摘要：新課程改革強(qiáng)調(diào)學(xué)生的親身體驗(yàn)和實(shí)踐，研究性學(xué)習(xí)作為一種新型的教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，是體現(xiàn)學(xué)生主體地位的有效途徑之一。通過(guò)開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)“‘隔空喝飲料’中的物理”，教師可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和創(chuàng)造性。這種方式也為教師在課堂中開展研究性學(xué)習(xí)提供有益啟示。

關(guān)鍵詞：研究性學(xué)習(xí)；隔空喝飲料；連通器；大氣壓強(qiáng)

1引言

研究性學(xué)習(xí)是指在教師指導(dǎo)下，學(xué)生在學(xué)科領(lǐng)域或現(xiàn)實(shí)生活情境中自主開展探索的研究活動(dòng)。它鼓勵(lì)學(xué)生在現(xiàn)有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出并解決問(wèn)題。［1］劉謙在春晚上表演的隔空喝飲料魔術(shù)吸引了眾多觀眾的目光，并引發(fā)了模仿該魔術(shù)的熱潮。受此魔術(shù)啟發(fā)，本文設(shè)計(jì)了一項(xiàng)物理研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)。

2研究性學(xué)習(xí)

2.1演示實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

教師首先向?qū)W生展示兩種魔術(shù)道具：雙層杯和飲料瓶，如圖1所示。雙層杯可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)買，而飲料瓶則可以選擇生活中常見的任何一種。從外觀上看，這兩種道具與普通的杯子和飲料瓶沒(méi)有區(qū)別。教師預(yù)先將飲料倒入這兩種容器中，然后使用這些道具進(jìn)行魔術(shù)表演。教師將吸管含在嘴里，使其與雙層杯和飲料瓶保持一定的距離，然后做出“吸”的動(dòng)作。學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，在隔空的情況下，雙層杯和飲料瓶中的液面高度居然逐漸下降，仿佛教師隔空“喝”到了飲料！教師通過(guò)這種魔術(shù)表演，不僅吸引了學(xué)生的注意力，還激發(fā)了他們的好奇心。教師引導(dǎo)他們思考現(xiàn)象背后的原因，使學(xué)生的認(rèn)知方式從單純的“聽講”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍l(fā)現(xiàn)問(wèn)題—思考分析問(wèn)題—解決問(wèn)題”。這為接下來(lái)學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)做了良好的鋪墊。［2］

2.2分析原理，深化概念學(xué)習(xí)

教師倒掉雙層杯中的飲料，向?qū)W生展示雙層杯的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2（a）所示。學(xué)生通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，內(nèi)杯的底端有一個(gè)小孔，外杯的上端也有一個(gè)小孔，而緊蓋雙層杯后，隔層上方是封閉的。接著，教師取出內(nèi)杯，在學(xué)生面前把少量飲料倒入外杯中，再把內(nèi)杯放入外杯中并蓋緊，然后用手指迅速堵住外杯小孔。在此過(guò)程中，學(xué)生觀察到外杯中的飲料在內(nèi)杯的擠壓下，進(jìn)入內(nèi)外杯之間的夾層中。由于夾層體積小，液面迅速上升，從杯外觀察，像極了一杯較滿的飲料。隨后，教師松開堵住外杯小孔的手，液面高度逐漸下降。在這個(gè)過(guò)程中，教師可引導(dǎo)學(xué)生觀察雙層杯此時(shí)的結(jié)構(gòu)和液面的變化。部分學(xué)生敏銳地發(fā)現(xiàn)，當(dāng)松開堵住外杯小孔的手后，雙層杯構(gòu)成了一個(gè)簡(jiǎn)易的連通器。教師引導(dǎo)學(xué)生分析原理：液面下降的原因是因?yàn)閵A層中的液體逐漸流到了內(nèi)杯中。同時(shí)，教師可結(jié)合連通器原理引導(dǎo)學(xué)生思考液面下降到何處會(huì)停止，即當(dāng)內(nèi)外杯液面高度一致時(shí)液面下降停止。

在揭秘了雙層杯之后，教師拿出一個(gè)飲料瓶，倒掉其中的飲料，撕掉包裝紙，向?qū)W生展示飲料瓶的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2（b）所示。學(xué)生注意到瓶子內(nèi)部有一個(gè)氣球，瓶壁上有一個(gè)開口，氣球的開口與瓶壁的開口相連。觀察完畢后，教師再次將飲料倒入瓶中，并通過(guò)瓶口吸氣或向氣球吹氣，結(jié)果氣球膨脹，導(dǎo)致液面高度上升。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考：為什么通過(guò)瓶口吸氣或向氣球吹氣會(huì)導(dǎo)致液面上升呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)上述吹氣和吸氣過(guò)程進(jìn)行分析。

對(duì)著氣球吹氣時(shí)，氣球體積增大，占據(jù)瓶?jī)?nèi)體積，從而導(dǎo)致水位上升。

對(duì)著瓶口吸氣時(shí)，p瓶?jī)?nèi)氣體＜p0（p0為外界大氣壓強(qiáng)），瓶?jī)?nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，大氣壓使氣球膨脹，占據(jù)瓶?jī)?nèi)體積，導(dǎo)致水位上升。

接著，教師用手堵住瓶壁開口，擰緊瓶蓋，而后松開堵住開口的手，向?qū)W生展示飲料瓶。學(xué)生觀察到這就是一瓶“正?！钡娘嬃?。此時(shí)氣球與大氣連通，p氣球內(nèi)＝p0。

