創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 突破教學(xué)難點(diǎn)

華連鳳

摘要：利用液體壓強(qiáng)概念知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及其拓展實(shí)驗(yàn)，以“進(jìn)階”式教育策略闡述了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在概念教學(xué)中的重要意義。本文以液體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教程為例，用循序漸進(jìn)的認(rèn)知方式來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并拓展該概念的生活運(yùn)用，突破教學(xué)中的重難點(diǎn)，從而使學(xué)生熟練掌握該知識(shí)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：液體壓強(qiáng);創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì);概念教學(xué)

在以“學(xué)習(xí)進(jìn)階”理論為趨勢(shì)的大概念教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、提升學(xué)生自身科學(xué)素養(yǎng)的有效方式，對(duì)學(xué)生理解概念、熟練運(yùn)用概念的衍生知識(shí)起到了關(guān)鍵作用。然而在初中科學(xué)教程中，其存在著許多比較抽象的概念，這對(duì)于抽象思維形成還不夠完善的初中生而言具有較大的難度。因此，對(duì)于教師如何開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)突破教學(xué)重難點(diǎn)，則提出了更高的要求。

一、設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)突破概念難點(diǎn)

教育心理學(xué)的研究成果顯示，學(xué)生在形成概念的初級(jí)階段，必須先有一定的感性認(rèn)識(shí)，然后再上升到抽象的理性認(rèn)識(shí)上。在某一概念的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生首先接觸到的是教材的知識(shí)點(diǎn)，其中不乏一些相對(duì)比較模糊的概念，例如本文的液體壓強(qiáng)概念等。因此如果把抽象的、模糊的概念通過(guò)教學(xué)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)其具體化、形象化，那便可以有效地幫助學(xué)生深刻理解各大概念。而在這一“進(jìn)階”式的認(rèn)知過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段就體現(xiàn)出了其明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.構(gòu)建概念

浙教版七年級(jí)下冊(cè)第三章中的液體壓強(qiáng)概念，是初中物理教材的重點(diǎn)之一，同時(shí)也是難點(diǎn)之一。學(xué)生在學(xué)習(xí)該概念時(shí)，首先需要對(duì)其有一定的感性認(rèn)識(shí)，即知道什么是壓強(qiáng)，液體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因及其計(jì)算公式、影響因素有哪些等等。其中，壓強(qiáng)的定義是物體單位面積上所受力的大小，其定義公式為：

而對(duì)于液體來(lái)說(shuō)，其推導(dǎo)公式則為：

而且液體壓強(qiáng)主要是由自身重力產(chǎn)生的，受到液體密度、深度的影響。

從“進(jìn)階”式思維方式角度出發(fā)，學(xué)生首先需要從零碎的知識(shí)碎片中組織出完整的概念，即概念的構(gòu)建。通過(guò)課堂學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠?qū)υ摳拍钚纬梢粋€(gè)初步的記憶。但是教師一般在講解概念的時(shí)候，主要是按照書(shū)本內(nèi)容來(lái)講解的，學(xué)生也因?yàn)槿狈Τ橄笏季S想象能力而只能生硬的去記憶，從而導(dǎo)致無(wú)法徹底理解該概念。為了更深刻的理解該概念，實(shí)驗(yàn)教學(xué)便起到了關(guān)鍵性作用。

2.初步實(shí)驗(yàn)

在新教材的液體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)中，一般是以水作為主要的液體，其中主要的學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)，分別是：液體對(duì)容器底部和側(cè)壁的壓強(qiáng)探究實(shí)驗(yàn)（圖1）;液體內(nèi)部各個(gè)方向的壓強(qiáng)探究實(shí)驗(yàn)（圖2）。

