李詩嘉 陳航燕 袁海泉

[摘 要]氣體壓強是初中物理學習的一個重難點。將新加坡O?Level物理與我國蘇科版物理八年級下冊氣體壓強的學習內容、學習要求以及考查情況進行對比，發(fā)現其中存在較大的差異，學習及考查的層次邏輯特點均不同。以此為基礎，再對比分析新加坡O?Level物理考試以及蘇州物理中考關于氣體壓強的考題的特點，并給出了我國初中物理氣體壓強的兩點教學啟示。

[關鍵詞]O?Level物理;蘇科版物理;氣體壓強;教材;大綱;考題

[中圖分類號]? ? G633.7? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）05-0044-04

GCE O?Level全稱為General Certificate of Education Ordinary Level Examinations（劍橋普通水準考試，簡稱O?Level）。它是由新加坡教育部和英國劍橋大學考試局共同主辦，為14至16歲中學生所設計的普通教育證書考試，也是劍橋國際AS & A級考試、劍橋AICE（Advanced International Certificate of Education）證書考試、劍橋大學預科和其他教育課程（如美國大學預修課程和國際學士學位證書課程）的基礎課程，其課程所處階段類似我國的初中教育階段。

本文從教材、大綱以及考題三個方面著手，針對氣體壓強的學習內容、學習要求對O?level物理教材與我國蘇科版初中物理教材進行比較研究。并以2016 — 2020年O?Level物理試卷、2010 — 2019年蘇州市中考物理試卷為例，深入對比剖析O?level物理教材和蘇科版初中物理教材中氣體壓強相關知識的考題設置情況。在此基礎上，給出關于氣體壓強的教學啟示。

一、O?Level物理考試簡介

O?Level物理考試按題型和考查內容分為三部分：卷1、卷2、卷3或卷4，其中卷1為單選題、卷2為簡答題、卷3或卷4為實驗題。卷1及卷2為必考卷，旨在考查學生的基礎理論知識;卷3及卷4為實驗卷，其區(qū)別在于卷3為實驗操作題，卷4為實驗理論題，考試中心可根據實驗條件的差異以及考生的實際情況任選其一。卷1至卷3或4，每份試卷單獨考查計分。卷2所占分值最多，其次是卷1、卷3或卷4，學生成績?yōu)槿糠值暮嫌嬁傇u，試卷細節(jié)情況介紹見表1。

二、教材內容教學、大綱對比

（一） 教材內容對比

根據教學大綱所編排的O?Level物理教材，氣體壓強知識點出現在第七章第三節(jié)“大氣壓”以及第九章第三節(jié)“氣體的壓強”[1]。蘇科版物理教材氣體壓強知識點僅出現在八年級下冊第十章第三節(jié)“氣體的壓強”[2]，兩版本教材氣體壓強知識點對比如表2。

蘇科版物理教材中的氣體壓強主要圍繞大氣壓展開，內容與O?Level物理教材中“大氣壓”一節(jié)相對應，比O?Level物理教材篇幅更簡潔，突出了流體壓強與流速的關系這一部分的學習。而O?Level物理教材在這一節(jié)中突出的是簡單水銀氣壓計測量大氣壓的方法及原理，并針對相關教學內容，設置了相應的例題及大量圖片。O?Level物理教材在第九章“分子運動理論”中單獨列出第三節(jié)，從微觀層面解釋氣體壓強產生的原因，并探討了三種不同條件下，氣體的溫度、體積與壓強之間的關系。這些內容編排在我國的人教版高中物理選修三中，在初中階段并無要求。由此可見，O?Level物理教材中關于氣體壓強的學習范圍更廣，內容更全面。

