文_韋秀花

實(shí)施素質(zhì)教育是現(xiàn)在教育改革的重要課題。讓學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中不拘泥于死記硬背知識，同時(shí)綜合素質(zhì)又能夠得到全面發(fā)展，是教育工作者一直努力的方向。初中生在學(xué)習(xí)初中物理液體壓強(qiáng)這部分知識前，在頭腦中已經(jīng)形成了初步認(rèn)識，有著多樣化的前概念。在這些前概念中，有些前概念與科學(xué)概念完全相反，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生的學(xué)習(xí)。筆者將以概念轉(zhuǎn)變的理論為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)出能夠轉(zhuǎn)變初中學(xué)生對液體壓強(qiáng)經(jīng)常存在的錯誤前概念的實(shí)驗(yàn)教具。本文假設(shè)涉及的液體密度一樣，未考慮密度對液體壓強(qiáng)的影響。

前概念與概念轉(zhuǎn)變理論

本文將學(xué)生由于日常生活環(huán)境等原因已經(jīng)在大腦潛意識里對知識點(diǎn)形成的慣性思維、對事物的定向理解定義為前概念，其中與科學(xué)概念背道而馳的定義稱之為錯誤前概念。

素質(zhì)教育的宗旨是以人為本，不是將知識灌輸給學(xué)生，而是培養(yǎng)學(xué)生求實(shí)創(chuàng)新、勤學(xué)好問的良好習(xí)慣，提高學(xué)生各方面的素質(zhì)，使其全面發(fā)展。因此，在教學(xué)過程中注重學(xué)生的發(fā)展尤為重要。在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)探究占據(jù)著重要的位置，特別是對于比較抽象的物理概念教學(xué)，有趣的實(shí)驗(yàn)探究能夠糾正學(xué)生原本錯誤的前概念并促進(jìn)學(xué)生對新知識的理解。教師在課堂上應(yīng)積極了解學(xué)生的前概念，進(jìn)而設(shè)計(jì)相應(yīng)的教學(xué)方案，為學(xué)生轉(zhuǎn)變錯誤前概念提供一個(gè)學(xué)習(xí)平臺，讓學(xué)生原有的錯誤物理概念在實(shí)驗(yàn)探究過程中得到轉(zhuǎn)變，使學(xué)生在探究過程中感受實(shí)踐與創(chuàng)新的樂趣，真正地掌握科學(xué)文化知識。

轉(zhuǎn)變“液體壓強(qiáng)與容器大小的關(guān)系”錯誤前概念的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

由于前概念的產(chǎn)生，學(xué)生錯誤地認(rèn)為液體壓強(qiáng)的大小與裝有液體容器的形狀大小有關(guān)，認(rèn)為形狀越大的容器能裝的水的質(zhì)量越大、水的體積越大，水受到的重力也會越大，從而液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)越大。這是大部分中學(xué)生在剛接觸液體壓強(qiáng)時(shí)，由于已有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)有限可能出現(xiàn)的錯誤前概念。錯誤前概念對物理教學(xué)能否成功地開展存在很大的影響，因此開展概念轉(zhuǎn)變的教學(xué)活動尤為必要。

原理：液體壓強(qiáng)的大小與容器的形狀大小沒有關(guān)系。

重點(diǎn)設(shè)計(jì)如下。設(shè)計(jì)制作底面積、深度一樣，形狀不同的三個(gè)透明容器，讓學(xué)生直觀地看出容器形狀的明顯不同，讓學(xué)生能更加清楚地思考容器的大小和形狀與液體壓強(qiáng)是否有關(guān)系，同時(shí)容器外部貼有刻度尺，以便顯示容器水位的深度和觀察探頭在水中的深度。此外，在三個(gè)容器底的同一位置設(shè)計(jì)三個(gè)點(diǎn)，分別為A、B、C，這樣給定學(xué)生思考的三個(gè)點(diǎn)可以避免學(xué)生產(chǎn)生一些不必要的疑惑。通過設(shè)計(jì)這三個(gè)形狀不同的容器以及容器底部的三個(gè)點(diǎn)，在激發(fā)學(xué)生興趣的同時(shí)，讓學(xué)生能夠在更加直觀的情境中思考及探究問題。為了能夠更加準(zhǔn)確地驗(yàn)證學(xué)生的猜想，改造了測量A、B、C三點(diǎn)壓強(qiáng)過程中用到的探頭，將與壓強(qiáng)計(jì)連接的乳膠管接到探頭的側(cè)面，這樣探頭可以直接放置到指定的三個(gè)點(diǎn)上。

轉(zhuǎn)變“液體內(nèi)部各方向壓強(qiáng)大小關(guān)系”錯誤前概念的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

