大气压强实验改进与创新及应用的有效策略

    摘 要：“大气压强”是初中物理知识的重点内容之一，为学生理解地球周围的大气存在压强提供了重要体验，为学生后续学习大气压强大小的知识建立了重要的前概念。文章作者在多年的教学实践中发现学生对《大气压强》这一节课的学习往往感到很困惑，因此立足于有效备课的视角，自制教具让学生在课堂上可以直接体验到大气压强的存在，以提升学生的核心素养。

    关键词：核心素养;大气压强实验;反思

    中图分类号：G633.7?文献标识码：A?文章编号：2095-624X（2020）23-0029-02

    一、挖掘核心素养，形成教学策略

    1.科学知识

    《义务教育物理课程标准（2011年版）》对“大气压强”的教学要求为：“知道大气压强及其与人类生活的关系。”《广州市义务教育阶段学科学业质量评价标准》（2013版，物理）对大气压强的具体评价为：“知道马德堡半球实验和托里拆利实验;了解测量大气压强的方法;了解大气压强与人类生活的关系”[1]。而本节课中学生需要构建的核心知识为“大气压强的存在及其测量方法”“大气压强与人类生活的关系”。

    2.科学方法

    在进行“大气压强”教学时，教师主要利用自制教具的演示，让学生观察到酒精在瓶子中燃烧后瓶子迅速变扁，同时听到啪啪声;看到瓶中和吸管中充满牛奶时，牛奶吸不起来，以及吸管侧面开孔后，牛奶也吸不起来，形成思维冲突，激发学生思考问题、分析问题的兴趣。实验演示大大减少了教师的语言解释，而且有利于学生物理核心素养的提高。

    3.科学精神和态度

    《义务教育物理课程标准（2011年版）》指出，“有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识”，“体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦”，“养成实事求是、尊重自然规律的科学态度”。教师应该发挥物理学科优势，在大气压强的教学中立足于科学知识和方法，培养学生的科学精神，不能只停留在教授知识的层面，还要有培養学生创新的意识。教师要利用课堂让学生形成终身学习的意识，培养学生“有将科学服务于人类的意识，热爱祖国，有振兴中华的使命感与责任感”[2]。

    4.科学应用

    学习物理知识的意义在于学生能利用所学的知识去分析问题和解决问题，特别是将所学知识和方法内化成一项重要的生活技能。教师要与学生互动进行大气压强的教学，设计好实验的环节并适时提问，驱动学生进行现象分析。笔者通过教学实践认为，在大气压强的教学过程中，教师应该设计如下问题让学生思考：（瓶子和吸管中充满牛奶时）用力吸牛奶，牛奶没吸到口中，吸这个动作能让牛奶到口中来吗？（吸管有孔时）用力吸牛奶，牛奶也没吸到口中，吸这个动作能让牛奶到口中来吗？如果要让池塘里的水通过管道到达高处，利用以上的原理我们应该怎样做呢？学生不一定在课堂上能够回答出第三个问题，但教师可以激发学生思考，让学生在课后讨论，也可以让他们课后查找资料。教师要让学生了解大气压强在生活中的应用除了吸盘、吸管，在生产生活中的具体应用案例还有抽水机和沐浴露瓶上的压力泵等。

    二、发现教学问题，创新教学仪器

    人教版物理八年级下册教材第九章第三节《大气压强》一课虽然没有要求演示证明大气压强存在的实验，但建议讲评的相关实验有：覆杯实验、吸管吸饮料、吸盘吸墙面、铁桶压扁实验。虽然覆杯实验、吸管吸饮料、吸盘吸墙面等实验操作都比较简单，但学生对“饮料不是吸入口中的，而是大气压强压入口中的”仍然存在较大的困惑：明明用嘴巴吸了吸管，饮料才进入口中的，为什么是大气压强压入口中的？而铁桶压扁实验，若教师在课堂上演示，则会由于操作抽气机而耗费较多的课堂时间，因此教师往往采用播放视频的办法，但教学的效果大打折扣。笔者经过思考，并经过教学实践证明，可以用比较简便的实验解决以上两个问题。

    创新制作方法如下。

    （1）取材：内径约1厘米的透明硬质吸管两根，透明玻璃瓶一个，与瓶口吻合的橡胶塞一个，容积18升的空饮用水桶一个，打火机一个，镊子，酒精，棉花。

    （2）制作流程：①在橡胶塞正中间打一个孔，使透明吸管能刚好插入孔中，在孔与胶塞之间用热熔胶密封;②另一根透明吸管在靠近吸嘴2厘米处开一个直径约1厘米的孔;③把容积18升的空饮用水桶桶口处的胶套去除，备用。

