費(fèi)志明

摘? ?要：培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)是中學(xué)物理重要的教學(xué)目標(biāo)之一，而教學(xué)設(shè)計(jì)就是“思維品質(zhì)”在課堂落地的施工圖。因此，做好教學(xué)設(shè)計(jì)是有效培養(yǎng)思維品質(zhì)的關(guān)鍵。文章基于思維品質(zhì)的五個(gè)方面展開教學(xué)設(shè)計(jì)，特別在培養(yǎng)學(xué)生類比推理、研究方法、逆向思維、科學(xué)史實(shí)、證據(jù)意識(shí)與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度幾個(gè)方面進(jìn)行突破，從而幫助學(xué)生發(fā)展智力、培養(yǎng)能力、體驗(yàn)情感。

關(guān)鍵詞：思維品質(zhì);大氣壓強(qiáng);教學(xué)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-6148（2020）9-0032-4

林崇德認(rèn)為：“培養(yǎng)思維品質(zhì)是發(fā)展智力和能力的突破口，思維品質(zhì)包括：靈活性、敏捷性、批判性、深刻性、創(chuàng)造性。”

基于科學(xué)思維品質(zhì)，筆者完成了“大氣壓強(qiáng)”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)，內(nèi)容如下：

1? ? 實(shí)驗(yàn)引入，發(fā)展學(xué)生思維的靈活性

靈活性思維品質(zhì)，是指思考問題、解決問題隨機(jī)應(yīng)變的程度。在科學(xué)教學(xué)中表現(xiàn)為多角度思考問題、用多種方法解決問題，即舉一反三、觸類旁通，能迅速地引發(fā)聯(lián)想，建立聯(lián)系。

演示實(shí)驗(yàn)：大氣壓將易拉罐壓扁 。

教師：你們相信是我具有氣功，隔空將易拉罐捏扁的嗎？是誰讓易拉罐變扁了？

學(xué)生：空氣。

評(píng)析：

與瓶吞雞蛋實(shí)驗(yàn)相比，易拉罐在熱水中受熱變扁的實(shí)驗(yàn)，具有如下優(yōu)勢(shì)：①實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具有沖擊力，能吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣;②加熱易拉罐時(shí)前排學(xué)生能看到易拉罐口“冒煙”，可以形成瓶?jī)?nèi)空氣“跑出去”的直觀感受，便于學(xué)生理解“大氣壓強(qiáng)”;③易拉罐從各個(gè)方向迅速、徹底地變扁這個(gè)現(xiàn)象，能為后面“大氣壓很大”“大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)”提供證據(jù);④通過實(shí)驗(yàn)激趣，讓學(xué)生的思維處于活躍狀態(tài)，從多角度思考問題。

2? ? 類比推理，發(fā)展學(xué)生思維的敏捷性

敏捷性思維品質(zhì)是指思維活動(dòng)的速度，具有一種正確且迅速的特征，它反映了智力的敏銳程度。思維的敏捷性即為思維過程的速度，是在處理問題時(shí)能適應(yīng)迫切情況，正確判斷，迅速采取措施。

（1）類比“液體壓強(qiáng)”，實(shí)現(xiàn)從“液體壓強(qiáng)”到“大氣壓強(qiáng)”的知識(shí)遷移。

我們周圍的空氣和水有很多共同特征，都具有流動(dòng)性。就像魚兒生活在水中，受到液體給它的壓強(qiáng)，在大氣中的物體也會(huì)受到大氣給它的壓強(qiáng)，我們稱之為大氣壓強(qiáng)。

評(píng)析：影響學(xué)習(xí)最重要的因素是學(xué)生的知識(shí)遷移能力，教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生原有的知識(shí)狀況進(jìn)行教學(xué)。學(xué)生學(xué)習(xí)本節(jié)課的起點(diǎn)是液體壓強(qiáng)，液體和氣體的諸多共同點(diǎn)是學(xué)生所熟悉的。用學(xué)生已經(jīng)掌握的液體壓強(qiáng)知識(shí)進(jìn)行類比推理，尋找知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)，學(xué)生容易接受，能順利實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移、為學(xué)生認(rèn)識(shí)“流體壓強(qiáng)”打下基礎(chǔ)。并且，在這個(gè)過程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下經(jīng)歷了類比推理的過程，可以領(lǐng)悟這種思維方法。

