借助生活實驗 孕育科學思維①
——以“大氣壓強”教學為例

毛志偉 鄭楊燕

(1. 浙江省常山縣教育局教研室,浙江 衢州 324200;2. 浙江省常山縣城東中學,浙江 衢州 324200)

1 引言

《義務教育科學課程標準(2022年版)》提出素養立意、注重綜合、加強實踐、注重思維的價值導向。利用身邊常見的生活物品做實驗,既可讓學生感受科學就在身邊,又可創新實驗,從而讓課堂充滿活力。筆者以“大氣壓強”的教學為例,借助生活實驗,探索思維型課堂的教學設計。

2 教學分析與學業要求

2.1 依據課標教材,精準分析學情

大氣壓強對學生來說既熟悉又陌生。他們在日常生活中常說的“吸飲料”“粘吸盤”等,大多潛藏著錯誤的前概念,在“覆杯實驗”中也有學生始終認為是水粘住了紙片。如何讓學生真正突破大氣壓強的學習誤區,提升他們的科學思維能力,轉變錯誤的前概念,是本單元教學需要解決的關鍵問題。筆者從課標解讀、教材分析入手,對大氣壓強單元進行解構(圖1)。

圖1

2.2 精瞄科學思維,確定學業要求

《義務教育科學課程標準(2022年版)》對“大氣壓強”的內容要求是:通過實驗認識大氣壓強,知道大氣壓強的變化及其對生活的影響。針對科學思維能力的培養,確定以下學業要求:根據解決真實問題的需要建構模型,分析模型所涉及的各個要素,解釋并模擬相關的科學現象和過程,展示對相關概念、原理、系統的理解,表達事物整體與局部的關系;針對真實情境中的問題,能基于事實與證據,利用分析、比較、抽象和概括等思維方法建構模型,并能解釋常見的現象,解決常見的問題。

3 深度思維教學設計

3.1 引題激趣,激發認知沖突

在大氣壓強的教學中如何創設情境,激發學生的學習動機,是教師一直思考的問題。本節課利用“小試管爬升”演示實驗引入新課,讓學生產生強烈的認知沖突,激發學生的求知欲。

教學活動1：猜想小試管的“命運”。

師:現有大小兩支試管,在大試管中灌滿水,將小試管套到大試管中倒放,請同學們猜想小試管的“命運”會如何?

生1:小試管會掉下來,原因是它受到重力的作用。

生2:小試管會往上升,原因是它受到大氣壓的作用。

設計意圖：小試管會掉下來的猜測與演示結果——小試管向上爬升,二者產生強烈的對比,引發學生認知沖突,有利于調動學生的思維,激發學生強烈的求知欲。

3.2 創新實驗設計,破除思維盲點

我們生活在地球上,有沒有受到大氣壓強的作用?答案是肯定的,但是我們又好像沒有感受到大氣壓強的存在。學生提出假設:大氣壓就在我們身邊,并且很大。我們可以利用“覆杯實驗”加以檢驗。

3.2.1 動手體驗,感受大氣壓強

教學活動2：體驗覆杯實驗。

學生自己動手做覆杯實驗,幾乎所有的小組都能夠做成功,此實驗可以演示大氣壓強的存在以及各個方向上都存在大氣壓強。

部分學生對覆杯實驗存有疑惑:裝水后到底是大氣托著紙片還是水粘住了紙片呢?

3.2.2 精妙設計,表明是空氣“力量”所致

教學活動3：排“水”確“氣”。

因為水和大氣都存在,所以想辦法把空氣或者水抽走就可以了。沒有水的話就回到裝水前的狀態,紙片掉落,故要抽出空氣。進而學生設計出圖2所示的實驗方案。

圖2

在學生設計的實驗裝置基礎上加以改進,促進學生的理解。將一個三角形支架扣在集氣瓶的“頸部”,然后在集氣瓶中裝滿水,用硬紙片蓋住集氣瓶口,并放入真空罩內,接著打開抽氣機抽氣,發現隨著真空罩內的空氣不斷被抽出,硬紙片和水會突然掉落。用抽氣機抽氣排除了“水”的干擾因素,整個實驗變量只有空氣,抽氣前紙片不掉落只能是空氣的“力量”所致。通過這個簡單明了的實驗,學生可以直觀地感受到覆杯實驗中是大氣壓強把水往上壓住,從而深刻理解覆杯實驗的原理。

教學活動4：多樣的大氣壓強實驗。

大氣壓的存在不只是覆杯實驗可以證明,教師提供了隨手可得的生活物品,如吸盤掛鉤、滴管、礦泉水瓶等,讓同學們動手試試,感受大氣壓的存在,并嘗試解釋現象的產生原因,在任務單上做好記錄。

讓學生的學習貼近生活,利用生活物品去感受大氣壓的存在,并體會科學就在我們身邊,且服務于我們的生活。運用所學知識去解釋生活中與大氣壓強相關的現象,可培養學生應用知識解決實際問題和動手實踐的能力。

3.3 總結歸納問題解決思路,嘗試建構模型

在解決真實情境問題的過程中,學生沒有思路的時候,可以通過問題串引導學生的學習。在學生解決問題之后,不能立即結束,否則,可能會導致學生只會解決課堂上的問題,不能進行遷移和應用。因此在解決問題之后,應帶領學生總結歸納解決這類問題的思路——模型建構。

教學活動5：針對大氣壓強,我來建模。

學生嘗試解釋與大氣壓相關的現象。

生1:生活中會使用吸盤掛鉤,將吸盤內的空氣排走,大氣壓把吸盤壓在墻面上。

生2:在用滴管吸液體時,用手將里面的空氣擠出來,松手時滴管就會吸進液體。

通過上述解釋,很難形成知識的遷移。為此,給出填空形式予以解釋,如對于吸盤掛鉤,吸盤貼近桌面,空氣被排出,吸盤內壓強(選填“大于”或者“小于”)大氣壓強,所以___________________________

把吸盤掛鉤牢牢地壓在桌面上。在此基礎上師生總結、建構模型(圖3)。

圖3

通過模型的建構,學生能較好地解釋生活中關于大氣壓的現象,這對后面的學習也是有幫助的,借助模型來實現知識的遷移與運用,可以提升學生的問題解決和綜合運用能力。

4 結語

筆者以解釋大氣壓強現象為主線,通過改變空氣溫度、體積、質量等來改變大氣壓強,引導學生運用受力分析、模型建構等方式解決問題,提高了學生的學習效率,培育了學生的科學思維。