趙 曼(山東省煙臺福安中學(xué) 山東 煙臺 264000)田麗杰(魯東大學(xué) 山東 煙臺 264000)

核心素養(yǎng)是個人終身發(fā)展、融入當(dāng)今社會的必需品格和關(guān)鍵能力,物理作為一門基礎(chǔ)學(xué)科,引領(lǐng)著現(xiàn)代科技的進(jìn)步,物理核心素養(yǎng)的提出不僅順應(yīng)了教育發(fā)展的必然趨勢,更極大地肯定了物理教學(xué)的育人功能[1].2011年教育部制定的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“義務(wù)教育物理課程是一門注重實驗的自然科學(xué)基礎(chǔ)課程.此階段的物理課程應(yīng)注意讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)知識和科學(xué)探究方法，提高分析問題和解決問題的能力”[2].流體壓強(qiáng)是對前面壓強(qiáng)知識的進(jìn)一步延伸和拓展，又與生產(chǎn)生活聯(lián)系緊密.傳統(tǒng)教學(xué)中，流體壓強(qiáng)與流速關(guān)系相關(guān)液體和氣體實驗都存在現(xiàn)象不明顯，持續(xù)時間短，不利于學(xué)生觀察等不足.而且本節(jié)涉及到的流速知識是學(xué)習(xí)流體壓強(qiáng)規(guī)律的基礎(chǔ)，傳統(tǒng)教學(xué)介紹液體流經(jīng)粗細(xì)管與液體流速的關(guān)系和飛機(jī)上下表面氣體流速大小時，大部分教師只采用理論分析的方法進(jìn)行教學(xué)而沒有實驗支撐，學(xué)生不易透徹理解流速知識，這也造成學(xué)生不能結(jié)合生活情境靈活應(yīng)用流體壓強(qiáng)規(guī)律.因此，筆者自制流速演示儀，將學(xué)生不易理解的流速知識通過鮮明的實驗現(xiàn)象得出，降低學(xué)生學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)習(xí)效率.結(jié)合改進(jìn)的液體壓強(qiáng)與流速演示器、氣體壓強(qiáng)與流速演示器以及探究飛機(jī)升力演示儀更加鮮明的實驗現(xiàn)象，幫助學(xué)生獲取流體壓強(qiáng)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于總結(jié)、解決問題的能力，促進(jìn)學(xué)生學(xué)以致用.

本文根據(jù)教學(xué)內(nèi)容分為探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系實驗、探究飛機(jī)升力實驗、流體壓強(qiáng)實例模型情境再現(xiàn)3大部分，每部分結(jié)合傳統(tǒng)教學(xué)方式、改進(jìn)實驗、實驗過程、核心素養(yǎng)4個方面進(jìn)行闡述.

1 探究流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系實驗

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)實驗方式

1.1.1 液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實驗

魯科版《物理·八年級下冊》第七章第五節(jié)提供的液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示裝置如圖1所示[3]，而目前教學(xué)中常用的液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示教具如圖2所示.

圖2 液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示儀

對于液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實驗的處理多數(shù)教師將其作為演示實驗，直接向?qū)W生展示書中附圖所示的實驗器材，教師演示實驗后，結(jié)合流速知識理論分析講解，讓學(xué)生得出實驗結(jié)論.

經(jīng)過多年一線教學(xué)的積累，筆者將教學(xué)過程中學(xué)生遇到的困惑和問題進(jìn)行匯總，具體如下：

(1)實驗現(xiàn)象持續(xù)時間短，液體流動與不流動時液體壓強(qiáng)對比現(xiàn)象不突出.

(2)實驗需多人完成，進(jìn)行實驗時不利于學(xué)生仔細(xì)觀察實驗現(xiàn)象.

(3)實驗容易漏水，造成實驗環(huán)境污染，意外頻發(fā).

(4)實驗所用水資源不能重復(fù)利用，浪費(fèi)水資源.

(5)粗細(xì)管流速大小部分無相關(guān)實驗裝置，只有理論分析，不能透徹理解流速知識.

1.1.2 氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實驗

本節(jié)提供的氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實驗示意圖如圖3和圖4所示[3].氣體實驗操作相對簡單，多采用學(xué)生分組實驗或趣味比賽來獲得實驗結(jié)論.最后結(jié)合液體、氣體相關(guān)結(jié)論綜合總結(jié)出流體壓強(qiáng)規(guī)律.

圖3 口吹硬幣跳欄桿

圖4 口吹紙張

(1)硬幣跳高實驗部分肺活量小的學(xué)生不能完成，或者現(xiàn)象不明顯.