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)分別證明了液體對(duì)容器底部和側(cè)壁均存在壓強(qiáng)，同時(shí)在液體內(nèi)部同一深度時(shí)，各個(gè)方向的壓強(qiáng)均相等。學(xué)生能夠通過(guò)該實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)概念的基本了解，加深對(duì)其的記憶。但由于學(xué)生的思維能力不同，對(duì)其的理解程度也存在差異，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生各種疑問(wèn)，因此需要對(duì)改實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一個(gè)定性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，主要從其影響因素p、g、h來(lái)考慮分析。由于參數(shù)g在相同環(huán)境條件下是相同的，因此只需要考慮剩余兩個(gè)參數(shù)。下圖3所示為裝有酒精溶液的試管，其試管口處有橡膠薄膜覆蓋，并將其緩慢插入裝有水溶液的容器中，其中h1為試管內(nèi)酒精溶液的高度，h2為試管插入水中的深度。在該實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)試管未插入水中時(shí)，由于酒精溶液受到自身重力的影響，對(duì)薄膜產(chǎn)生壓強(qiáng)，使其向外凸出，如圖3-3所示;當(dāng)試管慢慢向下插入時(shí)，薄膜會(huì)逐漸恢復(fù)，當(dāng)h1和h2達(dá)到一定比值時(shí)，薄膜將如圖3-2所示;如果試管繼續(xù)深入，則會(huì)出現(xiàn)圖3-1所示情況。

通過(guò)對(duì)該實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象進(jìn)行分析，學(xué)生可以相對(duì)容易的理解液體壓強(qiáng)的影響因素，有助于整合自身相對(duì)完整的概念。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)加深理解

根據(jù)新課標(biāo)所指出的，對(duì)于概念的學(xué)習(xí)不僅需要對(duì)其記憶并理解，同時(shí)還需要熟練掌握如何運(yùn)用。利用定性對(duì)比實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚣铀賹W(xué)生對(duì)概念的理解，為了能夠熟練運(yùn)用，本文設(shè)計(jì)了針對(duì)液體壓強(qiáng)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)。

連通器原理以液體壓強(qiáng)為基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中，生活中比較常見(jiàn)的有：茶壺的設(shè)計(jì)，下水道的設(shè)計(jì)等等。連通器的定義是上端開(kāi)口、下部連通的容器，最為基本的容器如圖4所示：

當(dāng)容器內(nèi)的液體相對(duì)靜止時(shí)，由于液體內(nèi)部各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等，根據(jù)液體壓強(qiáng)公式可以得出，試管左右兩邊高度h1和h2是相等的。根據(jù)這個(gè)原理，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)易的連通器裝置，如圖5所示：

該實(shí)驗(yàn)首先需要準(zhǔn)備三個(gè)透明的塑料瓶以及帶顏色的水溶液，以便用于觀(guān)察，并用導(dǎo)管將三個(gè)瓶子連通起來(lái)。首先將1號(hào)瓶和3號(hào)瓶的瓶蓋打開(kāi)，將2號(hào)瓶瓶蓋擰緊，如圖5-1中所示。然后將綠色的水從3號(hào)瓶中注入，這里可以觀(guān)察到，3號(hào)瓶中的水會(huì)通過(guò)相互之間的導(dǎo)管進(jìn)入2號(hào)和1號(hào)瓶中;但是隨著越來(lái)越多的水注入后，1號(hào)跟3號(hào)瓶中水的最高液面達(dá)到了同一高度，而2號(hào)瓶中的液面卻比較低，而且在到達(dá)一定高度后隨著水的注入并未發(fā)生改變，如圖5-2所示。最后將2號(hào)瓶的瓶蓋擰開(kāi)后，則發(fā)現(xiàn)三者的液面都達(dá)到了相同的高度。

該實(shí)驗(yàn)主要考察的是學(xué)生對(duì)連通器原理的理解與應(yīng)用：首先，三個(gè)瓶子中1、3號(hào)瓶子的瓶蓋是擰開(kāi)狀態(tài)的，而2號(hào)瓶子則是擰緊狀態(tài)的，同時(shí)三者之間用導(dǎo)管進(jìn)行了低處連通，于是便組成了一個(gè)連通器，兩者的液面高度相同;其次在圖5-3中，當(dāng)2號(hào)瓶的瓶蓋擰開(kāi)后，三者便組成了一個(gè)復(fù)合連通器，三個(gè)瓶子的液面都會(huì)達(dá)到同一高度;然而在圖5-2中，2號(hào)瓶中的液面在達(dá)到一定高度后并未發(fā)現(xiàn)變化，這主要是由于瓶中的氣體壓強(qiáng)與液體液面處的壓強(qiáng)達(dá)到了一個(gè)平衡狀態(tài)，當(dāng)打開(kāi)瓶蓋后，大氣壓強(qiáng)減小，則液面上升。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠了解到連通器的不同形態(tài)，同時(shí)也知道了大氣壓強(qiáng)的存在，能夠?yàn)橄乱还?jié)學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)起到鋪墊作用。

