物理核心素養視角下課堂教學改進的研究

杜翠翠

(上海嘉定區民辦華盛懷少學校 上海 201800)

1 教學引發的思考

《義務教育物理課程標準(2022年)》要求在物理探究類實驗中，讓學生經歷類似于科學工作者研究的過程，有助于學生認識到科學研究的普遍方法以及科學知識的創造性等科學本質[1].液體內部的壓強是上教版教材九年級上冊第六章壓力與壓強單元中的第3節內容，共安排了3課時：探究液體內部壓強與哪些因素有關、液體內部壓強的應用和連通器.第1課時“探究液體內部壓強與哪些因素有關”的實驗中，教材首先安排了小實驗證實液體內部存在各個方向的壓強.然后將一粗一細兩端開口的玻璃管一端用橡皮膜封住，并用橡皮筋扎牢.將玻璃管封口向下豎直放置，從上端開口處分別向兩根玻璃管中注入相同質量的水，通過觀察玻璃管封口處的橡皮膜形變排除質量影響因素，再通過觀察水面升高時兩根玻璃管下端橡皮膜形狀的變化情況得出液體內部壓強與深度的定性關系.再通過實驗定量探究液體內部壓強與深度的關系，最后得出液體內部壓強公式p=ρgh，從公式得出液體內部壓強僅與液體密度和深度有關，再閱讀教材運用建模法推導出定量的數學表達式.

第2課時安排了液體內部壓強的應用和例題.第3課時是連通器，連通器原理應用了液體內部壓強和二力平衡知識，U形管壓強計作為連通器原理的擴展被安排在了本課時中——使用U形管壓強計驗證液體內部壓強的規律[2].

從落實物理學科核心素養的角度思考，在第1課時的教學中，如果可以將學生分成小組，使用U形管壓強計探究液體內部壓強的規律，經過小組探究自主得出液體內部壓強的規律，能更好地把握新課標精神，落實初中物理學科核心素養.但這需要解決的問題有U形管壓強計原理要做講解，學生實驗的儀器需要做合理安排，液體內部壓強公式的推導和探究液體內部壓強與哪些因素有關需要做合理的調整.鑒于課堂知識容量的考慮，需要對子單元教學任務稍作調整.于是筆者又分析了人教版和北師大版教材是如何安排本節子單元的教學任務的，希望能夠為解決筆者的問題提供一定借鑒.

2 教材的整合與分析

2.1 人教版教材對本節內容的安排

在人教版教材中，液體內部壓強是八年級下冊第九章第2節的內容，共安排了2課時：液體內部壓強的規律和連通器[3].

圖1 人教版教材“假想液面”配圖

第2課時是連通器.引導學生利用液體壓強和平衡力的知識理解連通器原理.連通器的應用主要介紹船閘、三峽大壩，再按照教材介紹些生活中常見的實例，例如茶壺，排水管的U形“反水彎”，鍋爐水位計等等[3].

2.2 北師大版教材分析

在北師大版教材中，八年級下冊的第八章“壓強與浮力”的第2節是“液體內部的壓強”，共1課時，第3節是連通器共1課時[4].

在探究液體內部壓強的規律時，安排每一位學生動手探究，用微小壓強計來研究液體內部壓強的規律，對于微小壓強計的結構、原理和使用方法學生可以按照教科書自學，再通過教師的引導使學生能夠正確使用U形管壓強計.在教學過程中可以將學生分成不同小組，分別用水和濃鹽水同時進行探究，將他們的數據在全班共享，共同討論得出結論.在定量推導液體內部壓強計算公式時，在引入“假想液柱”模型之前做一個鋪墊，增加學生的實際感受，再進行假想.利用如圖2所示的裝置，將裝有紅色液柱的玻璃管豎直放入裝有清水的容器中，使學生觀察到橡皮膜的突出程度慢慢變小，直到橡皮膜變為水平，說明紅色液柱對橡皮膜的壓強等于清水對橡皮膜的壓強，再學習教科書的“假想液柱法”，推導出液體內部壓強的公式.北師大版教材將探究液體內部壓強的規律定位為學生實驗.

圖2 北師大版教材定量推導液體內部壓強公式配圖

連通器的內容在第3節，關于連通器原理，也是應用二力平衡和液體壓強公式來理解.連通器的應用，也安排了一些生活的實例，例如電熱開水器的水位計、洗水池下水的回水器和乳牛自動飲水器等，其中船閘、三峽大壩也作為重要的實例被安排在本課時中.

