王 芳 王馳明，2

(1. 安徽省蚌埠第一實驗學校, 安徽 蚌埠 233000;2. 安徽省蚌埠市蚌山區(qū)學科教研中心, 安徽 蚌埠 233000)

物理概念的學習是學生根據(jù)頭腦中已有知識與經(jīng)驗建構(gòu)知識的過程，利用實驗可以在物理課堂教學中更好地創(chuàng)設情境，幫助學生建構(gòu)知識，培育和提升學生的核心素養(yǎng)，筆者以人教版“液體的壓強”教學為例，立足于實驗的優(yōu)化與創(chuàng)新，豐富學生的學習體驗，促進學生科學思維和探究能力的不斷提升。

1 創(chuàng)設問題情境，促進液體壓強概念的建構(gòu)

如圖1所示，學生分別用手提起無水和有一定深度水時容器底部的活塞，通過對比實驗感受液體壓強的存在，調(diào)動了學生的積極性，激發(fā)了學生的求知欲和學習興趣。教師創(chuàng)設“情境→問題→探究→應用”的教學流程，學生經(jīng)歷“觀察→思考→行動→拓展”的學習進程，既有利于學生的知識建構(gòu)，也有利于教學活動的開展。

圖1

2 經(jīng)歷實驗探究過程，學習物理知識和科學探究方法

2.1 實驗器材

透明亞克力板、兩端開口玻璃管、膠圈、橡皮膜、液體密度傳感器、液位傳感器等(如圖2)。

圖2

2.2 探究液體壓強方向

如圖3所示，使用上、下、左、右四個面粘有橡皮膜的立方體，浸沒在液體中進行演示，四個面的橡膠膜均向內(nèi)凹陷，說明液體內(nèi)部有壓強且各個方向都有壓強，使學生在真實的情境中體驗認識液體壓強的存在和液體壓強方向，彌補了傳統(tǒng)實驗器材無法說明液體具有向上壓強的不足。

圖3

2.3 探究液體壓強的影響因素

為方便學生更直觀、準確地觀察壓強變化，將探頭與DIS系統(tǒng)的壓強傳感器相連，分別將探頭置于同種液體的不同深度和不同液體的同一深度，比較壓強隨深度和密度的變化情況；也可轉(zhuǎn)動探頭，讓學生觀察同種液體同一深度各個方向壓強數(shù)值，引導學生結(jié)合實驗過程和數(shù)據(jù)，得出液體壓強的影響因素。

教師提出問題：影響液體壓強的因素有哪些？讓學生大膽猜想，學生結(jié)合個人經(jīng)驗和以上實驗現(xiàn)象，提出影響液體壓強大小的因素可能有方向、液體深度、液體密度等。引導學生利用探頭和壓強傳感器，運用控制變量法設計實驗，驗證猜想。

向壓強演示器中分別倒入水、鹽水和酒精，使三種液體液面相平。

(1) 探究方向的影響。如圖4所示，轉(zhuǎn)動探頭，改變探頭方向，發(fā)現(xiàn)壓強數(shù)值幾乎不變，說明液體壓強與方向無關(guān)。

圖4

(2) 探究深度的影響。如圖5所示，把探頭放入水中，改變橡皮膜所在深度，觀察壓強數(shù)據(jù)變化，得出結(jié)論：當液體密度不變時，液體越深的位置壓強越大。

圖5

(3) 探究液體密度的影響。如圖6所示，把探頭分別放入不同液體的相同深度處，比較壓強數(shù)值，得出：當液體深度一定時，液體密度越大，壓強越大。

圖6

設計意圖：用壓強傳感器呈現(xiàn)液體壓強的大小變化，避免了傳統(tǒng)器材U形管在壓強變化較小時液面高度差變化不明顯的缺點，使實驗更加嚴謹。

2.4 探究液體壓強大小，激發(fā)學生自主探究的意識，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力

