華連鳳

摘要：利用液體壓強概念知識點，設(shè)計了創(chuàng)新實驗及其拓展實驗，以“進階”式教育策略闡述了創(chuàng)新實驗設(shè)計在概念教學(xué)中的重要意義。本文以液體壓強實驗教程為例，用循序漸進的認知方式來設(shè)計實驗，并拓展該概念的生活運用，突破教學(xué)中的重難點，從而使學(xué)生熟練掌握該知識點。

關(guān)鍵詞：液體壓強;創(chuàng)新實驗設(shè)計;概念教學(xué)

在以“學(xué)習進階”理論為趨勢的大概念教學(xué)中，實驗教學(xué)作為培養(yǎng)學(xué)生動手能力、提升學(xué)生自身科學(xué)素養(yǎng)的有效方式，對學(xué)生理解概念、熟練運用概念的衍生知識起到了關(guān)鍵作用。然而在初中科學(xué)教程中，其存在著許多比較抽象的概念，這對于抽象思維形成還不夠完善的初中生而言具有較大的難度。因此，對于教師如何開展實驗教學(xué)、創(chuàng)新實驗設(shè)計來突破教學(xué)重難點，則提出了更高的要求。

一、設(shè)計創(chuàng)新實驗突破概念難點

教育心理學(xué)的研究成果顯示，學(xué)生在形成概念的初級階段，必須先有一定的感性認識，然后再上升到抽象的理性認識上。在某一概念的學(xué)習過程中，學(xué)生首先接觸到的是教材的知識點，其中不乏一些相對比較模糊的概念，例如本文的液體壓強概念等。因此如果把抽象的、模糊的概念通過教學(xué)方式來實現(xiàn)其具體化、形象化，那便可以有效地幫助學(xué)生深刻理解各大概念。而在這一“進階”式的認知過程中，實驗教學(xué)手段就體現(xiàn)出了其明顯的優(yōu)勢。

1.構(gòu)建概念

浙教版七年級下冊第三章中的液體壓強概念，是初中物理教材的重點之一，同時也是難點之一。學(xué)生在學(xué)習該概念時，首先需要對其有一定的感性認識，即知道什么是壓強，液體壓強產(chǎn)生的原因及其計算公式、影響因素有哪些等等。其中，壓強的定義是物體單位面積上所受力的大小，其定義公式為：

而對于液體來說，其推導(dǎo)公式則為：

而且液體壓強主要是由自身重力產(chǎn)生的，受到液體密度、深度的影響。

從“進階”式思維方式角度出發(fā)，學(xué)生首先需要從零碎的知識碎片中組織出完整的概念，即概念的構(gòu)建。通過課堂學(xué)習，學(xué)生能夠?qū)υ摳拍钚纬梢粋€初步的記憶。但是教師一般在講解概念的時候，主要是按照書本內(nèi)容來講解的，學(xué)生也因為缺乏抽象思維想象能力而只能生硬的去記憶，從而導(dǎo)致無法徹底理解該概念。為了更深刻的理解該概念，實驗教學(xué)便起到了關(guān)鍵性作用。

2.初步實驗

在新教材的液體壓強實驗中，一般是以水作為主要的液體，其中主要的學(xué)生探究實驗有兩個，分別是：液體對容器底部和側(cè)壁的壓強探究實驗（圖1）;液體內(nèi)部各個方向的壓強探究實驗（圖2）。

這兩個實驗分別證明了液體對容器底部和側(cè)壁均存在壓強，同時在液體內(nèi)部同一深度時，各個方向的壓強均相等。學(xué)生能夠通過該實驗實現(xiàn)對概念的基本了解，加深對其的記憶。但由于學(xué)生的思維能力不同，對其的理解程度也存在差異，同時也會產(chǎn)生各種疑問，因此需要對改實驗進行一個定性的對比實驗，主要從其影響因素p、g、h來考慮分析。由于參數(shù)g在相同環(huán)境條件下是相同的，因此只需要考慮剩余兩個參數(shù)。下圖3所示為裝有酒精溶液的試管，其試管口處有橡膠薄膜覆蓋，并將其緩慢插入裝有水溶液的容器中，其中h1為試管內(nèi)酒精溶液的高度，h2為試管插入水中的深度。在該實驗中，當試管未插入水中時，由于酒精溶液受到自身重力的影響，對薄膜產(chǎn)生壓強，使其向外凸出，如圖3-3所示;當試管慢慢向下插入時，薄膜會逐漸恢復(fù)，當h1和h2達到一定比值時，薄膜將如圖3-2所示;如果試管繼續(xù)深入，則會出現(xiàn)圖3-1所示情況。