（二）教學大綱對比

O?Level物理教學大綱中，通過劃分三項評估目標，反映學生在課程結束時需要掌握的知識、技能和能力。這三項目標分別為AO1知識與理解、AO2處理信息和解決問題的能力、AO3實驗技能與探究。與之相對應，我國的《義務教育物理課程標準（2011年版）》中明確給出了知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價值觀這三項課程目標作為學生學習初中物理的科學素養(yǎng)培養(yǎng)目標[3]。在氣體壓強學習要求方面，我國初中物理對氣體壓強相關內容要求掌握的程度較低，僅要求“知道”“了解”大氣壓強與人類生活的關系及使用水銀柱測量大氣壓。而O?Level物理教學大綱中，詳細給出了氣體壓強相關學習內容要求，其中不僅涵蓋了我國《義務教育物理課程標準（2011年版）》的學習要求，還將學習內容擴展至氣體壓強發(fā)生變化的微觀原因解釋。

分析表3得知，O?Level物理教學大綱將氣體壓強的相關內容分別設置在壓強模塊、物質的熱特性模塊以及物質的動力學模型模塊。其中不僅要求學生掌握使用氣壓計、水銀柱測量氣體壓強的方法，還要求學生理解并掌握[p1V1=p2V2]公式在一定條件下的計算，并對其相應的壓強與體積發(fā)生變化的物理過程進行解釋;定量解釋壓強不變的條件下，溫度的改變如何影響氣體體積的變化;通過分子運動理論，解釋氣體壓強發(fā)生改變的微觀過程。由此可見，O?Level物理教學大綱中對氣體壓強的學習要求，高于我國《義務教育物理課程標準（2011年版）》的要求。學生通過學習，不僅知道、了解氣體壓強的定義、內容，更能從微觀視角理解氣體壓強產生的原因，并給出氣體壓強發(fā)生變化的微觀解釋。這類學習要求，不僅強化了學生對知識的理解，更引導學生在初次接觸氣體壓強相關知識點時，學會用探究的精神深入理解其深層次的物理原理。O?Level物理教學大綱中，還將氣體壓強相關學習內容與微觀視角下分子運動理論相結合，引導學生綜合運用動量定理分析壓強、力、容器壁受力面積三者間的關系及溫度變化所引起的分子動能變化等知識點，多角度理解氣體壓強發(fā)生變化的原因。這些知識的掌握，有助于引導學生深入思考，融會貫通各種知識內容，為今后更為復雜的物理學習打下扎實的基礎，培養(yǎng)良好的思維習慣。接下來，筆者對近五年O?Level物理考試的題目關于氣體壓強的考查特點進行分析，并將其與蘇州市近十年的物理中考題中氣體壓強相關考查內容作對比，以體現O?Level物理考試對培養(yǎng)學生綜合運用物理知識解決問題能力的特點。

三、考題對比

（一）考題內容分類對比

筆者分析了2016 — 2020年O?Level物理考試中氣體壓強的考查。參考O?Level物理教學大綱，將考查內容分為9類，相對應的考查頻次如圖1所示。以蘇州市物理中考題為例，分析2010 — 2019年物理中考試卷中氣體壓強的考查內容及考查頻次如圖2所示。其中，除2012年蘇州物理中考沒設置有氣體壓強相關題目外，其余年份均設置了氣體壓強類題，但所占比重極小，基本上是以一道選擇題或者填空題的形式呈現。

如圖1所示， 近五年的O?Level物理試卷中，關于氣體壓強的內容，考查頻次最高的分別為公式[p1V1=p2V2]的靈活應用、分子運動與氣體壓強的關系、溫度對分子運動的影響。考查方式以選擇題居多，其次是簡答題和計算題。其中，公式的靈活應用類試題，均結合分子運動理論與氣體壓強變化關系出題?？梢奜?Level物理試題中，對氣體壓強的微觀層面解釋以及綜合應用物理知識能力的重視。根據圖2蘇州近10年的中考物理題分析可見，關于氣體壓強的知識只考查了11次。除2017年有3道題考查了兩個知識點以外，其余年份都只設置了1道題。不僅如此，反復考查的知識只有三項，范圍小，且較為簡單。其中，考查頻次最高的知識內容為氣體壓強與流速的關系。下面，筆者將舉例分析O?Level物理考題中三類與氣體壓強相關的典型題目，將其與蘇州市物理中考中具有代表性的三類題目進行對比，以呈現各自的考查特點。

