對大氣壓強教學的思考與創(chuàng)新

劉 欣 石 堯

(北京師范大學實驗二龍路中學北京100032)(北京市郵電大學世紀學院北京102101)

摘 要：就大氣壓強教學中存在的困惑，以概念精準與邏輯嚴密為教學設(shè)計的原則，并結(jié)合實際教學經(jīng)驗，對現(xiàn)有大氣壓強教學在實驗探究、概念引入和實際應用3個方面內(nèi)容的教學進行了重構(gòu).

關(guān)鍵詞：大氣壓強實驗探究概念引入實際應用

收稿日期：(2014-10-08)

“大氣壓強”作為壓強一章中重要的組成部分之一，也是初中物理教學中一個極為抽象的知識點.本節(jié)課的學習，不僅可以豐富學生對壓強的認識，而且也可使學生對壓強概念的理解得到鞏固與延伸.鑒于此，本文以概念精準與邏輯嚴密為基礎(chǔ)對“大氣壓強”的教學進行了深入的考究，并得到下述幾點認識，希冀對本節(jié)課的教學有所啟迪.

1著意“簡中求勝”的實驗探究

關(guān)于“大氣壓強”概念的引入，現(xiàn)行人教版教材首先以液體壓強與大氣壓強的類比作為開端，旋即通過一系列生活現(xiàn)象的分析驗證了大氣壓強的存在，進而對大氣壓強進行測量，探討大氣壓強的變化規(guī)律，最終將其與生活實際相結(jié)合[1].顯然，教材遵循著一條“體驗→思考→分析→探究→應用”的教學流程[2]，體現(xiàn)了“從生活走進物理，從物理走向社會”的教學理念，但教材中對于一些核心問題的把握還遠遠不夠，最終導致“大氣壓強”一節(jié)的教學受到了“學生學習這部分內(nèi)容比較困難[3]”的詬病.針對這一問題，我們認為，唯有選擇恰當、清晰、易理解的實驗作為大氣壓強引入的門徑才能降低學生的認知負荷，使他們能夠成功厘清大氣壓強概念的內(nèi)涵，同時這亦是本節(jié)課能夠順利進行的有利保障.

教學中教師經(jīng)常選用的引入實驗是“覆杯實驗”，其憑借簡單的操作、明顯的現(xiàn)象和突出的對比深受教師青睞.實驗如下：準備一個盛滿水的紙杯，用紙片將杯口蓋嚴，手按紙片把杯子倒過來，放開手后，學生將發(fā)現(xiàn)這一奇妙的現(xiàn)象，即紙片不會掉下來，杯中的水也不會流出來，從而證明有大氣壓強的存在.但其是否真如教師所想那樣嗎？

實際上，我們發(fā)現(xiàn)即使杯中存在一部分空氣，紙片仍能把水托起而不使之流出.這一實驗現(xiàn)象將對學生接受大氣壓強存在這一物理事實產(chǎn)生不必要的疑惑，而要對該現(xiàn)象進行解釋則更是困難重重.經(jīng)查閱資料可知，上述佯謬的產(chǎn)生是由于液體表面張力的存在及杯內(nèi)壓強降低造成的.但是此結(jié)論的獲得，則需要物理模型思維及數(shù)學近似的方法，這是初二剛接觸物理不久的學生遠遠達不到的[4].

為有效規(guī)避上述問題，我們建議選取如下實驗進行演示：準備一個已經(jīng)打開充滿空氣的真空袋和一個抽氣機，用抽氣機對放過氣的真空袋進行抽氣，學生會發(fā)現(xiàn)原來充滿空氣的真空袋逐漸變小，最后竟被“壓”成一個薄片.此實驗所用的儀器少、操作簡單，與日常生活實際聯(lián)系緊密.同時，也正是由于本實驗的這些優(yōu)點，決定了其較“覆杯實驗”而言介入的復雜結(jié)構(gòu)因素更少，思維跨度更小，更易于被學生接受.