(2)吹紙實驗易受外界風(fēng)影響，多風(fēng)環(huán)境干擾因素太大，實驗結(jié)果不夠客觀.

1.2 改進(jìn)實驗方式

經(jīng)過以上學(xué)生反映的困惑和問題的分析，針對以往實驗的弊端，對實驗進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)優(yōu)化，自制了液體壓強(qiáng)與流速演示器、流速演示儀，引導(dǎo)學(xué)生類比液體實驗裝置，自制氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器.

1.2.1 液體壓強(qiáng)與流速演示器

改進(jìn)裝置流體壓強(qiáng)與流速演示器如圖5所示，該儀器主要由儲水瓶、相連接的粗細(xì)管、豎管、止水夾、供水泵5個部分構(gòu)成.

①儲水瓶;②相連接的粗細(xì)管;

實驗裝置增加了水槽和儲水瓶，通過水泵持續(xù)不斷向儲水瓶供水，水流經(jīng)粗細(xì)管最終流向水槽，整個裝置構(gòu)成自循環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源重復(fù)利用，入水口、出水口密封，防止液體外漏，避免了資源浪費(fèi).儲水瓶向粗細(xì)管供水，增加實驗時間，而且儲水瓶水位高，止水夾打開前后實驗現(xiàn)象對比明顯.裝置安裝在支架上，只需要打開止水夾和供水泵開關(guān)，方便學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象.

1.2.2 流速演示儀

粗細(xì)管中流速大小相關(guān)知識部分沒有實驗儀器，受水沖擊水輪情景的啟發(fā)，自制了流速演示儀，如圖6所示，裝置由儲水瓶、相連接的粗細(xì)管、螺旋槳、開關(guān)4部分組成.

①儲水瓶;②相連接的粗細(xì)管;③螺旋槳;④開關(guān)

自制流速演示儀，在粗細(xì)管中各放置一個小螺旋槳，這樣就巧妙地將肉眼不能直接觀察到的流速大小轉(zhuǎn)換為觀察螺旋槳轉(zhuǎn)速的大小，現(xiàn)象直觀，說服力強(qiáng)，巧妙突破學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn).

1.2.3 氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器

學(xué)生根據(jù)液體實驗，結(jié)合課本氣體小實驗中的不足，自制氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器，如圖7所示，裝置包括相連接的粗細(xì)管、與粗細(xì)管相連接的裝有紅墨水的軟管2部分，并結(jié)合吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行實驗.

①相連接的粗細(xì)管;

在液體實驗器材基礎(chǔ)上將相連接的粗細(xì)管倒置，用軟管連接進(jìn)行實驗，結(jié)合液體實驗經(jīng)驗，快速得出氣體流動的壓強(qiáng)規(guī)律.采用吹風(fēng)機(jī)代替學(xué)生進(jìn)行氣體壓強(qiáng)與流速實驗，現(xiàn)象明顯且持續(xù)時間長，還可以改變風(fēng)力大小增加對比實驗.

1.3 實驗過程

1.3.1 實驗器材

液體壓強(qiáng)與流速演示器，流速演示儀，氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器，吹風(fēng)機(jī)，插排，紅墨水，凳子支架，水桶.

1.3.2 實驗步驟

實驗1：液體壓強(qiáng)與流速關(guān)系

將事先準(zhǔn)備好的紅色液體倒入液體壓強(qiáng)與流速演示儀水槽中，打開插排電源開關(guān)，水泵向儲水瓶中供水，止水夾使出水軟管保持關(guān)閉狀態(tài)，水充滿粗細(xì)管，達(dá)到一定高度的時候關(guān)閉供水泵，整個裝置構(gòu)成連通器如圖8所示，豎管與儲水瓶液面相平.打開止水夾液體流動時如圖9所示，能觀察到液面明顯下降，直觀形象地讓學(xué)生了解液體流動時的液體壓強(qiáng)要比它不流動時的壓強(qiáng)小，清晰地認(rèn)識流體壓強(qiáng).通過水泵向儲水端不斷供水，現(xiàn)象持續(xù)時間長，學(xué)生進(jìn)一步觀察，發(fā)現(xiàn)在粗管中液柱高，細(xì)管中的液柱低，反映了粗管內(nèi)的液體壓強(qiáng)大，細(xì)管中的液體壓強(qiáng)小.

