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        在物理課程教學(xué)設(shè)計中引入中國元素*
        ——以倒注壺與連通器為例

        2020-11-08 08:52:10張念依李國榕鄧楚楚林琪
        物理通報 2020年11期
        關(guān)鍵詞:物理教師學(xué)生

        張念依 李國榕 鄧楚楚 林琪

        (福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350117)

        李海彬

        (福建省南安第一中學(xué) 福建 泉州 362300)

        葉晴瑩

        (福建師范大學(xué)物理與能源學(xué)院 福建 福州 350117)

        教育專家指出:中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)應(yīng)植根于中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化土壤中[1].物理學(xué)科的教學(xué)設(shè)計應(yīng)在學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識的同時,引入優(yōu)秀中國元素,從而提升學(xué)生的人文底蘊(yùn),達(dá)到全面平衡發(fā)展.現(xiàn)人教版八年級物理教材中的第九章的內(nèi)容為“壓強(qiáng)”,連通器為該章第2節(jié)液體的壓強(qiáng)中的內(nèi)容.關(guān)于連通器的教學(xué),作為連接液體壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)的一節(jié)課,很多教學(xué)設(shè)計往往只是在用實驗室的連通器進(jìn)行演示之后直接得出結(jié)論.但是初中階段的學(xué)生身心發(fā)展不平衡,還需要用具體實物來支撐習(xí)得的內(nèi)容和結(jié)構(gòu).僅僅采用演示后直接進(jìn)行概念教學(xué)的方式,如果不給予更深層次的鞏固,就會使學(xué)生對知識的掌握不牢并對后續(xù)的應(yīng)用造成消極影響.針對這些問題,本文對連通器這一節(jié)課的教學(xué)進(jìn)行了設(shè)計,將極具中國特色的傳統(tǒng)器具“倒注壺” 巧妙地引入課堂教學(xué),從而提升教學(xué)效果.

        在初中階段的物理教學(xué)中,教師應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容,為學(xué)生創(chuàng)造條件,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究和思維加工,保證物理概念和規(guī)律的內(nèi)化[2].當(dāng)課程講解完連通器的原理和特點后,學(xué)生往往還沒達(dá)到可以清晰自主地進(jìn)行運(yùn)用的階段.對此,我們通過引入“倒注壺”模型,對此知識點進(jìn)行鞏固,提升對連通器這一知識點的理解和應(yīng)用能力.

        1 利用認(rèn)知沖突 激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

        首先,教師可展示青釉提梁倒注壺實物,如圖1所示,并向?qū)W生介紹倒注壺的歷史:倒注壺最早見于五代時期,是一種儲水容器,展示給大家的倒注壺是一個現(xiàn)代的仿品.接著,教師介紹倒注壺的外觀特點:倒注壺有著跟平時生活中所見的壺一樣的壺嘴結(jié)構(gòu),但是壺蓋與壺身連為一體,向其中注水時并不能打開頂部的壺蓋.

        圖1 青釉提梁倒注壺

        如此奇特的構(gòu)造,與學(xué)生的認(rèn)知產(chǎn)生了沖突,必會引起學(xué)生的注意和疑問:這壺怎么裝水?

        教師此時順勢翻轉(zhuǎn)壺體,露出壺底梅花狀小孔,如圖2所示,原來,倒注壺裝水時,是要從壺底的小孔向內(nèi)注水的!這也是這種水壺叫做“倒注壺”的原因.學(xué)生此時的疑問更深了:這個壺裝水后,水不會從壺底的小孔流出來嗎?

        圖2 倒注壺底

        而后,教師演示倒注壺的注水過程:倒置壺體,從小孔中向壺內(nèi)注水,而后迅速翻轉(zhuǎn)壺體,使壺體正放,并讓學(xué)生觀察是否有水從壺底漏出.學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn),倒注壺裝水正放后,幾乎滴水不漏!認(rèn)知沖突使學(xué)生的好奇心被完全激發(fā):為什么會這樣?教師可請學(xué)生猜測倒注壺的構(gòu)造.此時學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)已被充分地調(diào)動,紛紛積極猜測壺體的構(gòu)造.

        2 層層深入剖析 深化知識學(xué)習(xí)

        在學(xué)生猜測的基礎(chǔ)上,教師向?qū)W生展示倒注壺的實物剖面,如圖3所示,倒注壺內(nèi)部有一個中空的圓柱形漏柱與注水口相接[3].向注水口內(nèi)注水時,水經(jīng)由注水口,通過漏柱進(jìn)入壺內(nèi).除此之外,壺身還有一條彎壁隔出壺口通道,如圖4所示.

        圖3 倒注壺內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

        圖4 倒注壺剖面圖

        學(xué)生了解倒注壺的內(nèi)部構(gòu)造之后,教師讓學(xué)生開展分組實驗,親手操作倒注壺的儲水過程.在此過程中,引導(dǎo)學(xué)生思考、分析、討論倒注壺的儲水、倒水的原理.

        (1)注水過程

        開始注水時,水由注水口流入壺內(nèi),如圖5(a)所示.隨著注水量的增多,水逐漸充滿壺內(nèi),只要壺中液面高度不超過壺嘴彎管中的A點,如圖5(b)所示,壺內(nèi)的液體就不會由壺口流出[3].

        圖5 注水過程示意圖

        (2)翻轉(zhuǎn)過程

        將壺體翻轉(zhuǎn),這時有細(xì)心的學(xué)生發(fā)現(xiàn),在翻轉(zhuǎn)壺體的過程中,有部分水從壺底的注水口流了出來!為什么會發(fā)生這一現(xiàn)象?教師適時提問,引導(dǎo)學(xué)生自行分析這一現(xiàn)象的原因.學(xué)生在前面的課程中已學(xué)習(xí)過連通器原理,因此,他們可以很快得出壺體翻轉(zhuǎn)時漏水的原因:翻轉(zhuǎn)過程中,如果水面的高度高于中央漏柱的所處位置,如圖6(a)所示,根據(jù)連通器原理,水就會從注水口流出來.