（2）大氣壓強(qiáng)是否真的存在呢？尋找科學(xué)實(shí)證來證明。

評(píng)析：體現(xiàn)科學(xué)實(shí)證思想，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

（3）回顧舊知，液體壓強(qiáng)存在是如何被證明的？

通過橡皮膜形變。（板書畫圖）

評(píng)析：通過回顧探究液體壓強(qiáng)的方法，讓學(xué)生領(lǐng)悟證明大氣壓存在的方法，實(shí)現(xiàn)方法遷移。同時(shí)，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)橡皮膜形變的本質(zhì)原因是存在壓強(qiáng)差，為分析和解釋接下來的實(shí)驗(yàn)做好鋪墊。

展示器材（蒙有橡皮膜的漏斗）。

[思考]為什么空氣中的橡皮膜受到大氣壓強(qiáng)沒有發(fā)生形變？

學(xué)生：因?yàn)橄鹌つ蓚?cè)受到了相等的大氣壓強(qiáng)，二者相互抵消。

而研究液體壓強(qiáng)時(shí)橡皮膜一側(cè)有液體，另一側(cè)沒有液體，兩側(cè)存在壓強(qiáng)差，因此發(fā)生形變。

[思考] 怎樣才能看到大氣壓強(qiáng)的作用？去除一側(cè)空氣或減小一側(cè)氣壓。

評(píng)析：教師引導(dǎo)學(xué)生借鑒液體壓強(qiáng)的研究方法，在領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)思路的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移。

[學(xué)生演示] 抽去漏斗中的空氣，橡皮膜形變，如圖1所示。

（4）用一個(gè)現(xiàn)象證明大氣壓強(qiáng)存在說服力還不夠，需要尋找更多的證據(jù)。

[分組活動(dòng)] 以小組為單位，用提供的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明大氣壓強(qiáng)的存在，要求說出用到的器材和操作要點(diǎn)。（提供器材：集氣瓶、硬紙片、水、套塑料袋的燒杯、滴管、針筒）

學(xué)生匯報(bào)：覆杯實(shí)驗(yàn);杯中取袋;用手堵住針筒前端很難拉出活塞;針筒、滴管吸水……

針筒、滴管吸水實(shí)驗(yàn)學(xué)生較難想到，教師可以引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到壓強(qiáng)差。

評(píng)析：學(xué)生多用針筒和滴管裝水以完成覆杯實(shí)驗(yàn)。但是，對(duì)針筒和滴管的作用視而不見。這也體現(xiàn)了科學(xué)就在身邊，但我們常常忽視各種科學(xué)現(xiàn)象，更是很少對(duì)現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的科學(xué)道理進(jìn)行理性思考。同時(shí)，也體現(xiàn)出課堂教學(xué)過程中教師對(duì)分組實(shí)驗(yàn)的引導(dǎo)和指導(dǎo)不到位。在分組實(shí)驗(yàn)過程中，教師可以通過提問引導(dǎo)學(xué)生對(duì)吸水這個(gè)過程進(jìn)行觀察和思考。結(jié)合有目的的觀察和思考，效果要好于在匯報(bào)階段拋出問題，讓學(xué)生根據(jù)回憶進(jìn)行思考。

小結(jié)：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象初步證明大氣壓強(qiáng)的存在。

評(píng)析：教師進(jìn)行啟發(fā)教學(xué)，層層深入，引導(dǎo)學(xué)生利用類比推理，使學(xué)生處理問題時(shí)能適應(yīng)迫切的情況。

3? ? 再找證據(jù)，發(fā)展學(xué)生思維的深刻性

深刻性思維品質(zhì)，是指思維活動(dòng)的廣度、深度和難度。它表現(xiàn)為智力活動(dòng)中深入思考問題， 善于概括歸類， 邏輯抽象性強(qiáng)， 善于透過現(xiàn)象抓住事物的本質(zhì)和規(guī)律， 開展系統(tǒng)的理解活動(dòng)， 善于預(yù)見事物的發(fā)展進(jìn)程。

[思考] 如何證明上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確實(shí)是由于大氣存在壓強(qiáng)而產(chǎn)生的？ 以膠頭滴管能吸取液體為例。