2把握“精細準確”的概念引入

通過對教材的悉心研讀，我們還發(fā)現(xiàn)，教材對大氣壓強的概念并沒有一個十分清晰的闡述，而是直接通過與液體壓強的類比提問，“空氣也能流動，我們周圍是否存在朝各個方向的大氣壓強？”此外，教材參考中則有這樣的論述，“既然液體有壓強，那么與液體同樣具有流動性、有重量的氣體也應該有壓強.”[5]其實，這兩本書都沿用了“通過對液體與空氣的簡單類比，得到我們周圍也存在朝各個方向的大氣壓強的結(jié)論，并通過一系列生活現(xiàn)象證明大氣壓強的存在”的教學流程，這樣的處理方式極易使學生產(chǎn)生“氣體壓強和液體壓強產(chǎn)生的原因一樣”的誤解，有違科學性原則[6].同時由于空氣是看不見、摸不著的，這種思維上的抽象將會使學生的認知負荷陡增，因此與液體壓強進行恰當類比，并對大氣壓強進行確切描述就顯得尤為重要了，因為只有這樣才能使學生對大氣壓強的概念有更加深刻的理解和把握.

基于皮亞杰的認知發(fā)展階段理論，由于初中階段的學生大多數(shù)處于具體運算階段的前運算階段，且根據(jù)“教學內(nèi)容科學的前提下概念描述就低不就高”的教學思想，我們可以采用這樣定義大氣壓強的方式：液體對浸在它里面的物體要產(chǎn)生壓強，空氣對浸在它里面的物體同樣也要產(chǎn)生壓強，這個壓強叫做大氣壓強[7].該定義方式通俗易懂，亦無需給出屬于形式運算水平范疇的概念，即大氣壓強是由于大氣氣體分子對測量儀器頻繁碰撞而形成的.從而有助于學生相關(guān)認知結(jié)構(gòu)的形成.

3體會“循序漸進”的實際應用

如上所述，通過正確的類比，學生便可輕松地理解和掌握大氣壓強的概念，而大氣壓強應用的教學則成為下一個難點.

教材在大氣壓強的應用部分所采取的教學設(shè)計是讓學生分析活塞式抽水機和離心式抽水機的工作過程，可這兩種抽水機都是學生在日常生活中難以見到的，需要調(diào)動學生形象思維的參與，可是由于我國絕大部分初中生的認知水平尚處于具體運算階段的現(xiàn)狀，顯然這樣的教學設(shè)計過難，容易加重學生的認知負荷并引發(fā)畏難情緒.故而此處的教學設(shè)計還是應當以具體運算水平的學生為主體，兼顧形式運算水平學生.

基于上述分析，本節(jié)課的教學設(shè)計以“理論聯(lián)系生活實際”原則為出發(fā)點，依據(jù)由簡到繁、由近及遠的教學思路，我們設(shè)計了包含如下4個問題的問題組，如圖1所示.

圖1

(1)吸盤掛鉤.學生大都使用過吸盤，教師可在課堂上講解吸盤掛鉤掛于墻壁之上的機理：把吸盤貼在墻上，并擠出里面的空氣，這樣大氣壓強就把吸盤牢牢的壓在了墻壁上.(2)吸管喝水.學生雖體驗過吸管喝水這一過程，但很少思考其原理.其實，在用吸管吸水時，隨著嘴內(nèi)的空氣被吸走，嘴內(nèi)氣壓減小，大氣壓便把水壓入口中.(3)醫(yī)院的點滴瓶.盡管學生見過點滴瓶，但基本沒有仔細觀察過點滴瓶的構(gòu)造，遑論對其構(gòu)造進行深入的理論思考，由于人體內(nèi)壓強與外界大氣壓相當，在重力作用下，液體便流入人體.同時，點滴瓶與一橡膠管相連，使空氣源源不斷地進入瓶內(nèi)，保持了瓶內(nèi)壓強與外界大氣壓相等，否則由于瓶內(nèi)液體逐漸減小，液體會無法流出.(4)活塞式抽水機，學生基本沒有見過，只能通過圖片等對其工作過程進行想象加工：當抽水機活塞下壓時，把抽水機內(nèi)部分空氣排出，使內(nèi)部氣壓減??；當活塞提上時，在外界大氣壓的作用下，水便流入抽水機內(nèi)并從上方的出水口流出．這樣通過活塞的上下往復運動，水就不斷地被抽出來了.進而達到充分提升學生的想象能力和分析能力的目的.可見，4個問題由淺入深，環(huán)環(huán)相扣，為學生在實踐中明確大氣壓強鋪設(shè)出合理的邏輯通道.

