重视物理观念形成的流体压强与流速关系教学设计
张亚锴 赵志国
摘 要：流体压强与流速的关系与生活联系紧密，采用贴近生活的素材，利用“小国旗被吸在空调出风口位置”的现象引入新课。设置问题情境，锻炼学生解决问题的能力。利用漩涡以及榨汁机工作慢镜头启发思考，帮助学生形成物理观念。
关键词：物理观念; 教学设计; 流体压强与流速
中图分类号：G633.7? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ?文章编号：1006-3315（2020）9-010-002
物理观念是物理学科核心素养的重要组成部分[1]，学习物理观念的目的是为了学习者能够用学过的物理知识解释自然现象和解决实际问题[2]。教师在教学过程中应多联系生活，利用原始问题，帮助学生形成物理观念[3]。
流体压强与流速关系是人教版八年级物理下册第九章第四节的内容。与“流速大的位置压强小”相关的现象和应用在生活中较为常见，教材利用与生活联系并不紧密的吹硬币和吹纸条小实验，得出规律[4]。这样的小活动虽然具有一定的趣味性，但是难免会让学生停留在对物理知识的记忆层面，不能很好地形成相应的物理观念。所以笔者利用生活中的现象及应用设计本节课中流体压强与流速关系的部分，帮助学生理解和应用物理知识。
1.引入新课
展示如图1和图2所示的两种情景，介绍国庆节期间，公交车师傅在公交车内布置小国旗来庆祝中华人民共和国生日，提出问题①：“为什么在空调工作时，小国旗会被吸在空调出风口处？”引入新课。
【设计意图】利用生活中客观存在的现象结合真实问题，引发学生思考，培养学生将物理与生活联系的观念，有利用已有物理知识解决问题的意识。学生在观察小国旗时，爱国之情油然而生。
2.气体压强与流速关系
结合上节课大气压强的知识，引导学生利用受力分析，得出在空调开始工作时小国旗运动状态改变的原因是两侧受力不平衡。由于小国旗左右两侧面积相等，所以说两侧的压强不相等，而在两种情景中改变的是空气的流动速度即流速。得出问题①的答案：可能是由于空调出风口处的空气流速增大，压强减小。
空气是常见的气体，教师自然而然带领学生进行猜想：在气体中，流速大的位置压强小。接着进行实验验证，教师展示如图3的装置，提出问题②：“如何加快管口的空气流速？”学生提出可以通过吹气加快空气流速。接着教师利用吹风机在其中一个管口吹气，让学生观察管内压强的变化，学生观察不到任何变化感到十分迷惑。
此时提出问题③：“如何才能看出压强的变化？”由于课堂的开始通过分析小国旗的运动情况得出压强的变化，所以学生经过思考，能够想到需要借助物体的运动得出压强的变化。教师拿出泡沫球，放在管道中，并用吹风机在其中一个管口吹气，让学生观察泡沫球的运动情况。然后在另一个管口重复实验，学生发现两次的实验结果相同，泡沫小球都是从吹气一侧跳出，如图4所示。经过分析能得出在气体中流速大的位置压强小。教师进行总结，并提出问题④：“在液体中是否也会遵循这样的规律呢？”顺利进入下一个环节。
【设计意图】学生通过对生活中真实出现的现象进行分析，并得出猜想，在解决问题的过程中，形成一定的通过物理知识解释生活现象的能力和物理与生活双向联系的观念[5]。学生通过思考如何解决实验现象不能直接观察的问题，锻炼转化的思维方法。
3.液体压强与流速关系
教师播放树枝和冰块向漩涡中心运动的视频，如图5，提出问题⑤：“为什么树枝和冰块会向漩涡中心移动？”。
经过对小国旗运动状态改变原因的分析，学生能快速想到树枝和冰块都向漩涡中心移动的原因是漩涡中心水的流速快，压强小。水是常见的液体，学生可进行猜想，在水中流速大的位置压强小。然后通过实验验证猜想，在U型管装置中放入黄色小球，并加入水，用电动搅拌器在其中的一个管口搅拌，让学生观察现象，如图6所示，之后在另一个管口重复实验。学生通过观察现象发现，黄色小球总是会向搅拌的一侧移动，得出在液体压强与流速的关系。
由于在生活中与此规律有关的现象并不常见，这里为了加深学生的理解，加入榨汁机工作的慢镜头，如图7所示，（为了使效果明显，笔者将小型榨汁机倒置，用慢镜头进行记录）学生经过观看慢镜头可发现，当榨汁机工作时，刀片迅速转动，带动刀片附近的水快速流动，压强减小，蓝莓被吸在刀片附近，最终被打碎。
【设计意图】学生通过类比气体压强与流速的关系，能从物理视角解释树枝和冰块被吸进漩涡的现象，并进行探究。通过慢镜头观察榨汁机工作的过程，学生感受到物理知识与生活的联系，体会物理知识的价值，增强用物理知识解决实际问题的意识。
4.总结规律，拓展应用
教师提出在物理学中，具有流动性的气体和液体统称流体，并对规律进行总结得出：在流体中，流速越大的位置压强越小。随后提供给学生以下可自行探究的问题：
a）龙卷风为什么能掀翻屋顶？
b）火车站为什么要设置安全线？
c）抽油烟机的工作原理是什么？
d）在海上航行时，两船为什么不能并排行驶？
【设计意图】在此过程中，学生解决问题的能力得到提升。同时，照顾不同程度的学生，为感兴趣的同学提供了更多可选择的方向。
通过以上的过程设计，可以发现，在课堂教学过程中，教师需要提供与生活联系紧密的素材，通过原始问题启发学生思考，帮助学生在问题的探究过程中形成物理观念。教师应创设问题情境，帮助学生进行深层次的探究和学习，并提供物理知识的相关应用，帮助学生提高用物理知识解决实际问题的能力，形成相应的物理觀念。
基金项目：洛阳师范学院2019年度研究生教育科研基金项目“显化科学方法的高中物理规律教学案例研究”（编号：2019-YJSJYJJ-06）
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准[S]北京：人民教育出版社，2017
[2]廖伯琴，李洪俊，李晓岩.高中物理学科核心素养解读及教学建议[J]全球教育展望，2019，48（9）：77-88
[3]高博.原始物理问题的教学价值与实践[J]中学物理教学参考，2019，48（16）：76
[4]人民教育出版社，物理课程研究开发中心，义务教育教科书物理下册[M]人民教育出版社，2012
[5]李春来.在问题解决中通过深度学习发展物理观念[J]物理教师，2019，40（04）：16-18