圖8 流體壓強(qiáng)與流速演示器水靜止時現(xiàn)象

圖9 流體壓強(qiáng)與流速演示器水流動時現(xiàn)象

實驗2：流速與管粗細(xì)關(guān)系

學(xué)生利用器材分組實驗，關(guān)閉出水口開關(guān)，將水裝滿儲水瓶，觀察到水靜止時螺旋槳不動，慢慢打開開關(guān)，水流動時，快速直觀地認(rèn)識到：粗管中的流速小，細(xì)管中的流速大.結(jié)合第一部分實驗現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)粗管流速小的位置壓強(qiáng)大，細(xì)管流速大的位置壓強(qiáng)小.

實驗3：氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系

用吹風(fēng)機(jī)向粗細(xì)管中吹風(fēng)，現(xiàn)象如圖10所示，能明顯觀察到與粗管相連接的軟管中紅墨水液面下降，與細(xì)管相連接的軟管中紅墨水液面上升.結(jié)合壓強(qiáng)知識，學(xué)生自己分析出原來氣體中也存在粗管流速小的位置壓強(qiáng)大，細(xì)管流速大的位置壓強(qiáng)小的規(guī)律.

圖10 氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系現(xiàn)象

綜合以上3個實驗現(xiàn)象，總結(jié)出流體壓強(qiáng)規(guī)律：在流體中，流速越大的位置壓強(qiáng)越小，流速越小的位置壓強(qiáng)越大.

1.4 核心素養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)

該實驗過程核心設(shè)計思路如圖11所示，經(jīng)過不同情境的創(chuàng)設(shè)、遞進(jìn)問題的設(shè)計、知識的遷移，學(xué)生自己經(jīng)歷“推理”過程獲取流動液體中的流體壓強(qiáng)規(guī)律，讓學(xué)生認(rèn)識到實驗探究的重要性，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于總結(jié)、解決問題的能力.教師進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生通過實驗方法遷移，自行設(shè)計實驗，自制氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系演示器，讓學(xué)生通過科學(xué)想象與科學(xué)推理方法的結(jié)合，大膽嘗試動手實驗，發(fā)展學(xué)生想象力和動手實踐能力，使學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新，形成尊重事實、探索真理的科學(xué)態(tài)度，有效落實提高學(xué)生核心素養(yǎng)的最終目標(biāo).

圖11 實驗核心設(shè)計思路

2 探究飛機(jī)升力實驗

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)實驗方式

飛機(jī)升力是流體壓強(qiáng)的典型應(yīng)用，多數(shù)教師的教學(xué)模式采用如圖12所示飛機(jī)升力演示實驗結(jié)合動畫和理論分析的方式進(jìn)行飛機(jī)升力知識的講解，而動畫演示是人為設(shè)計，可信度不高，由于缺乏實驗驗證，學(xué)生在學(xué)習(xí)飛機(jī)上下表面流速時，經(jīng)常錯誤地認(rèn)為上表面流速小，下表面流速大，導(dǎo)致飛機(jī)升力最終不能正確得出答案，阻礙了教學(xué)進(jìn)度的完成.

圖12 飛機(jī)升力演示器

2.2 改進(jìn)實驗方式

分析以上學(xué)生容易犯錯的原因，針對傳統(tǒng)教學(xué)中存在的缺陷，自制圖13飛機(jī)升力機(jī)翼模型，學(xué)生分組進(jìn)行實驗，認(rèn)識飛機(jī)升力的存在.類比氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系實驗，自制探究飛機(jī)升力演示儀(圖14)，有效突破飛機(jī)升力產(chǎn)生原因.

圖13 飛機(jī)升力機(jī)翼模型

探究飛機(jī)升力演示儀包括飛機(jī)升力演示部分、U型管、軟管、機(jī)翼模型4部分，實驗巧妙結(jié)合機(jī)翼模型與氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系裝置，通過軟管將機(jī)翼上表面與U型管左側(cè)相連，機(jī)翼下表面與U型管右側(cè)相連，U 型管液面的高度變化反映機(jī)翼上下表面的壓強(qiáng)變化，從而有效分析出機(jī)翼上下表面壓強(qiáng)與流速大小的關(guān)系，找到飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因.

2.3 實驗過程

2.3.1 實驗器材

飛機(jī)升力機(jī)翼模型，探究飛機(jī)升力演示儀，鼓風(fēng)機(jī)，插排.

2.3.2 實驗步驟

(1)利用如圖13所示自制飛機(jī)升力機(jī)翼模型，讓小飛機(jī)起飛的小實驗，學(xué)生積極嘗試，認(rèn)識飛機(jī)起飛是由于飛機(jī)受到向上的升力.