二、設(shè)計(jì)拓展實(shí)驗(yàn)熟練概念運(yùn)用

通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)概念理解存在的疑惑，而解決學(xué)生的疑慮、幫助學(xué)生熟練掌握概念則是教師的主要任務(wù)。在引入連通器原理之后，通過(guò)上述創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)該原理的應(yīng)用的疑問(wèn)是最多的。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題是學(xué)習(xí)道路上的必要手段，因此本文針對(duì)該疑問(wèn)，重新設(shè)計(jì)了一個(gè)延伸拓展實(shí)驗(yàn)，以便學(xué)生能夠完全理解概念。

圖6為一個(gè)簡(jiǎn)易的連通器吸水實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)需要準(zhǔn)備兩個(gè)杯子和一根吸管，其中一個(gè)裝滿(mǎn)液體，另外一個(gè)則是空的。首先將吸管里面裝滿(mǎn)液體，用手堵住后一端插入液體液面以下，另外一端則放入空杯中，如圖6-1。由于液體在相同高度液面處的壓強(qiáng)是相等的，因此吸管將會(huì)從裝滿(mǎn)水的杯子里面把水吸入空杯中，直到兩個(gè)杯子里面的液面高度差為0時(shí)才停止，如圖6-2。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，再用手將杯子提起來(lái)，使得吸管的左端的出水口與杯內(nèi)液體之間存在液面高度差，那么水將會(huì)繼續(xù)從出水口流出，如圖6-3。

該實(shí)驗(yàn)是連通器的一個(gè)拓展運(yùn)用，是在其定義的字面意義上的延伸。兩個(gè)杯子上端開(kāi)口，而吸管則代替了其底部相連的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)連通器構(gòu)造。同時(shí)在該實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，存在許多學(xué)生無(wú)法完全理解該現(xiàn)象并提出了許多的質(zhì)疑。經(jīng)過(guò)總結(jié)后，有以下幾點(diǎn)需要著重注意：在圖6-1中，空杯里面的吸管出水口液面必須要低于裝有液體的杯子里面的液面;吸管的進(jìn)水口跟出水口必須要浸入平衡后的液體里面;將杯子提起來(lái)后，杯中的液體會(huì)繼續(xù)流出直至吸管右端進(jìn)水口露出液面。這也是學(xué)生存在最多的幾個(gè)誤區(qū)，這便需要通過(guò)老師與學(xué)生之間的互動(dòng)和學(xué)生小組討論等形式來(lái)進(jìn)行探究，用拓展實(shí)驗(yàn)等方法把學(xué)生從錯(cuò)誤的思維方式中指引過(guò)來(lái)，這樣使得學(xué)生對(duì)概念能夠有更深刻的記憶與理解。同時(shí)該實(shí)驗(yàn)的有趣現(xiàn)象也能夠使學(xué)生對(duì)科學(xué)產(chǎn)生興趣，從而激發(fā)出學(xué)生的求知欲，能夠更深層次的理解概念，從而解決教學(xué)中的重難點(diǎn)突破。

三、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)總結(jié)與反思

課堂教學(xué)是學(xué)生獲得理論知識(shí)的重要途徑，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是課堂教學(xué)的實(shí)踐證明，通過(guò)大概念教學(xué)理念創(chuàng)新設(shè)計(jì)出恰當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生在理解并掌握大概念上達(dá)到事半功倍的成效。本文通過(guò)液體壓強(qiáng)為例，從最初的課堂教學(xué)初步記憶概念，到教材實(shí)驗(yàn)教學(xué)逐漸理解概念，最后根據(jù)學(xué)生提供的質(zhì)疑反饋來(lái)設(shè)計(jì)出概念教學(xué)中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，利用恰當(dāng)合理的探究實(shí)驗(yàn)，更有效率的解決教學(xué)中重難點(diǎn)的突破，最終達(dá)到學(xué)生理解并熟練掌握概念的目標(biāo);同時(shí)還引入拓展實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)特的發(fā)散思維能力，從而提高學(xué)生自身的科學(xué)素養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)“進(jìn)階”式的提升。

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