大氣壓強實驗改進與創新及應用的有效策略

摘 要：“大氣壓強”是初中物理知識的重點內容之一，為學生理解地球周圍的大氣存在壓強提供了重要體驗，為學生后續學習大氣壓強大小的知識建立了重要的前概念。文章作者在多年的教學實踐中發現學生對《大氣壓強》這一節課的學習往往感到很困惑，因此立足于有效備課的視角，自制教具讓學生在課堂上可以直接體驗到大氣壓強的存在，以提升學生的核心素養。

關鍵詞：核心素養;大氣壓強實驗;反思

中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：A?文章編號：2095-624X（2020）23-0029-02

一、挖掘核心素養，形成教學策略

1.科學知識

《義務教育物理課程標準（2011年版）》對“大氣壓強”的教學要求為：“知道大氣壓強及其與人類生活的關系。”《廣州市義務教育階段學科學業質量評價標準》（2013版，物理）對大氣壓強的具體評價為：“知道馬德堡半球實驗和托里拆利實驗;了解測量大氣壓強的方法;了解大氣壓強與人類生活的關系”[1]。而本節課中學生需要構建的核心知識為“大氣壓強的存在及其測量方法”“大氣壓強與人類生活的關系”。

2.科學方法

在進行“大氣壓強”教學時，教師主要利用自制教具的演示，讓學生觀察到酒精在瓶子中燃燒后瓶子迅速變扁，同時聽到啪啪聲;看到瓶中和吸管中充滿牛奶時，牛奶吸不起來，以及吸管側面開孔后，牛奶也吸不起來，形成思維沖突，激發學生思考問題、分析問題的興趣。實驗演示大大減少了教師的語言解釋，而且有利于學生物理核心素養的提高。

3.科學精神和態度

《義務教育物理課程標準（2011年版）》指出，“有將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識”，“體驗戰勝困難、解決物理問題時的喜悅”，“養成實事求是、尊重自然規律的科學態度”。教師應該發揮物理學科優勢，在大氣壓強的教學中立足于科學知識和方法，培養學生的科學精神，不能只停留在教授知識的層面，還要有培養學生創新的意識。教師要利用課堂讓學生形成終身學習的意識，培養學生“有將科學服務于人類的意識，熱愛祖國，有振興中華的使命感與責任感”[2]。

4.科學應用

學習物理知識的意義在于學生能利用所學的知識去分析問題和解決問題，特別是將所學知識和方法內化成一項重要的生活技能。教師要與學生互動進行大氣壓強的教學，設計好實驗的環節并適時提問，驅動學生進行現象分析。筆者通過教學實踐認為，在大氣壓強的教學過程中，教師應該設計如下問題讓學生思考：（瓶子和吸管中充滿牛奶時）用力吸牛奶，牛奶沒吸到口中，吸這個動作能讓牛奶到口中來嗎？（吸管有孔時）用力吸牛奶，牛奶也沒吸到口中，吸這個動作能讓牛奶到口中來嗎？如果要讓池塘里的水通過管道到達高處，利用以上的原理我們應該怎樣做呢？學生不一定在課堂上能夠回答出第三個問題，但教師可以激發學生思考，讓學生在課后討論，也可以讓他們課后查找資料。教師要讓學生了解大氣壓強在生活中的應用除了吸盤、吸管，在生產生活中的具體應用案例還有抽水機和沐浴露瓶上的壓力泵等。

二、發現教學問題，創新教學儀器

人教版物理八年級下冊教材第九章第三節《大氣壓強》一課雖然沒有要求演示證明大氣壓強存在的實驗，但建議講評的相關實驗有：覆杯實驗、吸管吸飲料、吸盤吸墻面、鐵桶壓扁實驗。雖然覆杯實驗、吸管吸飲料、吸盤吸墻面等實驗操作都比較簡單，但學生對“飲料不是吸入口中的，而是大氣壓強壓入口中的”仍然存在較大的困惑：明明用嘴巴吸了吸管，飲料才進入口中的，為什么是大氣壓強壓入口中的？而鐵桶壓扁實驗，若教師在課堂上演示，則會由于操作抽氣機而耗費較多的課堂時間，因此教師往往采用播放視頻的辦法，但教學的效果大打折扣。筆者經過思考，并經過教學實踐證明，可以用比較簡便的實驗解決以上兩個問題。

創新制作方法如下。

（1）取材：內徑約1厘米的透明硬質吸管兩根，透明玻璃瓶一個，與瓶口吻合的橡膠塞一個，容積18升的空飲用水桶一個，打火機一個，鑷子，酒精，棉花。

（2）制作流程：①在橡膠塞正中間打一個孔，使透明吸管能剛好插入孔中，在孔與膠塞之間用熱熔膠密封;②另一根透明吸管在靠近吸嘴2厘米處開一個直徑約1厘米的孔;③把容積18升的空飲用水桶桶口處的膠套去除，備用。