然后，教師再次用手堵住瓶壁開口，打開瓶蓋，緩慢松開堵住開口的手，這時(shí)學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)液面逐漸下降。為什么打開瓶蓋并松開堵住開口的手，液面會(huì)下降？在教師引導(dǎo)下，學(xué)生討論后可得出：氣球上方的液體對(duì)氣球的壓力和氣球的收縮力的共同作用使氣球體積逐漸減小，液面逐漸下降。

2.3道具重現(xiàn) 揭開魔術(shù)之謎

在了解“隔空喝飲料”這一魔術(shù)的原理之后，教師可引導(dǎo)學(xué)生自行制作魔術(shù)道具。在教師的提示下，學(xué)生可以分組合作，完成雙層杯和飲料瓶式魔術(shù)道具的制作。教師給每組學(xué)生提供以下工具：一個(gè)透明雙層杯、一根吸管、一把剪刀、適量飲料，用于制作雙層杯魔術(shù)道具；一個(gè)飲料瓶、一個(gè)氣球、一把剪刀、墊片、膠水、適量飲料，用于制作飲料瓶式魔術(shù)道具。

下面對(duì)魔術(shù)道具制作及演示流程進(jìn)行說(shuō)明。

2.3.1雙層杯道具制作及演示

第一步，用剪刀在內(nèi)杯的底端戳一個(gè)小孔a，使得內(nèi)杯和外杯連通；用剪刀在外杯的較上端戳一個(gè)小孔b，使得外杯和外界相連通，如圖3（a）所示。

第二步，向外杯倒入少許飲料，如圖3（b）所示。

第三步，用手堵住外杯上的小孔，然后將內(nèi)杯放入外杯中。這時(shí)，由于內(nèi)杯的擠壓作用，液體會(huì)上升到較高的高度。從外部看，杯子就像是裝滿了飲料，如圖3（c）所示。

第四步，再把堵住外杯小孔的手指慢慢移開，液面逐漸下降，如圖3（d）所示。

2.3.2飲料瓶道具制作及演示

第一步，在飲料瓶較下端用剪刀戳一個(gè)小孔，如圖4（a）所示。

第二步，把氣球口固定在墊片上，并塞進(jìn)戳開的小孔里；用膠水把墊片和洞口進(jìn)行密封，保證不漏氣，如圖4（b）所示。

第四步，堵住瓶壁的開口，然后打開瓶蓋。接著，緩慢地移開堵住瓶壁開口的手，此時(shí)可以觀察到液面逐漸下降，如圖4（d）所示。

完成簡(jiǎn)易魔術(shù)道具的制作后，學(xué)生紛紛利用自己的道具表演隔空“喝”飲料。通過(guò)有趣的實(shí)驗(yàn)引入，揭示了隔空喝飲料的原理，激發(fā)了學(xué)生對(duì)魔術(shù)道具制作的熱情。隨著道具的完成，學(xué)生們都成功地實(shí)現(xiàn)了隔空“喝”飲料的表演。課堂上充滿了歡快活潑的氣氛，我們實(shí)現(xiàn)了在娛樂(lè)中教育的目的，并成功地揭示了魔術(shù)背后的秘密。學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究中感受到學(xué)習(xí)的無(wú)限樂(lè)趣，在親自動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中獲得巨大成就感。［3］

3總結(jié)

研究性學(xué)習(xí)是物理教學(xué)中一種有效的教學(xué)方式，也是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。在課堂教學(xué)中開展研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，可以加深學(xué)生對(duì)物理概念的理解，提高他們的學(xué)習(xí)能力。教師將隔空喝飲料魔術(shù)引入課堂，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們?nèi)硇牡貐⑴c課堂，開放性探索其中的物理原理，將課堂重心由教師講授轉(zhuǎn)向?qū)W生自主學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生多方面的能力發(fā)展。從觀察隔空喝飲料的神奇現(xiàn)象出發(fā)，學(xué)生可以探究背后的物理原理，并親自動(dòng)手制作魔術(shù)道具。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、合作探究，不僅學(xué)習(xí)了理論知識(shí)，還培養(yǎng)了動(dòng)手操作能力，進(jìn)一步提升了自己的知識(shí)應(yīng)用能力。通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)生的認(rèn)知與能力得到了有效的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

［1］陶繼福. 物理研究性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)一例——高度的測(cè)量與水泵揚(yáng)程及泵站位置的選擇［J］. 湖北教育， 2002（Z1）：36-37．

［2］姚蕊，榮爭(zhēng)輝，夏歡，等. 探尋具身視域下的初中物理概念教學(xué)策略——以“大氣壓強(qiáng)”教學(xué)為例［J］. 物理通報(bào)，2021（S2）：32-34．

［3］王汐檸，葉希希，林馨郁，等. 從轉(zhuǎn)心壺談大氣壓強(qiáng)的教學(xué)［J］. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2021，50（11）：43-45．

*基金項(xiàng)目：本文系福建省教育科學(xué)規(guī)劃2023年教育考試招生重點(diǎn)專項(xiàng)課題“高考綜合改革背景下物理試題情境研究”（課題編號(hào)：FJJYKS23-25）及福建師范大學(xué)研究生教育精品課程（課題編號(hào)：zlgc202202003）的研究成果。