（二） 典型考題分析

1. O?Level物理高頻次考點分析

（1）公式[p1V1 = p2V2]的靈活應用

[例1]10米深的水產生的壓強等于大氣壓強。一個氣泡從20米深的湖底開始上升，當氣泡到達表面時，體積為6.0 cm3。氣泡在湖底時體積是多少？（ ）

A. 2.0 cm3 B. 3.0 cm3 C. 12 cm3 D. 18 cm3

該題主要考查公式[p1V1=p2V2]的應用，并結合大氣壓強值隨深度變化的關系和液體壓強隨深度變化的關系兩個知識點。為了得到氣泡在湖底時的體積，需要知道湖底壓強、湖面氣泡體積、湖面壓強三個條件，運用公式[p1V1=p2V2]求解。但題干中并未直接給出湖面及湖底壓強的具體數值。將湖底20 m深處的壓強值以隱含條件的形式，通過湖中10 m深處壓強值與大氣壓強相關聯。題目看似簡單，但對學生綜合應用知識的能力要求很高。公式[p1V1=p2V2]的靈活應用，在O?Level物理氣體壓強中考查頻次最高，出題范圍最廣，選擇題、簡答題和計算題中均有涉及，題目內容和形式多樣。

（2）分子運動與氣體壓強的關系

[例2]圖3是一個裝有氣體的有活塞的氣缸。活塞移動時氣體體積從[V1]變到[V2]，使得壓強從[p1]升高到[ p2]，此時溫度保持不變。用分子的概念解釋為什么氣體的壓強會發(fā)生變化。

O?Level物理考試中的這類試題，主要考查學生綜合運用分子運動理論知識，從微觀上解釋氣體壓強隨體積變化的原因。氣體分子不斷運動，且與容器內壁發(fā)生碰撞。這種持續(xù)的碰撞將對容器內壁產生平均力的作用，單位面積的平均力就是氣體對容器壁所施加的壓強。當容器體積減小時，單位體積的分子數目增多，單位面積的碰撞頻率增加，因而氣體壓強增大。分子運動與氣體壓強的關系是簡答題?？嫉闹R點，這類解釋型題目更具開放性。

（3）氣體壓強變化受溫度變化影響的微觀解釋

[例3]如圖4所示，一個連接壓力計的氣體容器，壓力計中管的橫截面積是恒定的，容器中的氣體會產生壓強。在圖4中，壓力計左邊的水銀高度比右邊的低，當容器內的氣體被加熱，兩邊的水銀高度則變得相同。從氣體分子的角度，解釋是什么導致了水銀的高度相同。

題干隱含了氣體壓強隨溫度的升高而增大的條件，考查了學生結合溫度對分子運動的影響，從微觀層面上解釋氣體壓強變化的原因。氣體被加熱時，分子熱運動劇烈，平均動能增加、速度增大，因此與容器壁碰撞更頻繁，單位面積的平均力，即壓強隨之增大。該題從溫度變化出發(fā)，再到對分子運動的影響，進而使氣體壓強發(fā)生變化，從簡單到復雜，層層遞進，利于學生遷移運用知識。

2. 蘇州市中考物理三大類考題分析

（1）氣體體積變化與壓強變化的關系

[例4]小明用礦泉水瓶和小玻璃瓶制作了一個“浮沉子”（如圖5），他將裝有適量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在礦泉水瓶內的水面上，礦泉水瓶內留有少量空氣，擰緊瓶蓋使其密封，用力擠壓礦泉水瓶側面時“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”上浮。下列說法錯誤的是（ ）。

A.“浮沉子”下沉時，所受重力大于它受到的浮力

B.無論怎樣擠壓礦泉水瓶側面，“浮沉子”不可能懸浮在水中

C.“浮沉子”上浮時，小瓶內的壓縮空氣會將內部的水壓出

D.潛水艇與“浮沉子”浮沉的原理相同

相較于O?Level物理關于公式[p1V1=p2V2]靈活應用類的考題，蘇州中考物理著重考查學生對氣體體積變化引起壓強變化現象的理解。它把氣體壓強及體積變化間關系的知識點融合在學生不太熟悉的“浮沉子”中，增加了題目難度。但此類題在氣體壓強考題中占比很小，只出現過一次，并且考查內容并未涉及微觀解釋及計算。

