重視物理觀念形成的流體壓強與流速關系教學設計

張亞鍇 趙志國

摘 要：流體壓強與流速的關系與生活聯系緊密，采用貼近生活的素材，利用“小國旗被吸在空調出風口位置”的現象引入新課。設置問題情境，鍛煉學生解決問題的能力。利用漩渦以及榨汁機工作慢鏡頭啟發思考，幫助學生形成物理觀念。

關鍵詞：物理觀念; 教學設計; 流體壓強與流速

中圖分類號：G633.7? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ?文章編號：1006-3315（2020）9-010-002

物理觀念是物理學科核心素養的重要組成部分[1]，學習物理觀念的目的是為了學習者能夠用學過的物理知識解釋自然現象和解決實際問題[2]。教師在教學過程中應多聯系生活，利用原始問題，幫助學生形成物理觀念[3]。

流體壓強與流速關系是人教版八年級物理下冊第九章第四節的內容。與“流速大的位置壓強小”相關的現象和應用在生活中較為常見，教材利用與生活聯系并不緊密的吹硬幣和吹紙條小實驗，得出規律[4]。這樣的小活動雖然具有一定的趣味性，但是難免會讓學生停留在對物理知識的記憶層面，不能很好地形成相應的物理觀念。所以筆者利用生活中的現象及應用設計本節課中流體壓強與流速關系的部分，幫助學生理解和應用物理知識。

1.引入新課

展示如圖1和圖2所示的兩種情景，介紹國慶節期間，公交車師傅在公交車內布置小國旗來慶祝中華人民共和國生日，提出問題①：“為什么在空調工作時，小國旗會被吸在空調出風口處？”引入新課。

【設計意圖】利用生活中客觀存在的現象結合真實問題，引發學生思考，培養學生將物理與生活聯系的觀念，有利用已有物理知識解決問題的意識。學生在觀察小國旗時，愛國之情油然而生。

2.氣體壓強與流速關系

結合上節課大氣壓強的知識，引導學生利用受力分析，得出在空調開始工作時小國旗運動狀態改變的原因是兩側受力不平衡。由于小國旗左右兩側面積相等，所以說兩側的壓強不相等，而在兩種情景中改變的是空氣的流動速度即流速。得出問題①的答案：可能是由于空調出風口處的空氣流速增大，壓強減小。

空氣是常見的氣體，教師自然而然帶領學生進行猜想：在氣體中，流速大的位置壓強小。接著進行實驗驗證，教師展示如圖3的裝置，提出問題②：“如何加快管口的空氣流速？”學生提出可以通過吹氣加快空氣流速。接著教師利用吹風機在其中一個管口吹氣，讓學生觀察管內壓強的變化，學生觀察不到任何變化感到十分迷惑。

此時提出問題③：“如何才能看出壓強的變化？”由于課堂的開始通過分析小國旗的運動情況得出壓強的變化，所以學生經過思考，能夠想到需要借助物體的運動得出壓強的變化。教師拿出泡沫球，放在管道中，并用吹風機在其中一個管口吹氣，讓學生觀察泡沫球的運動情況。然后在另一個管口重復實驗，學生發現兩次的實驗結果相同，泡沫小球都是從吹氣一側跳出，如圖4所示。經過分析能得出在氣體中流速大的位置壓強小。教師進行總結，并提出問題④：“在液體中是否也會遵循這樣的規律呢？”順利進入下一個環節。

【設計意圖】學生通過對生活中真實出現的現象進行分析，并得出猜想，在解決問題的過程中，形成一定的通過物理知識解釋生活現象的能力和物理與生活雙向聯系的觀念[5]。學生通過思考如何解決實驗現象不能直接觀察的問題，鍛煉轉化的思維方法。

3.液體壓強與流速關系

教師播放樹枝和冰塊向漩渦中心運動的視頻，如圖5，提出問題⑤：“為什么樹枝和冰塊會向漩渦中心移動？”。

經過對小國旗運動狀態改變原因的分析，學生能快速想到樹枝和冰塊都向漩渦中心移動的原因是漩渦中心水的流速快，壓強小。水是常見的液體，學生可進行猜想，在水中流速大的位置壓強小。然后通過實驗驗證猜想，在U型管裝置中放入黃色小球，并加入水，用電動攪拌器在其中的一個管口攪拌，讓學生觀察現象，如圖6所示，之后在另一個管口重復實驗。學生通過觀察現象發現，黃色小球總是會向攪拌的一側移動，得出在液體壓強與流速的關系。

由于在生活中與此規律有關的現象并不常見，這里為了加深學生的理解，加入榨汁機工作的慢鏡頭，如圖7所示，（為了使效果明顯，筆者將小型榨汁機倒置，用慢鏡頭進行記錄）學生經過觀看慢鏡頭可發現，當榨汁機工作時，刀片迅速轉動，帶動刀片附近的水快速流動，壓強減小，藍莓被吸在刀片附近，最終被打碎。

【設計意圖】學生通過類比氣體壓強與流速的關系，能從物理視角解釋樹枝和冰塊被吸進漩渦的現象，并進行探究。通過慢鏡頭觀察榨汁機工作的過程，學生感受到物理知識與生活的聯系，體會物理知識的價值，增強用物理知識解決實際問題的意識。

4.總結規律，拓展應用

教師提出在物理學中，具有流動性的氣體和液體統稱流體，并對規律進行總結得出：在流體中，流速越大的位置壓強越小。隨后提供給學生以下可自行探究的問題：

a）龍卷風為什么能掀翻屋頂？

b）火車站為什么要設置安全線？

c）抽油煙機的工作原理是什么？

d）在海上航行時，兩船為什么不能并排行駛？

【設計意圖】在此過程中，學生解決問題的能力得到提升。同時，照顧不同程度的學生，為感興趣的同學提供了更多可選擇的方向。

通過以上的過程設計，可以發現，在課堂教學過程中，教師需要提供與生活聯系緊密的素材，通過原始問題啟發學生思考，幫助學生在問題的探究過程中形成物理觀念。教師應創設問題情境，幫助學生進行深層次的探究和學習，并提供物理知識的相關應用，幫助學生提高用物理知識解決實際問題的能力，形成相應的物理觀念。

基金項目：洛陽師范學院2019年度研究生教育科研基金項目“顯化科學方法的高中物理規律教學案例研究”（編號：2019-YJSJYJJ-06）

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準[S]北京：人民教育出版社，2017

[2]廖伯琴，李洪俊，李曉巖.高中物理學科核心素養解讀及教學建議[J]全球教育展望，2019，48（9）：77-88

[3]高博.原始物理問題的教學價值與實踐[J]中學物理教學參考，2019，48（16）：76

[4]人民教育出版社，物理課程研究開發中心，義務教育教科書物理下冊[M]人民教育出版社，2012

[5]李春來.在問題解決中通過深度學習發展物理觀念[J]物理教師，2019，40（04）：16-18