評(píng)析：這個(gè)問題體現(xiàn)了科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性，通過對(duì)這個(gè)問題的思考，有利于學(xué)生嚴(yán)密邏輯思維的發(fā)展。但正是因?yàn)檫@個(gè)問題需要較高的邏輯思維能力，所以對(duì)學(xué)生來說有一定的難度。課堂上很多學(xué)生并不理解這個(gè)問題，或是沒有思考的方向。教學(xué)中教師結(jié)合膠頭滴管吸水這個(gè)實(shí)例對(duì)問題進(jìn)行了解釋、說明，幫助學(xué)生理解和思考。如果在提出問題時(shí)能結(jié)合實(shí)際問題進(jìn)行分析，學(xué)生的思維一定會(huì)更流暢，教學(xué)效果也會(huì)更好。

[思考] 假如沒有大氣壓……

[演示實(shí)驗(yàn)] 將吸有紅墨水的膠頭滴管放在玻璃鐘罩內(nèi)，用抽氣機(jī)抽去鐘罩內(nèi)的空氣，滴管內(nèi)液面降低。打開閥門使空氣進(jìn)入鐘罩，滴管內(nèi)液面升高，如圖2所示。

實(shí)驗(yàn)證明，如果大氣壓強(qiáng)不存在，膠頭滴管無法將液體吸入管內(nèi)。因此，由膠頭滴管能吸取液體則可以證明大氣壓強(qiáng)存在。

如果大氣壓強(qiáng)不存在，膠頭滴管無法吸取液體，我們能不能人為施加一個(gè)力將液體吸上來？

[學(xué)生演示] 吸取密封玻璃瓶?jī)?nèi)的牛奶;打開橡膠塞再吸一次。

教師鼓勵(lì)學(xué)生解釋吸取牛奶的過程。

小結(jié)：眾多實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明“大氣壓強(qiáng)存在”。

評(píng)析：利用逆向思維進(jìn)一步尋找證據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，使學(xué)生的思維活動(dòng)更有廣度、深度和難度。

4? ? 經(jīng)典呈現(xiàn)，層層深入，發(fā)展學(xué)生思維的批判性

批判性思維品質(zhì)，是思維活動(dòng)中獨(dú)立分析和批判的程度，是思維活動(dòng)中善于嚴(yán)格估計(jì)思維材料和精細(xì)地檢查思維過程的智力品質(zhì)。

（1）類比液體壓強(qiáng)，對(duì)大氣壓強(qiáng)的方向進(jìn)行猜想、假設(shè)。

[思考] 液體向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，那么大氣壓強(qiáng)呢？

（2）大氣在各個(gè)方向都能產(chǎn)生壓強(qiáng)，這需要尋找證據(jù)來證明。

[思考] 剛才的實(shí)驗(yàn)中有沒有能證明大氣朝各個(gè)方向都有壓強(qiáng)的？

覆杯實(shí)驗(yàn)向各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)杯子，硬紙片都不掉下來。

易拉罐從各個(gè)方向變扁了。

評(píng)析：讓學(xué)生經(jīng)歷類似于從常見生活現(xiàn)象中尋找證據(jù)的過程，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成留心生活、仔細(xì)觀察、勤于思考的習(xí)慣。

[學(xué)生演示] 將漏斗蒙上橡皮膜，并在塑料瓶的各個(gè)方向上插好漏斗，隨后吸去瓶?jī)?nèi)氣體，各個(gè)方向的橡皮膜都凹陷，如圖3所示。

小結(jié)：實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明“大氣向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)”。

（3）我們生活在大氣中，時(shí)刻受到大氣的壓強(qiáng)。生活中與大氣壓強(qiáng)有關(guān)的現(xiàn)象隨處可見，你能舉幾個(gè)例子嗎 ？

[追問] 能不能試著用大氣壓強(qiáng)的知識(shí)來解釋？

評(píng)析：通過直觀的現(xiàn)象加深學(xué)生的印象和理解，讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)就在身邊，使科學(xué)知識(shí)生活化。

（4）日常生活中，你能感覺到大氣壓強(qiáng)對(duì)我們的作用嗎？

評(píng)析：讓學(xué)生親身感受科學(xué)探究中舉證的必要性，領(lǐng)悟馬德堡半球?qū)嶒?yàn)的歷史價(jià)值和意義。進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

