黎 莎

(中國(guó)傳媒大學(xué)附屬中學(xué) 北京 100021)

“大氣壓強(qiáng)”是學(xué)生學(xué)習(xí)了壓強(qiáng)與液體壓強(qiáng)之后開展的內(nèi)容，既是液體壓強(qiáng)知識(shí)的延續(xù)拓展，也是學(xué)習(xí)流體壓強(qiáng)與浮力的基礎(chǔ).“大氣壓強(qiáng)”作為初中物理學(xué)習(xí)中的重要概念之一，加上“大氣壓強(qiáng)”與生活聯(lián)系密切，涉及的實(shí)例及有趣的實(shí)驗(yàn)較多，一直以來(lái)都是廣泛研究的內(nèi)容.

在“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)設(shè)計(jì)中，主要圍繞3部分進(jìn)行教學(xué)[1]：

(1)大氣壓強(qiáng)是否存在？

(2)大氣壓強(qiáng)有多大？

(3)大氣壓強(qiáng)的應(yīng)用.

在這3部分的教學(xué)過(guò)程中，“覆杯實(shí)驗(yàn)”作為比較經(jīng)典的演示實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樾Ч黠@、操作簡(jiǎn)單，一直以來(lái)倍受青睞，成為教師授課時(shí)比較常用的演示實(shí)驗(yàn).然而，“覆杯實(shí)驗(yàn)”也引起一些問(wèn)題，比如學(xué)生質(zhì)疑是水黏住了紙片，水杯中沒有灌滿水時(shí)紙片也可以不掉落，學(xué)生的質(zhì)疑給大氣壓強(qiáng)的后續(xù)教學(xué)造成了影響.“大氣壓強(qiáng)”的教學(xué)目的之一就是學(xué)生能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)驗(yàn)證并解釋大氣壓強(qiáng)的存在，這就不得不引出“氣壓”的概念，雖然教材中沒有提到，但是在學(xué)生解釋大氣壓強(qiáng)的常見現(xiàn)象及應(yīng)用中是必不可少的，因此在教學(xué)過(guò)程中有必要建立“氣壓”的概念，使學(xué)生區(qū)分“大氣壓強(qiáng)”與“氣壓”的區(qū)別.

初中物理課堂教學(xué)中，演示實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、啟發(fā)學(xué)生思考的重要環(huán)節(jié)[2]，從教學(xué)的目的出發(fā)，對(duì)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)是有必要的，加上教師啟發(fā)式的提問(wèn)，一步步引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí).本文針對(duì)“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)中“覆杯實(shí)驗(yàn)”出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，解決上述疑問(wèn)，充分實(shí)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，利用“覆杯實(shí)驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)器材將演示實(shí)驗(yàn)做“透”，激發(fā)學(xué)生進(jìn)行更深入的思考，培養(yǎng)學(xué)生積極挖掘?qū)嶒?yàn)的本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生后續(xù)對(duì)大氣壓強(qiáng)的測(cè)量及描述大氣壓強(qiáng)的存在時(shí)，建立準(zhǔn)確的物理語(yǔ)言體系，正確描述物理現(xiàn)象.

1 驗(yàn)證不是水黏住了紙片

“覆杯實(shí)驗(yàn)”通常做法是，將水杯灌滿水倒置，由于水的自重而流出，接著進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，將水杯再次灌滿水，杯口覆蓋一個(gè)小紙片，將其倒置，觀察到紙片沒有掉落.在教師的引導(dǎo)下得出結(jié)論，是大氣壓強(qiáng)“托”住了紙片，進(jìn)而得出大氣壓強(qiáng)的存在，并且在各個(gè)方向都存在的結(jié)論.

上述實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生質(zhì)疑“水黏住了紙片”，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，重新設(shè)計(jì)“覆杯實(shí)驗(yàn)”.首先對(duì)實(shí)驗(yàn)中的紙片進(jìn)行受力分析，紙片受到自身重力(輕質(zhì)，可忽略)及水杯中水施加向下的壓力作用，那到底是外界大氣壓力的作用“托”著紙片，還是水黏住紙片呢？現(xiàn)在做如下處理，如圖1所示.

圖1 改進(jìn)的“覆杯實(shí)驗(yàn)”

在水杯底部扎一個(gè)小孔(盡量小)，首先將小孔用手堵住或用橡皮泥塞住，按照“覆杯實(shí)驗(yàn)”的做法進(jìn)行，為了驗(yàn)證學(xué)生的質(zhì)疑，將橡皮泥用牙簽或針捅開，可以觀察到紙片掉落，這是由于紙片上下表面均受到大氣壓力的作用并且相互抵消，由于水施加向下的壓力，從而使紙片掉落.通過(guò)這樣的處理，也驗(yàn)證了不是“水黏住了紙片”.