（2）大氣壓強的綜合應用類

[例5]下列圖例能說明大氣壓強存在的是（ ）。

A.書包帶較寬? ? ? ? ? ? ? B.熱氣球升空

這類題多是結合生活場景考查大氣壓強的綜合應用。要求學生分析選項中提到的物理情境，結合對應的物理知識，從而確定答案。和O?Level物理綜合類考題相比，并未涉及綜合應用分子運動理論從微觀角度解釋氣體壓強隨體積變化而變化的原因，而是要求學生知道大氣壓的存在，從而理解生活中的現象，較為簡單。

（3）氣體壓強與流速的關系類

[例6]如圖7所示，某同學在探究流速大小對流體壓強的影響時，在倒置的漏斗里放一個乒乓球，用手指托住乒乓球，然后從漏斗口向下用力吹氣，當他將手指移開時，乒乓球沒有下落。該現象可以說明乒乓球上方氣體流速 ? ? ? ? ? ? （選填“增大”“減小”或“不變”），壓強 ? ? ? ? ? （選填“變大”“變小”或“不變”）。

本題考點為氣體壓強與流速關系的探究實驗及其現象解釋。這類知識在蘇州市中考物理氣體壓強中的考查頻次最高，多以填空題形式呈現。題干時常會直接提示“流速”或者“速度”等信息，提示考生流速與氣體壓強相關。相較于O?Level物理考題中常考的氣體壓強與溫度變化的微觀解釋類考題，蘇州中考物理中并未涉及溫度與氣體壓強的關系，而是引入流體流速這一概念，要求學生理解氣體壓強與流速的關系。

綜上所述，O?Level物理與蘇州中考物理對氣體壓強的考查側重點極為不同。O?Level物理中氣體壓強的學習內容及考查特點明顯，主要體現在三個方面：①注重從微觀層面理解氣體壓強產生的原因，結合影響分子運動的微觀因素綜合考查氣體壓強的變化;②注重氣體壓強、溫度、體積之間的關系，尤其是恒定溫度條件下，壓強與體積（p-V）之間的關系;③考查方式靈活，綜合應用物理知識能力的要求高。與之相比，蘇州中考物理關于氣體壓強的考查多結合生活現象和實例，內容較簡單，題型單一，學生較容易掌握和得分。

四、 教學啟示

（一）增強氣體壓強學習的深度和廣度

關于氣體壓強的內容，O?Level物理教材比蘇科版初中物理教材多安排了5個知識點，知識點的介紹和引導更詳細具體、覆蓋范圍更加廣泛。在考綱上相較于我國《義務教育物理課程標準（2011年版）》要求更高。在習題設置上，氣體壓強是O?Level物理必考的知識，且注重與其他知識點的結合，難易程度符合學生的認知規(guī)律。因此，筆者認為，作為高中物理學習的基礎課程，我國初中物理課程可增強氣體壓強學習的深度和廣度，為學生深入理解氣體壓強的宏觀及微觀解釋打下扎實的基礎。

（二） 融合學習進階的教育理念

O?Level物理課程對氣體壓強微觀解釋的學習要求，使學生從公式記憶、宏觀理解的層面深入至微觀視角，以理解氣體壓強產生的原因。學習層層遞進，步步深入。這樣的模式，能夠有效解決初高中物理學習跨度大、概念轉化困難等問題，消除初中階段對氣體壓強相關學習內容的已有認知固化，真正使學生做到“知其然，并知其所以然”。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? Dr Charles Chew，Chow Siew Foong，Dr Ho Boon Tiong.Physic Matters for GCE‘O’Level[M]. 4th ed. Singapore：Marshall Cavendish Education，2017.

[2]? 劉炳昇，李容.義務教育教科書物理八年級下冊[M].3版.南京：江蘇鳳凰科學技術出版社，2012.

[3]? 中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

（責任編輯 易志毅）