三、精心設計問題，培養核心素養

1.導入情景

師：下面，我想請一位同學上來喝牛奶。誰愿意上來呢？（教師拿出玻璃瓶和橡膠塞。）

一名學生走上講臺，站在教師旁邊。

2.介紹器材

師：這是一個干凈的玻璃瓶，現在我向瓶中倒滿牛奶，然后用這個帶透明吸管的橡膠塞塞緊瓶口，吸管與瓶塞之間是密封的。現在我們看到牛奶已經滿到吸管口了。（教師一邊解說，一邊操作。）

3.師生互動

師：（對著上臺的學生說）我現在請這位同學來喝牛奶。規則是除了用嘴接觸吸管，不能用身體任何部位接觸瓶子。

學生用力吸吸管。

師：吸這個動作能讓牛奶到口中來嗎？

生：沒有。

師：你認為怎樣做才可以用吸管喝到牛奶呢？

生：打開塞子。

師：（打開塞子，換了一根側面開孔的吸管）我再請你喝牛奶。

學生再次用力吸吸管。

師：吸這個動作能讓牛奶到口中來嗎？

生：（感到很困惑）還是喝不到牛奶呀！

師：你能否談一下兩次吸牛奶的感受，有沒有什么不一樣？

生：第一次感覺吸不動。第二次感覺吸到的是空氣。

師：現在只有這兩根吸管，你怎樣才能用它們喝到牛奶呢？

學生吸取了前兩次的經驗，用帶塞子的吸管，但不塞緊瓶口，吸到了牛奶。然后換成用手指堵住小孔，也吸到了牛奶。

師：感謝你的配合，請坐下。我們發現封住瓶口，就算用力吸了吸管，牛奶也不能進入口中;吸管有孔，牛奶也無法吸入口中。看來我們吸飲料時，是因為我們周圍有大氣壓的存在，是大氣把飲料壓入口中的。

以下是飲水桶壓扁實驗。

師：我們的周圍存在大氣，那么大氣壓強有多大呢？下面我們通過一個實驗來體驗一下。（拿出容積18升的飲用水桶）請一位同學上臺來試試，能否壓扁這個飲水桶？

生：（嘗試用力壓飲水桶，用腳踩飲水桶，都只能稍微將桶壓凹陷。）

師：看來這位同學的力量不能把這個飲水桶壓扁呀！下面我們一起來看一股神奇的力量吧！教師把點燃的酒精棉放入飲水桶中，并用手掌蓋住桶口，請同學們觀察。（教師一邊講解一邊操作，舉高飲水桶，稍后看到飲水桶的大部分凹陷，同時聽到巨大的啪啪聲。）

學生驚嘆。

教師松開封住桶口的手掌，桶身快速恢復原狀，再次發出啪啪聲。

學生再次驚嘆。

4.實驗小結

我們周圍存在著大氣。用吸管吸飲料時，是大氣壓在了液面，將飲料壓入了口中。飲水桶內的酒精燃燒，桶內氣壓減小，大氣壓將飲水桶壓扁了，證明大氣壓強還是很大的。

四、教學反思

以上兩個實驗的器材可以從生活中很方便地獲得，制作成本低，操作方法也十分簡單。帶密封橡膠塞的吸管和側面開孔的吸管，能夠有效幫助學生建立大氣壓強存在的感性認知，而且實驗過程的推進自然而且有趣味性。通過兩個實驗的演示和師生互動，學生產生了思維沖突，啟發了學生用吸管喝牛奶的本質原因是什么。學生未把飲水桶壓扁而大氣壓把飲水桶壓扁的實驗形成了明顯的實驗效果對比。學生體驗到了大氣壓強的存在，使學生對大氣壓存在和大氣壓很大形成了深刻的印象，為他們后續學習大氣壓強的測量作鋪墊，實現了課堂的有效性。

課堂是培養學生核心素養的主陣地。教師圍繞教學目標進行教學，以先進的教學理念為指導，立足于物理核心素養培養，反思教學問題，探索解決問題的方法，結合創新教具精心設計問題，以求課堂教學更加高效。教師創新教具的態度也激勵了學生勇于面對困難，有效培養了學生的科學精神和科學態度，這就真正達到了立德樹人的教育目標，這也是我們所有教育工作者共同奮斗的目標[3]！

[參考文獻]

[1]廣州市教育局教學研究室.廣州市義務教育階段學科學業質量評價標準（物理）[S].廣州：廣東教育出版社，2013：60.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[3]馬朱林.以“楞次定律”為例踐行核心素養教學[J].中學物理教學參考，2018（Z1）：8.

基金項目：廣州市第三批市教育系統創新學術團隊“中學物理演示實驗改進創新及其在教學中的應用研究”（1201630019）。

作者簡介：覃燕娜（1985— ），女，廣東德慶人，中學一級教師，本科，研究方向：初中物理教學。