教學過程的自組織轉(zhuǎn)變理論指出，教學作為一種藝術(shù)旨在促使學生的認知系統(tǒng)從被組織向自組織轉(zhuǎn)變，即俗語所言“教是為了不教的目的”.受此啟發(fā)，我們認為該問題組的完成可以采取教師示范和學生模仿相結(jié)合的方式進行教學，即前兩個問題由教師解答，以起到示范作用，這樣有利于具體運算水平的學生對知識的掌握和認知水平的提升，而后兩個問題由學生在教師的引導下模仿作答，在此過程中不僅可以使處于具體運算階段的學生在教師的引導下也能理解和掌握形式運算水平的概念和規(guī)律，解決形式運算水平的問題，還可以使處于形式運算階段的學生得到發(fā)展，如問題(4)便可以激發(fā)學生的興趣，拓展學生的思維空間.

4在穩(wěn)定中求發(fā)展

不容置否，對知識的熟練掌握是成為一名合格教師的前提，可正因為如此，教師這一職業(yè)常被人稱為“教書匠”，認為教課只不過是在控制課堂的基礎(chǔ)上，對知識的簡單敘述、復制而已，其實，這種想法卻是對教師這一神圣職業(yè)的誤解.有學者指出：教師作為匠人本就應該“匠心獨具”，即有創(chuàng)新的意識，靈活的頭腦，能夠在教學中因?qū)嶋H需要而選擇不同的教學路徑，從而使教材中貯存狀態(tài)的知識轉(zhuǎn)化為傳輸狀態(tài)的知識[9].

因此，教師在備課中就不應僅僅局限于教材本身，而要從自己對知識的整體把握和理解出發(fā)，對知識進行分解和再整合，從而厘清其內(nèi)在邏輯關(guān)系，給出符合學生認知水平的教學設(shè)計，否則便會使教學效果滯留在低水平的狀態(tài)，對學生能力的培養(yǎng)和思維品質(zhì)的發(fā)展毫無益處.

就“大氣壓強”一節(jié)而言，我們就是在對知識整體把握的基礎(chǔ)上，結(jié)合學生所處的認知水平，對“實驗探究”、“概念引入”兩個核心問題做出合理的教學安排，把形式運算水平的知識具體化、形象化，減少學生的思維負擔.同時對于“實際應用”這一層面的教學，學生則可以在教師的引導下，完成對大氣壓強應用的自主建構(gòu)，最終使大氣壓強應用的教學水到渠成.

參 考 文 獻

1人民教育出版社，課程教材研究所.物理(九年級).北京：人民教育出版社，2006.86～90

2http://www.pep.com.cn/czwl/jszx/tbjx/sj/jxsj9/sj914/201008/t20100825_728108.htm

3李昌文.“大氣壓強”的“程序”教學.遵義師范學院學報，2007(2)：83～85

4邢紅軍.中學物理論文寫作教程.鄭州：河南科學技術(shù)出版社，1993

5人民教育出版社，課程教材研究所.物理 九年級 教師教學用書.北京：人民教育出版社，2007.100～102

6吳修清.大氣壓強知識辨正.教學與管理，2003(9)：74

7蔡燃.初中物理教學內(nèi)容認知水平的研究:[學位論文].北京：首都師范大學，2009

8熊小青.初中生物理認知水平的研究:[學位論文].北京：首都師范大學，2012

9石堯，邢紅軍.比熱容的教學邏輯研究.中學物理教學參考，2014(05)：28～29