(2)教師演示探究飛機(jī)升力演示儀，鼓風(fēng)機(jī)未吹風(fēng)時，機(jī)翼上下表面壓強(qiáng)相等，U型管兩側(cè)液面相平.用鼓風(fēng)機(jī)模擬空氣氣流，吹向機(jī)翼模型，現(xiàn)象如圖15所示，觀察U型管兩側(cè)液面高度變化，發(fā)現(xiàn)左側(cè)液面升高，右側(cè)液面下降，結(jié)合流體壓強(qiáng)和流速的關(guān)系，學(xué)生自己分析確定原來真的是上表面流速大壓強(qiáng)小，下表面流速小壓強(qiáng)大.機(jī)翼上下表面形成向上的壓強(qiáng)差，飛機(jī)獲得向上的升力騰空而起.

圖15 探究飛機(jī)升力演示儀現(xiàn)象

2.4 核心素養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)

學(xué)生利用飛機(jī)升力機(jī)翼模型進(jìn)行實驗，既增加了學(xué)習(xí)的趣味性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又為后面探究飛機(jī)升力問題做好鋪墊.結(jié)合探究飛機(jī)升力演示實驗鮮明的實驗現(xiàn)象，學(xué)生自己利用已經(jīng)獲得的知識進(jìn)行分析，獲取飛機(jī)升力產(chǎn)生的原因.整個分析過程，符合學(xué)情，從感性到理性，巧妙突破本節(jié)難點(diǎn).整個環(huán)節(jié)讓學(xué)生體驗到物理的奇妙和魅力，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)學(xué)生遇到問題自主思考的習(xí)慣和設(shè)法解決的毅力，鍛煉學(xué)生一定的自主鉆研物理的能力.

3 流體壓強(qiáng)實例模型情景再現(xiàn)

3.1 傳統(tǒng)教學(xué)方式

學(xué)生利用所學(xué)的流體壓強(qiáng)知識解釋生活中的流體壓強(qiáng)現(xiàn)象，教材雖然有豐富的文字和圖片展示，但是很多學(xué)生沒坐過火車、地鐵，沒拆開過吸塵器，更沒見過草原犬鼠，生活經(jīng)驗的限制導(dǎo)致學(xué)生不能理解具體的流體壓強(qiáng)情境，多數(shù)教師采用播放視頻的方式幫助學(xué)生理解情境，但效果不是特別理想.

3.2 改進(jìn)教學(xué)方式

筆者結(jié)合八年級學(xué)生的實際情況，提供相應(yīng)的材料，鼓勵學(xué)生進(jìn)行科學(xué)小創(chuàng)作，安全線模型(圖16)、迷你吸塵器(圖17)、草原犬鼠之家(圖18)模型情景再現(xiàn)，提升知識與生活的關(guān)聯(lián)性，實現(xiàn)在做中學(xué)，從表層學(xué)習(xí)向深度學(xué)習(xí)發(fā)展.

圖16 安全線模型

圖17 迷你吸塵器

圖18 草原犬鼠之家模型

3.3 核心素養(yǎng)目標(biāo)實現(xiàn)

流體壓強(qiáng)實例模型情景再現(xiàn)，直觀的現(xiàn)象令人印象深刻，既驗證了知識的正確性，又提高了學(xué)生的自信心和學(xué)習(xí)興趣.筆者幫助學(xué)生課下查閱資料撰寫科學(xué)小論文，更好地了解生活、服務(wù)社會.“學(xué)以致用”鍛煉了學(xué)生的物理應(yīng)用能力，學(xué)會用物理知識指導(dǎo)生活，服務(wù)生活，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的熱情，樹立通過學(xué)習(xí)鉆研科技、報效祖國的理想.

4 結(jié)束語

本節(jié)實驗大膽改進(jìn)創(chuàng)新，自制教具獨(dú)特，現(xiàn)象直觀，利于突破重點(diǎn)和難點(diǎn).在整個教學(xué)過程中，營造一個自主、和諧、多元的實驗環(huán)境;以實驗為主線，以學(xué)生為主體，小組精誠合作，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐動手能力.流體壓強(qiáng)實例模型情境再現(xiàn)，材料易得，效果顯著，幫助學(xué)生從生活走向物理，從物理走向社會.整節(jié)課以創(chuàng)新實驗為依托，貫徹落實了提高學(xué)生核心素養(yǎng)的目標(biāo).