2 “覆杯實(shí)驗(yàn)”再改進(jìn)——?dú)鈮号c大氣壓強(qiáng)

在之前“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)中，學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)嘗試驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)的存在，眾多實(shí)驗(yàn)器材中學(xué)生對(duì)“覆杯實(shí)驗(yàn)”特別感興趣，都躍躍欲試，按照教師的做法照做，但是有的學(xué)生有了新發(fā)現(xiàn)：水杯中沒有灌滿水，紙片也沒有掉落.學(xué)生嘗試解釋說(shuō)“水杯內(nèi)的大氣壓小于外面的大氣壓”，因?yàn)榻滩闹袥]有涉及“氣壓”的概念，按照之前的講課方法，學(xué)生不清楚“氣壓”是什么，但是所有驗(yàn)證大氣壓強(qiáng)存在的實(shí)驗(yàn)中，真空環(huán)境幾乎不能達(dá)到，因此“氣壓”的概念引入必不可少.

為了使學(xué)生對(duì)大氣壓強(qiáng)的概念有更清晰的認(rèn)識(shí)，從而正確解釋生活現(xiàn)象，在演示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)充分利用“覆杯實(shí)驗(yàn)”的有趣性，進(jìn)一步將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)得生動(dòng)有趣，使學(xué)生產(chǎn)生懸念，提出問(wèn)題并進(jìn)一步解決問(wèn)題.基于教學(xué)中學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題，考慮到演示實(shí)驗(yàn)的可改進(jìn)性，將“覆杯實(shí)驗(yàn)”在原來(lái)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使學(xué)生在對(duì)大氣壓強(qiáng)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突和求知欲.

實(shí)驗(yàn)器材選取上述“覆杯實(shí)驗(yàn)”中底部帶孔的水杯，兩個(gè)水槽(一高一矮)，高水槽便于學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，矮水槽防止水流出，如圖2所示.

圖2 再改進(jìn)的“覆杯實(shí)驗(yàn)”

首先在高水槽中裝入一定高度的水，為便于觀察，在水中滴入幾滴紅墨水.實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備完畢后，教師用手堵住水杯底部小孔，并將水杯灌滿水，將其倒置放在高水槽中，觀察到水杯中液面不下降，學(xué)生看到這個(gè)現(xiàn)象多數(shù)會(huì)覺得很新奇，會(huì)不斷追問(wèn)為什么？激發(fā)了他們的求知欲.有些學(xué)生觀察到教師手指堵住了水杯底部的小孔，提出是這個(gè)原因引起水面不下降.帶著學(xué)生的好奇心和求知欲，教師進(jìn)一步演示，手指松開小孔，觀察到水面下降，再次堵住小孔，水面不下降……在這樣操作的過(guò)程中，學(xué)生不僅有了興趣，也開始思考這其中的原因.結(jié)合“覆杯實(shí)驗(yàn)”的結(jié)論，通過(guò)教師引導(dǎo)，學(xué)生會(huì)想到當(dāng)手指松開小孔后，水杯內(nèi)的水上下表面均受到大氣壓強(qiáng)的作用，水由于自重流出從而液面下降.當(dāng)手堵住小孔后，水杯內(nèi)液面不下降，學(xué)生觀察到水杯內(nèi)液面上方存在空氣，液面下方受到大氣壓強(qiáng)的作用，抓住學(xué)生此時(shí)的求知欲和興趣，引入“氣壓”的概念.氣壓指任意氣體在任意狀態(tài)下產(chǎn)生的壓強(qiáng)，比如實(shí)驗(yàn)中液面上方的空氣產(chǎn)生的氣壓，教師可再多舉幾個(gè)例子：氣球中氣體的壓強(qiáng)，車胎中氣體的壓強(qiáng)等，幫助學(xué)生正確認(rèn)識(shí)氣壓，這時(shí)候?qū)W生就可以知道水杯中液面不下降的原因了，水杯內(nèi)氣壓小于外界大氣壓.

“氣壓”概念的引入是講授“大氣壓強(qiáng)”時(shí)必不可少的內(nèi)容，對(duì)于學(xué)生正確解釋生活中大氣壓強(qiáng)的現(xiàn)象具有引導(dǎo)作用，課堂中運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)的直觀性、趣味性和引導(dǎo)性[3]，不斷引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，通過(guò)教師的語(yǔ)言組織及實(shí)驗(yàn)演示，為學(xué)生建立用邏輯的物理語(yǔ)言解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的示范，為課堂中接下來(lái)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)及大氣壓強(qiáng)的測(cè)量及應(yīng)用建立理論基礎(chǔ).

就“大氣壓強(qiáng)”這節(jié)課的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，結(jié)合授課時(shí)學(xué)生出現(xiàn)的認(rèn)知問(wèn)題，充分利用課堂中演示實(shí)驗(yàn)的重要性，將原有的“覆杯實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行改進(jìn)，放大實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，引發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，使學(xué)生主動(dòng)參與獲取知識(shí)的過(guò)程[4]，將演示實(shí)驗(yàn)做“透”，使之更好地服務(wù)于課堂教學(xué)，不僅有助于學(xué)生思維品質(zhì)的發(fā)展，并且能夠深化“大氣壓強(qiáng)”知識(shí)的應(yīng)用與理解.