基于PBL教学法的液体压强教学设计

    孙云娟

    

    

    

    摘? 要 以问题为主线，以实验为手段，使学生掌握液体压强的特点及计算方法，体会科学研究问题的一般方法，提升学生的创造性思维能力，以期为一线物理教学提供借鉴和参考。

    关键词 PBL教学法;液体压强;物理实验;教学设计;科学素养

    中图分类号：G642.41? ? 文献标识码：B

    文章编号：1671-489X（2020）17-0078-03

    1 教材分析

    地位和作用? “液体的压强”一节安排在“压力”及“固体压强”之后，既是对压强知识的扩展，又为学习大气压强以及浮力知识打下基础，起着承上启下的重要作用。

    教学重难点

    教学重点：认识液体压强。

    教学难点：液体压强公式的推导和计算。

    教学目标

    知识与能力：认识液体压强产生的原因、特点;液体压强公式的推导计算，能理论联系实际，解释生活中遇到的液体压强问题。

    过程与方法：基于问题，小组合作探究，建立实验模型，掌握实验数据的填写及分析的方法，体会由表象观察到本质思考的思维方法。

    情感态度与价值观：体会到科学探究问题的乐趣及获得感，对科学实验产生浓厚的兴趣。

    2 学情分析

    1）学生已经学过了固体的压强，对压强的概念有初步的认识，有助于本课程的学习。

    2）学生有强烈的好奇心，对提出问题有强烈的求知欲，对小组合作交流充满期待。

    3）学生在实验过程中的兴趣和注意力不持久，遇到解决不了的问题容易懈怠，需要教师的引导和督促，以保证实验的顺利进行。

    3 实验仪器与材料

    教师提供实验仪器与材料：塑料袋，塑料瓶3个（2组）（两端开口、一端开口、侧开口）、塑料袋、橡皮膜3个（2组）、浓盐水、U形管压强计2个、刻度尺、水、注水水槽等。

    4 基于PBL教学法的液体压强教学设计

    PBL教学法（Problem/Project-Based Learning）是指以学生自主学习为导向，以解决问题为目的，学生通过主动学习、探究实践，获取知识和技能的学习模式。

    Problem-1：装有容器的液体，对底部有压强吗？

    教师将20个参与实验的学生分成A、B组，由学生自由选择实验器材。A组学生选择了水和塑料袋，将塑料袋注水。B组学生向一端塞入橡皮膜的塑料瓶注水。两组学生交流讨论，尝试解决Problem-1。教师请两组学生分别阐述该组的实验设计原因和目的，以及在实验中的发现和疑问。

    A组发言：“水将干瘪的塑料袋撑开，用手托塑料袋，感觉手是承重的，这说明水对塑料袋是有压力的。根据之前学习的压强和压力的关系P=F/S，推测水对塑料袋底部是有压强的。至于压强的大小与哪些因素有关，还需进一步探讨。”

    B组发言：“水注入塑料瓶，橡皮膜变形，说明水对塑料瓶底部是有压力的，导致橡皮膜变形。推测是由于水受到重力作用，进而对容器底部产生压强和压力。”

    教师表扬学生在解决问题的过程中表现出的团队合作精神、探究问题方法以及严谨认真的态度，并请A组学生将Problem-1的讨论结果写在黑板上。A组板书：液体对容器底部存在压强。

    Problem-2：装有容器的液体，对侧壁有压强吗？

    教师请A、B两组学生自由选择实验仪器，解决以上问题。A组在装满水的塑料袋侧面用针扎一个小洞。B组在侧面有橡皮膜的塑料瓶里注入水。教师请两组学生来分别阐述各组的实验设计方案是否解决了Problem-2。

    A组发言：“在装满水的塑料袋侧面用针扎一个小洞，发现水从小洞向外喷出，这说明水对侧面是有压力和压强的，这也是水从侧面喷出的原因。”

    B组发言：“在向侧面开口的塑料瓶里注入水的过程中，发现侧方的橡皮膜形状发生了变化，向外凸起，这说明水对侧面是有压力和压强的，导致橡皮膜发生形变。”

    教师请B组学生在黑板上写下Problem-2的讨论结果，B组板书：液体对容器侧面有压强。

    Problem-3：压强和哪些因素有关呢？

    教师请A、B两组学生自由选择实验仪器，解决以上问题。A、B两组学生均选择了相同的塑料瓶、水、浓盐水、U型管压强计。

    1）将水分别灌入两个相同的塑料瓶，在相同的深度，根据U型管压强计判断：金属盒在液体内，不同方向，压强相等是否相等[1]（见图1）？

    2）将水分别灌入两个相同的塑料瓶，在不同的深度，根据U型管压强计判断：金属盒在液体内不同深度，压强是否相等（见图2）？

    3）将一个塑料瓶灌入浓盐水，另一个塑料瓶灌入水，根据U型管压强计判断：金属盒在相同的深度，液体压强是否相等（见图3）？

    教师请学生讲解实验设计的原理，并在实验中记录数据，填写表1[2]。

    学生回答：“在探索中发现，液体压强与液体的深度、密度有关系，液体的深度越深，密度越大，压强也越大。我推测如果换成煤油或者其他液体，也能发现在液体深度相同处，U型管的高度差也会不相同。”

    Problem-4：压强怎么计算？

    教师演示实物模拟液柱对底面的压强实验，利用压强定义公式结合质量、密度、重力公式推导。学生对物理模型比较生疏，教师通过演示实验模拟液柱对底面的压强来建立模型液柱，通过求解液柱对底面的压强来推出液体内部压强的一般公式[3]。

    如图4所示，高度为h的液柱，受到的重力为：

    G=mg=ρVg=ρshg

    重力转化为压力F，压强为：

    P=F/S=ρgh

    5 板书设计

    液体压强的特点：

    1）液体对容器底部、侧壁有压强;

    2）液体内部向各个方向都有压强;

    3）同一液体内部的压强随深度的增加而增大;

    4）不同液体同一深度，密度越大，压强越大。

    液体压强的计算公式：

    P=ρgh

    6 教学反思

    PBL教学法体现了以学生为主体、以解决实际问题为基础的教学理念，把获取知识的主动权和探究权交给学生，发挥学生的创造力、想象力和交流合作的能力，让学生在设计实验方案和操作实验过程中，体会到科学探究问题的一般过程和方法，提升学生的科学素养。当然，PBL教学法也有其局限性，学生探究前需要查阅较多的文献，占用大量的时间，在实验设计中也会花费大量的时间尝试。在有限的课堂时间内，实验不一定每次都科学合理，不一定每次都能解决教师提出的问题。这样一来，传授知识的时间会被压缩，可能会导致学生对基础理论知识掌握得不扎实、不系统、不全面，对知识结构缺乏系统性和连贯性的思考[4]。

    在本节课的设计中，教师提供的实验仪器有塑料袋、塑料瓶等生活中常見的物品，使学生体会到，物理仪器不一定要在实验室中寻找，物理规律也非高深莫测，“物理来自生活”，从而帮助学生消除对物理的距离感。■

    参考文献

    [1]田阳阳.对“研究液体内部压强”演示实验的思考[J].物理教师，2019（3）：48-49.

    [2]滕文.基于实验构建的“液体的压强”教学设计[J].物理通报，2019（S2）：82-88.

    [3]林维杰.气体压强改变对液体内部压强影响的定性实验验证[J].物理实验，2019（3）：57-60.

    [4]赵玥.PBL交融LBL教学法在高中生命科学实验教学的应用[J].生物学教学，2020（1）：45-46.