓶，鵪鶉蛋取代雞蛋.具體做法如下：向長頸燒瓶中倒入少量熱水，搖晃后將熱水倒出，等待幾秒鐘，將剝了殼的熟鵪鶉蛋放在瓶口，由于瓶頸比較長，可以清晰地看到鵪鶉蛋被“吞入”瓶中的整個過程，同時將瓶口朝向各個方向，都能看到鵪鶉蛋被大氣壓入的過程，充分證明了大氣朝各個方向都有壓強（如圖1所示）.

2.2.2 學生自主實驗 探究大氣壓的存在

注射器創新實驗：（1）利用注射器吸液體，為了增加可視度，向水槽內的水中滴入幾滴紅墨水，將去掉針頭的注射器針管插入水中，向后拉活塞會看到水慢慢進入針管，當水進入針管一部分時，向上提起注射器，使管口離開水面，會觀察到水不會從管口流出，繼續向上拉動活塞直到活塞從針管中拔出，這時會看到水從針管口流出;（2）注射器針頭去掉，將活塞推至管口端，左手拿好注射器同時用食指堵住管口，右手向后拉活塞會感覺很吃力，當把活塞用力拉至針管末端時，松開右手，活塞會自動返回管口處;（3）將注射器活塞推至管口端，使管口朝上，用手指堵住管口，在活塞底端系一線環，掛上鉤碼或學生身邊物品，比如筆袋、鑰匙掛等都不會掉落下來.

礦泉水瓶創新實驗：（1）礦泉水瓶中裝滿水，用手堵住瓶口，將其倒立插入盛有足夠水的透明水槽中，移開堵住瓶口的手，將瓶子向上提，但瓶口不露出水面，會看到瓶中的水不下落;（2）擰下瓶蓋，向瓶中倒入少量熱水，涮一涮，迅速擰緊瓶蓋，會看到礦泉水瓶被大氣壓壓癟，打開瓶蓋后，瓶子會恢復原狀;（3）將一礦泉水瓶側面扎幾個細孔，再往瓶中倒入適量的水，此時會發現瓶子側壁有水流出，然后擰緊瓶蓋，這時可觀察到瓶子側壁并沒有水流出.如果再擰松瓶蓋，又發現水流了出來.充分說明是大氣壓作用形成的這一現象.

物理課程標準中指出，應大力提倡利用身邊的物品、器具、材料等進行物理實驗.這樣不但具有簡單、直觀等優點，而且有利于學生動手能力和創新能力的培養[2].使學生對大氣壓強由感性認識上升到理性認識，同時學會將物理知識聯系生活實際.培養了學生的科學思維與科學探究素養.

2.3 巧妙設計實驗引出大氣壓的測量——托里拆利實驗

對于大氣壓的測量，教材上直接給出了托里拆利實驗，這對學生來說思維上的跨度是比較大的，理解起來有難度，為了解決這一困惑，設計了如下的小實驗，選擇大小不同的試管，長1m的一端開口的長玻璃管，滴入紅墨水的透明水槽，分別將大小不同的試管、長玻璃管灌滿水倒置于水槽中，管口沒在水面以下，觀察到管中始終充滿水，說明大氣壓能托起一定高度的水柱，如果知道了大氣壓能支持的水柱的最大高度，那么水柱產生的壓強就等于大氣壓強，到底大氣壓能支持多高的水柱呢？觀看用水測量大氣壓的視頻.發現用水測量大氣壓水柱太高，器材的選擇、實驗操作都很不方便，怎樣改進呢？學生經過分析得到：根據p=ρgh可知，要想降低液柱的高度，應該換用密度更大的液體，因此可以選擇密度最大的液體水銀來做實驗，由此引出了托里拆利實驗.

通過觀察、實驗、分析、歸納，讓學生很順利地認識到托里拆利實驗的原理，避免了學生認知上的沖突，由表及里，層層深入.設計過程如圖2所示.

2.4 自制氣壓計探究大氣壓隨高度的變化

大氣壓強不是一成不變的，為了探究大氣壓隨高度是如何變化的，指導學生自制氣壓計，通過測量觀察尋找規律.制作過程如下：取一個廣口瓶，裝入適量的帶顏色的水，用橡皮塞堵住瓶口，在橡皮塞上打孔，取一根兩端開口的玻璃管，使玻璃管穿過橡皮塞插入水中，為了保證密封性良好，在橡皮塞與瓶口、玻璃管與塞子接觸的地方滴入蠟油，待蠟油凝固后從玻璃管上端吹入少量氣體，使瓶內氣體壓強大于大氣壓強，水會沿玻璃管上升到瓶口以上，為了便于觀察記錄玻璃管中水柱高度的變化，可用雙面膠將一把塑料直尺粘在玻璃管上.組織學生進行課外實踐測量，有的同學是在學校教學樓進行實驗，觀察從一樓到五樓玻璃管中水柱如何變化，并且在標尺上做好了標記;有的同學則是帶到家中，乘坐電梯從一樓到了十幾樓進行實驗觀察，通過分析實驗數據，總結歸納得出變化規律.還有的同學有了新的發現，把氣壓計放在家里，當天氣、溫度發生變化時，大氣壓也會發生變化，由此發現大氣壓不僅與高度有關，還跟溫度、天氣以及濕度等因素有關系.

這樣設計，目的是使學生在動手活動中發現新問題，找出新規律，培養學生觀察能力和創新能力，調動學生探究物理問題的興趣，提高分析問題和解決問題的能力，為今后的終身學習奠定了基礎.

總之，在教學中挖掘各種實驗課程資源，設計創新實驗，運用多種思維方式，提供豐富多彩的實驗現象，讓學生從觀察思考、實驗探究中獲得知識，這樣的設計，更符合學生的認知規律，發散學生的思維，提升學生的科學素養.

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]李運海，張勇治.創新實驗方法 體驗探究過程——以“電容器的電容實驗”教學為例[J].物理教學，2019，41（10）：37-38.

（收稿日期：2019-11-24）