        教師在褒獎這部分學(xué)生的同時,更加深入地提問:怎么樣才能避免壺體在翻轉(zhuǎn)過程中漏水?

        為了解決這一問題,學(xué)生們再次動手重復(fù)上述壺體翻轉(zhuǎn)的過程.在動手實驗的基礎(chǔ)上,通過討論分析,學(xué)生可得到以下兩種解決方法:

        1)快速翻轉(zhuǎn)壺體,盡量縮短壺體處于圖6(a)這一狀態(tài)的時間,這樣,水就幾乎不會漏出;

        2)減少注水量,如圖6(b)所示,當(dāng)壺體傾斜時,讓漏柱頂端高于液面,根據(jù)連通器原理,水也不會漏出.

        圖6 壺翻轉(zhuǎn)過程示意圖

        (3)正置過程

        將壺體放正之后,如圖7所示,壺嘴與壺身構(gòu)成了一個連通器,只要壺內(nèi)的液體不高于漏柱頂端,如圖7的B點,壺內(nèi)的水便不會從底部的注水口流出.即達(dá)到了倒注壺的儲水功能.

        圖7 壺體正置示意圖

        (4)倒水過程

        裝好水正置之后,倒注壺類似一個正常的茶壺.向外倒水時,壺嘴和壺身部分液面的高度相同,如圖8所示,根據(jù)連通器原理可知,當(dāng)壺內(nèi)的水位持平于或高于壺嘴時,壺內(nèi)的水便流出來了.

        圖8 傾斜倒水示意圖

        分析完倒注壺儲水、倒水的過程,教師再次引導(dǎo)學(xué)生思考:這種倒注壺能裝滿嗎?

        這一問題把學(xué)生的求知欲又一次調(diào)動起來,于是他們再次積極動手實驗.在實驗中,學(xué)生們發(fā)現(xiàn):這種倒注壺在倒置注水的過程中,水不能超過壺嘴彎壁的高度,即不能超過圖5(b)中的A點;而壺體放正時,水也不能超過漏柱的高度,即不能超過圖7中的B點.因此,這個壺是不可能被裝滿的.這說明,在用倒注壺儲水時,注水需要把握一個度.此時教師可適時地引入“凡事滿則溢,虧則損”的道理,于無形中對學(xué)生進(jìn)行課程思政的教育,教給學(xué)生為人處世的道理.

        3 實物簡易復(fù)原 理論聯(lián)系實際

        在分析完倒注壺的結(jié)構(gòu)特點和注水、儲水、倒水的原理后,教師可以讓學(xué)生親自動手制作一個“簡易倒注壺”.實驗材料如下:透明塑料杯兩個、軟管一根、吸管一根(或用兩根吸管亦可)、剪刀一把、熱熔膠若干.

        通過課堂教學(xué)發(fā)現(xiàn),學(xué)生經(jīng)過上述的深入學(xué)習(xí)后,大部分可以自主完成簡易倒注壺的制作.少數(shù)動手能力較弱的學(xué)生,在教師的引導(dǎo)和學(xué)生的幫助下,亦可完成制作.

        制作方法如下:

        (1)將塑料杯甲的杯底穿孔,另一個塑料杯乙側(cè)壁穿孔;

        (2)將吸管截取適宜長度從甲杯的杯底穿入,將軟管從乙杯的側(cè)壁穿入,軟管的一端穿出乙杯的側(cè)壁作為壺嘴,其余部分留在杯中;

        (3)用熱熔膠將甲杯和乙杯的穿孔處封??;

        (4)將兩個杯子杯口邊緣對齊,用熱熔膠使兩個杯口固定,并封住邊緣縫隙.

        課程中,學(xué)生對制作倒注壺的過程和簡易倒注壺的成品(圖9)非常感興趣.制作完成后,學(xué)生間相互對比誰的倒注壺在翻轉(zhuǎn)時不會漏水,誰的倒注壺更能儲水——在此過程中,教師可引導(dǎo)學(xué)生思考:為什么有的學(xué)生的倒注壺能裝的水多,有的學(xué)生的倒注壺能裝的水少?為什么有的學(xué)生制作的倒注壺在翻轉(zhuǎn)中會漏水而有的學(xué)生不會?并將此作為課后探究的內(nèi)容留給大家,鼓勵大家在課余時間制作“不漏水、多儲水”的倒注壺.

        圖9 簡易倒注壺

        4 結(jié)束語

        通過以上案例的學(xué)習(xí),學(xué)生在教師的引領(lǐng)下,自主思考、主動探索,將理論知識與實踐操作結(jié)合起來,通過層層遞進(jìn),步步深化的探究過程,將課本上抽象的概念具體化,并轉(zhuǎn)化為自身的深刻認(rèn)知.課程將動腦學(xué)習(xí)與動手學(xué)習(xí)相結(jié)合,不僅使學(xué)生的實踐能力得到鍛煉,也拉近了物理這一學(xué)科與生活的距離,使物理真正源于生活,助于生活.在物理課程教學(xué)設(shè)計中引入中國元素,學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識的同時,感受到了先人的智慧,并體會到中華民族文明成果的獨(dú)特魅力,提升了學(xué)生的文化自信.同時,教師也將課程思政隱含在課堂之中,對學(xué)生的為人處世進(jìn)行潛移默化的教育,達(dá)到了教書育人、潤物無聲的目的.

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