    三、精心设计问题，培养核心素养

    1.导入情景

    师：下面，我想请一位同学上来喝牛奶。谁愿意上来呢？（教师拿出玻璃瓶和橡胶塞。）

    一名学生走上讲台，站在教师旁边。

    2.介绍器材

    师：这是一个干净的玻璃瓶，现在我向瓶中倒满牛奶，然后用这个带透明吸管的橡胶塞塞紧瓶口，吸管与瓶塞之间是密封的。现在我们看到牛奶已经满到吸管口了。（教师一边解说，一边操作。）

    3.师生互动

    师：（对着上台的学生说）我现在请这位同学来喝牛奶。规则是除了用嘴接触吸管，不能用身体任何部位接触瓶子。

    学生用力吸吸管。

    师：吸这个动作能让牛奶到口中来吗？

    生：没有。

    师：你认为怎样做才可以用吸管喝到牛奶呢？

    生：打开塞子。

    师：（打开塞子，换了一根侧面开孔的吸管）我再请你喝牛奶。

    学生再次用力吸吸管。

    师：吸这个动作能让牛奶到口中来吗？

    生：（感到很困惑）还是喝不到牛奶呀！

    师：你能否谈一下两次吸牛奶的感受，有没有什么不一样？

    生：第一次感觉吸不动。第二次感觉吸到的是空气。

    师：现在只有这两根吸管，你怎样才能用它们喝到牛奶呢？

    学生吸取了前两次的经验，用带塞子的吸管，但不塞紧瓶口，吸到了牛奶。然后换成用手指堵住小孔，也吸到了牛奶。

    师：感谢你的配合，请坐下。我们发现封住瓶口，就算用力吸了吸管，牛奶也不能进入口中;吸管有孔，牛奶也无法吸入口中。看来我们吸饮料时，是因为我们周围有大气压的存在，是大气把饮料压入口中的。

    以下是饮水桶压扁实验。

    师：我们的周围存在大气，那么大气压强有多大呢？下面我们通过一个实验来体验一下。（拿出容积18升的饮用水桶）请一位同学上台来试试，能否压扁这个饮水桶？

    生：（尝试用力压饮水桶，用脚踩饮水桶，都只能稍微将桶压凹陷。）

    师：看来这位同学的力量不能把这个饮水桶压扁呀！下面我们一起来看一股神奇的力量吧！教师把点燃的酒精棉放入饮水桶中，并用手掌盖住桶口，请同学们观察。（教师一边讲解一边操作，举高饮水桶，稍后看到饮水桶的大部分凹陷，同时听到巨大的啪啪声。）

    学生惊叹。

    教师松开封住桶口的手掌，桶身快速恢复原状，再次发出啪啪声。

    学生再次惊叹。

    4.实验小结

    我们周围存在着大气。用吸管吸饮料时，是大气压在了液面，将饮料压入了口中。饮水桶内的酒精燃烧，桶内气压减小，大气压将饮水桶压扁了，证明大气压强还是很大的。

    四、教学反思

    以上两个实验的器材可以从生活中很方便地获得，制作成本低，操作方法也十分简单。带密封橡胶塞的吸管和侧面开孔的吸管，能够有效帮助学生建立大气压强存在的感性认知，而且实验过程的推进自然而且有趣味性。通过两个实验的演示和师生互動，学生产生了思维冲突，启发了学生用吸管喝牛奶的本质原因是什么。学生未把饮水桶压扁而大气压把饮水桶压扁的实验形成了明显的实验效果对比。学生体验到了大气压强的存在，使学生对大气压存在和大气压很大形成了深刻的印象，为他们后续学习大气压强的测量作铺垫，实现了课堂的有效性。

    课堂是培养学生核心素养的主阵地。教师围绕教学目标进行教学，以先进的教学理念为指导，立足于物理核心素养培养，反思教学问题，探索解决问题的方法，结合创新教具精心设计问题，以求课堂教学更加高效。教师创新教具的态度也激励了学生勇于面对困难，有效培养了学生的科学精神和科学态度，这就真正达到了立德树人的教育目标，这也是我们所有教育工作者共同奋斗的目标[3]！

    [参考文献]

    [1]广州市教育局教学研究室.广州市义务教育阶段学科学业质量评价标准（物理）[S].广州：广东教育出版社，2013：60.

    [2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012.

    [3]马朱林.以“楞次定律”为例践行核心素养教学[J].中学物理教学参考，2018（Z1）：8.

    基金项目：广州市第三批市教育系统创新学术团队“中学物理演示实验改进创新及其在教学中的应用研究”（1201630019）。

    作者简介：覃燕娜（1985— ），女，广东德庆人，中学一级教师，本科，研究方向：初中物理教学。