3 基于核心素養的課堂教學思考

與人教版和北師大版教材不同的是，上教版沒有采用U形管壓強計探究液體內部壓強，主要考慮到U形管壓強計原理一開始無法說明，學生只能被動接受.該套實驗器材安排學生分組實驗有困難，而且學生只能觀察到結果，無法把公式推導和實驗探究結合起來.通過對人教版和北師大版教材分析，筆者認為可以在第1課時使用U形管壓強計探究液體內部壓強，這就需要結合課堂內容的容量，對子單元的教學內容做出合理調整.

在定量探究液體內部壓強的公式時，3個版本的教材均采用了“假想液柱法”，與人教版相比，上教版還安排了實驗定量探究液體內部壓強與深度的關系，定量實驗如下：從開口上端順著管壁緩緩注入有色水，這時塑料片還受到上方水柱對它向下的壓強，而且隨著水面的上升，壓強會變大.塑料片還未下落時，如果繼續緩慢注水到某一深度，塑料片會恰好脫落，如圖3所示.在脫落的瞬間p下等于p上，塑料片由于重力作用而落下.觀察塑料片恰好脫落時，注入管內的水和水槽中的水面有什么關系？通過實驗鋪墊，再進行“假想液柱”推導公式，更有助于理解.與北師大版教材相比，定量探究液體內部壓強的實驗使用薄塑料片優于觀察橡皮膜變平，因為橡皮膜是否變平在視覺上無法準確判斷，所以在定量推導公式的教學仍采用了上教版內容.第3課時連通器，3個版本教材均采用了相同的方法講解連通器原理，連通器的應用實例雖例子不同，但也都貼近生活，所以第3課時也按照上教版進行教學.

圖3 上教版教材定量推導液體內部壓強公式配圖

4 從教學內容和演示實驗方面淺談改進思路

4.1 教學內容的改進

鑒于人教版和北師大版教材都在第1課時安排了U形管壓強計探究液體內部壓強，而新課標也提出了使用U形管壓強計探究液體內部壓強的特點[1]，所以筆者認為可以在上教版教材的第1課時安排學生實驗使用U形管壓強計探究液體內部壓強的特點.但需要對U形管壓強計的原理和使用方法進行講解，由于上教版的內容是針對九年級學生，他們可以理解并且正確使用U形管壓強計.雖然學生只能被動接受，但這并不作為本課時的重點內容，重點是學生分組實驗使用U形管壓強計自主探究得出液體內部壓強的特點.另外，該套實驗器材可以安排小組實驗，小組長來進行實驗操作，其他組員觀察記錄實驗現象，這樣課堂會有秩序的進行，最后將小組數據全班共享，共同討論得出結論.本課時的內容僅得出液體內部壓強的特點即可，再安排針對液體內部壓強特點的應用練習，例如利用液體內部壓強的知識解釋水中的堤壩為什么設計成下部比上部更厚實？

將定量實驗探究液體內部壓強安排在第2課時，進行小組實驗推導出液體內部壓強的公式p=ρgh，再閱讀教材運用建模法推導出定量的數學表達式，有助于學生形成構建液柱模型的抽象思維，最后課堂上的練習要強化液體內部壓強公式的應用.

第3課時連通器原理，U形管壓強計作為連通器原理拓展，只需鞏固U形管壓強計的原理，其使用方法不再重復教學，不再進行驗證液體內部壓強特點.這樣更有助于理解U形管壓強計的工作原理.

4.2 演示實驗的改進

筆者將液體內部壓強子單元的教學內容做調整之后，在第1課時的教學中，排除質量對液體內部壓強影響的演示實驗也稍作改進，使用U形管壓強計完成該演示實驗.目的是為了使教學內容調整之后的教學更加連貫、符合邏輯.

為了演示實驗能夠引起明顯的視覺沖擊，筆者選用2 L和1.25 L的可樂瓶，裝入液面相平的水，水的質量也就不同，將U形管壓強計金屬盒的橡皮膜放置底部，觀察到U形管壓強計兩管液面高度差變化是相同的，這表明水對容器底部壓強是相同的，說明液體內部壓強與液體的質量無關，同時，也表明液體內部壓強與容器的形狀無關，如圖4所示.

(a) (b)

5 結論

將第1課時內容調整為探究液體內部壓強的特點，同時改進了演示實驗排除質量和容器形狀對液體內部壓強的影響，使整節課內容連貫緊密.第2課時為定量探究液體內部壓強的大小，第3課時不再重復U形管壓強計的教學.筆者經過教學實踐，該子單元的教學從自主探究的角度落實了物理學科核心素養，同時也符合新課標的要求