2.4.1 創(chuàng)新實驗設計背景

人教版物理八年級下冊在建構(gòu)液體壓強大小的公式時提到：“要想得到液體的壓強，可以設想這樣的平面。這個平面以上的液柱對平面的壓力等于液柱所受的重力，所以計算出液柱所受的重力是解決問題的關(guān)鍵。”在圖7中設液柱的高度為h，平面的面積為S，通過平面所受壓力與面積的比值得出液體的壓強公式p=ρgh。我們在實際教學中發(fā)現(xiàn)：構(gòu)建假想水平液面直接得出液面所受壓力等于正上方液柱重力，這個過程對于八年級學生太過抽象，對于水平液面處的壓強僅是由液面正上方液柱的壓力產(chǎn)生的、而與液柱周圍的液體壓力無關(guān)，很多學生并不理解。為了解決這一教學難點，筆者設計了將液柱取出的方式，探究液體壓強的大小和影響因素，課堂教學效果很好。

圖7

2.4.2 實驗設計思路

如圖8所示，設法將液體中的液柱單獨取出，用橡皮膜代替平面S，液柱底部壓強大小可以用橡皮膜凸出程度呈現(xiàn)，觀察取出液柱前后橡皮膜的凸出程度有無變化，來判斷壓強的變化，這樣的情境設計利于學生構(gòu)建液體壓強的概念。

圖8

2.4.3 實驗探究過程

圖9

3 利用DIS采集數(shù)據(jù)，提高分析和解決問題的能力

引導學生分析推導出的液體壓強公式，學生發(fā)現(xiàn)：當液體密度一定時，液體壓強與深度成正比；當液體深度一定時，液體壓強與液體密度成正比。若能通過控制變量驗證這兩個正比關(guān)系，則能進一步證明前面實驗假設和理論推導公式的正確性。

3.1 探究當液體密度一定時，液體壓強與深度的關(guān)系

3.1.1 設計思路

當液體密度一定時，通過改變液體深度，用數(shù)字化實驗系統(tǒng)(DIS)的壓強傳感器進行實驗，實時采集和處理數(shù)據(jù)，探究液體壓強和液體深度的定性關(guān)系，若能得到液體壓強和深度成正比關(guān)系，則驗證了前面推導的液體壓強公式的正確性，說明取液柱的方法得出的結(jié)論是正確的。

3.1.2 實驗探究過程

在容器中注入一定深度的水，將傳感器調(diào)零后放入水中，可以直接測出探頭所在位置的深度和壓強。打開容器下方出水口放水，液面逐漸下降，每間隔0.5s記錄一組數(shù)據(jù)。

3.1.3 數(shù)據(jù)分析

軟件自動記錄和分析多組壓強和深度的數(shù)據(jù)，生成的圖像如圖10所示，得到壓強和深度的線性關(guān)系，驗證了當液體密度一定時，液體壓強與深度成正比。

圖10

3.2 探究當液體深度一定時，液體壓強與密度的關(guān)系

3.2.1 設計思路

當液體深度一定時，通過改變液體密度，利用壓強和密度傳感器采集和分析數(shù)據(jù)，驗證上述正比關(guān)系，即驗證液體壓強公式的正確性，同樣說明前面方法得出的結(jié)論也是正確的。

3.2.2 實驗探究過程

利用溢水杯原理制作如圖11所示圓柱形容器，其上端留有溢水口，保證液面深度不變，底部安裝有密度傳感器用于測量液體密度。實驗前向容器中倒?jié)M鹽水，直到鹽水從上出水口流出，此時鹽水液面與溢水口平齊，鹽水深度一定。利用下方進水口向容器中注入紅色水的方式改變液體密度，多余的水會從上出水口流出，使鹽水深度不變。待液體靜止、鹽水密度均勻后點擊記錄數(shù)據(jù)。

圖11

3.2.3 數(shù)據(jù)分析

多次操作并點擊記錄，生成圖像如圖12所示，得到液體壓強和密度的線性關(guān)系，驗證了當液體深度一定時，液體壓強與液體密度成正比。

圖12

4 結(jié)語

物理學以實驗為基礎(chǔ)，它不僅要求教師注重學科知識的傳授和技能的訓練，更要求教師能通過創(chuàng)新實驗，讓學生經(jīng)歷實驗探究過程，學習科學知識和科學探究方法，提高學生分析和解決問題的能力。鼓勵學生在實驗中思考與發(fā)現(xiàn)，在活動中交流與合作，促使學生積極主動參與科學探究，從中體驗科學探究的成功喜悅，掌握探究物理現(xiàn)象的方法，培養(yǎng)學生的科學精神，真正把核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實處。