今天我們用大量的事實(shí)證明了大氣壓強(qiáng)確實(shí)存在，兩百多年前，人們感覺不到大氣壓，更無法相信大氣壓強(qiáng)的存在。那么，當(dāng)時(shí)是怎樣才讓人們相信大氣壓強(qiáng)確實(shí)存在的呢？

（5）馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。

[學(xué)生演示] 重現(xiàn)馬德堡半球?qū)嶒?yàn)，兩位大塊頭男生拉不開“馬德堡半球”，打開閥門讓空氣進(jìn)入馬德堡半球，一位瘦弱的女生輕松拉開 。

[小結(jié)] 馬德堡半球?qū)嶒?yàn)證明了大氣壓存在且很大。

評(píng)析：

這里的“經(jīng)典再現(xiàn)”包括兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：一是各個(gè)方向插有蒙橡皮膜的漏斗的塑料瓶，吸去瓶?jī)?nèi)氣體后，各個(gè)方向的橡皮膜都凹陷;二是經(jīng)典的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。

5? ? 反向思考，自主學(xué)習(xí)，發(fā)展學(xué)生思維的創(chuàng)造性

創(chuàng)造性思維品質(zhì)，是指?jìng)€(gè)體思維活動(dòng)的創(chuàng)新精神或創(chuàng)造性特征。在實(shí)踐中， 除善于發(fā)現(xiàn)問題、思考問題外， 更重要的是要?jiǎng)?chuàng)造性地解決問題。

教師：大氣壓強(qiáng)這么大，為什么我們沒有感受到壓迫感？

學(xué)生：人體內(nèi)也有壓強(qiáng)。

教師：太空中沒有空氣，沒有大氣壓強(qiáng)， 我們?nèi)祟愂遣皇遣荒艿教罩腥ィ?/p>

評(píng)析：在反證法證明大氣壓存在的環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，由學(xué)生提出太空中沒有大氣壓，可以到太空中重復(fù)實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是由于大氣壓存在而產(chǎn)生的。但由于問題設(shè)置不當(dāng)打亂了預(yù)設(shè)的教學(xué)節(jié)奏，因此該問題由教師直接提出，但對(duì)整體教學(xué)影響不大。

[視頻] 2008年9月航天員翟志剛太空行走（解說：我國(guó)自主研發(fā)的宇航服）。

[圖片] 太空行走的航天員和“天宮一號(hào)”內(nèi)授課的航天員。

[思考] 為什么兩位航天員都在太空中，穿著卻不一樣？

評(píng)析：在假設(shè)沒有大氣壓的情況下將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，讓學(xué)生思考航天員在太空出艙行走會(huì)遇到的情景？從而讓學(xué)生創(chuàng)造性地思考問題，同時(shí)在學(xué)習(xí)的過程中了解我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展前沿，增強(qiáng)學(xué)生的愛國(guó)熱情和民族自豪感。

大氣壓強(qiáng)很大，到底多大呢？我們需要進(jìn)行測(cè)量。

[自主學(xué)習(xí)] 閱讀教材并回答問題：

（1）大氣壓的測(cè)量工具和各自的優(yōu)點(diǎn)？

（2）標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的數(shù)值？

（3）大氣壓與高度的關(guān)系？

思維品質(zhì)的五個(gè)特點(diǎn)并不是孤立存在的，而是互相融通連接的?？茖W(xué)教學(xué)不僅是針對(duì)其中一個(gè)思維品質(zhì)的培養(yǎng)與提升起作用，也是對(duì)思維品質(zhì)五個(gè)特點(diǎn)的協(xié)同發(fā)展起到積極的促進(jìn)作用。

本設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)：

① 經(jīng)歷類比推理的過程，尋找知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)，領(lǐng)悟多種思維方法;

② 借鑒液體壓強(qiáng)的研究方法，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，真正揭示大氣壓的存在;

③反證證明大氣壓的存在，開展逆向思維，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;

④多種證據(jù)證明大氣壓的存在，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度;

⑤科學(xué)史實(shí)中看科學(xué)方法、實(shí)證思想;

⑥注重培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]沈偉云.初中科學(xué)思維教學(xué)[M].杭州：科學(xué)技術(shù)出版社， 2018：36-46.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）