“在液體內(nèi)部同一深度的各個(gè)方向的壓強(qiáng)大小相等”，很多剛接觸液體壓強(qiáng)概念的學(xué)生覺得這個(gè)物理規(guī)律很難理解，認(rèn)為裝在容器中的液體只有向下方向的壓強(qiáng)，或以為液體所受的重力是豎直向下的，那么向下方向的壓強(qiáng)就應(yīng)該大于向上方向和側(cè)面各個(gè)方向的壓強(qiáng)。對此，運(yùn)用合適的教具開展概念轉(zhuǎn)變教學(xué)，能讓學(xué)生在思維、心理方面形成正確的科學(xué)概念，有利于學(xué)生重新構(gòu)架正確的認(rèn)知過程，真正理解物理知識。

原理：在液體內(nèi)部的同一深度各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。

重點(diǎn)設(shè)計(jì)如下。針對典型的液體壓強(qiáng)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置存在的在上下、左右旋轉(zhuǎn)的過程中因探頭本身大小產(chǎn)生一定的深度差這一不足之處作出了以下改進(jìn)。在研究側(cè)面各個(gè)方向的液體壓強(qiáng)大小的特點(diǎn)后設(shè)計(jì)了探頭，將探頭固定在一根細(xì)桿的中下位置，在測量時(shí)直接將細(xì)桿放置在容器底部某一固定點(diǎn)，再旋轉(zhuǎn)細(xì)桿的上方，細(xì)桿就會帶動探頭向四周轉(zhuǎn)動。這樣既保證了探頭在旋轉(zhuǎn)的過程中所處深度不變，也能清楚地觀察到旋轉(zhuǎn)的過程中壓強(qiáng)計(jì)上液柱的變化情況，同時(shí)旋轉(zhuǎn)探頭也變得更容易操作。

在研究液體內(nèi)部同一深度上下兩個(gè)方向的壓強(qiáng)大小的特點(diǎn)時(shí)，首先制作了一個(gè)直角L 型的木架，在木架的下端固定一個(gè)探頭，使探頭的薄膜朝上，并固定在木架上，這樣將探頭放入水中測出的就是朝下方向的壓強(qiáng)。然后，在木架的同一端再放置一個(gè)可以左右轉(zhuǎn)動的探頭，探頭的薄膜面朝下，測向上方向的壓強(qiáng)，同時(shí)保證兩個(gè)探頭的薄膜面相對時(shí)正好吻合，在測量時(shí)再將探頭錯開，使上下兩個(gè)方向的薄膜在同一個(gè)平面上，這樣在測量時(shí)就可以只直觀地觀察兩個(gè)壓強(qiáng)計(jì)的深度差，從而發(fā)現(xiàn)液體內(nèi)部同一深度上下兩個(gè)方向壓強(qiáng)大小的特點(diǎn)。

轉(zhuǎn)變“液體內(nèi)部不同深度壓強(qiáng)大小關(guān)系”錯誤前概念的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

學(xué)生由于受到前概念的影響，錯誤地認(rèn)為液體裝在容器中就沒有流動性，是靜止的，認(rèn)為靜止不動的液體在任何位置相互的擠壓程度都固定不變，從而認(rèn)為液體內(nèi)部任何位置的壓強(qiáng)大小都一樣。

原理：液體內(nèi)部的壓強(qiáng)隨著液體深度的增大而增大。

重點(diǎn)設(shè)計(jì)如下。在形狀為長方體的容器內(nèi)壁上用吸盤箭頭設(shè)置了在同一豎直方向不同深度的三個(gè)點(diǎn)，同時(shí)在吸盤的另一端分別標(biāo)出了數(shù)字以便區(qū)別認(rèn)識。當(dāng)要分別測量1、2、3 點(diǎn)位置液體壓強(qiáng)的大小時(shí)，直接用探頭分別放置于1、2、3 點(diǎn)的下方，再分別對比其液柱深度差即可直觀地觀察出這三個(gè)點(diǎn)壓強(qiáng)大小的變化規(guī)律。

本文基于概念轉(zhuǎn)變理論設(shè)計(jì)液體壓強(qiáng)實(shí)驗(yàn)，分析了學(xué)生對液體壓強(qiáng)與容器大小的關(guān)系、液體內(nèi)部各方向壓強(qiáng)大小的關(guān)系、液體內(nèi)部不同深度壓強(qiáng)的大小關(guān)系的錯誤前概念，并設(shè)計(jì)出解決相應(yīng)問題的實(shí)驗(yàn)儀器，為中學(xué)液體壓強(qiáng)這塊內(nèi)容的教學(xué)注入了新血液，提供了更為便利的教學(xué)方法。同時(shí)，將改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)用于課堂，不僅能為學(xué)生如何提出問題、解決問題提供了清晰的思路，而且學(xué)生在課堂上能夠便捷地動手參與探究實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在參與課堂活動的過程中發(fā)展動手能力、思考能力等素質(zhì)。