通過對該實驗的現(xiàn)象進行分析，學(xué)生可以相對容易的理解液體壓強的影響因素，有助于整合自身相對完整的概念。

3.創(chuàng)新實驗加深理解

根據(jù)新課標所指出的，對于概念的學(xué)習不僅需要對其記憶并理解，同時還需要熟練掌握如何運用。利用定性對比實驗?zāi)軌蚣铀賹W(xué)生對概念的理解，為了能夠熟練運用，本文設(shè)計了針對液體壓強應(yīng)用的實驗。

連通器原理以液體壓強為基礎(chǔ)，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)中，生活中比較常見的有：茶壺的設(shè)計，下水道的設(shè)計等等。連通器的定義是上端開口、下部連通的容器，最為基本的容器如圖4所示：

當容器內(nèi)的液體相對靜止時，由于液體內(nèi)部各個方向的壓強相等，根據(jù)液體壓強公式可以得出，試管左右兩邊高度h1和h2是相等的。根據(jù)這個原理，本文設(shè)計了一個簡易的連通器裝置，如圖5所示：

該實驗首先需要準備三個透明的塑料瓶以及帶顏色的水溶液，以便用于觀察，并用導(dǎo)管將三個瓶子連通起來。首先將1號瓶和3號瓶的瓶蓋打開，將2號瓶瓶蓋擰緊，如圖5-1中所示。然后將綠色的水從3號瓶中注入，這里可以觀察到，3號瓶中的水會通過相互之間的導(dǎo)管進入2號和1號瓶中;但是隨著越來越多的水注入后，1號跟3號瓶中水的最高液面達到了同一高度，而2號瓶中的液面卻比較低，而且在到達一定高度后隨著水的注入并未發(fā)生改變，如圖5-2所示。最后將2號瓶的瓶蓋擰開后，則發(fā)現(xiàn)三者的液面都達到了相同的高度。

該實驗主要考察的是學(xué)生對連通器原理的理解與應(yīng)用：首先，三個瓶子中1、3號瓶子的瓶蓋是擰開狀態(tài)的，而2號瓶子則是擰緊狀態(tài)的，同時三者之間用導(dǎo)管進行了低處連通，于是便組成了一個連通器，兩者的液面高度相同;其次在圖5-3中，當2號瓶的瓶蓋擰開后，三者便組成了一個復(fù)合連通器，三個瓶子的液面都會達到同一高度;然而在圖5-2中，2號瓶中的液面在達到一定高度后并未發(fā)現(xiàn)變化，這主要是由于瓶中的氣體壓強與液體液面處的壓強達到了一個平衡狀態(tài)，當打開瓶蓋后，大氣壓強減小，則液面上升。通過該實驗，學(xué)生能夠了解到連通器的不同形態(tài)，同時也知道了大氣壓強的存在，能夠為下一節(jié)學(xué)習大氣壓強起到鋪墊作用。

二、設(shè)計拓展實驗熟練概念運用

通過探究實驗可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生對概念理解存在的疑惑，而解決學(xué)生的疑慮、幫助學(xué)生熟練掌握概念則是教師的主要任務(wù)。在引入連通器原理之后，通過上述創(chuàng)新實驗發(fā)現(xiàn)學(xué)生對該原理的應(yīng)用的疑問是最多的。發(fā)現(xiàn)問題，解決問題是學(xué)習道路上的必要手段，因此本文針對該疑問，重新設(shè)計了一個延伸拓展實驗，以便學(xué)生能夠完全理解概念。

圖6為一個簡易的連通器吸水實驗，該實驗需要準備兩個杯子和一根吸管，其中一個裝滿液體，另外一個則是空的。首先將吸管里面裝滿液體，用手堵住后一端插入液體液面以下，另外一端則放入空杯中，如圖6-1。由于液體在相同高度液面處的壓強是相等的，因此吸管將會從裝滿水的杯子里面把水吸入空杯中，直到兩個杯子里面的液面高度差為0時才停止，如圖6-2。同時在此基礎(chǔ)上，再用手將杯子提起來，使得吸管的左端的出水口與杯內(nèi)液體之間存在液面高度差，那么水將會繼續(xù)從出水口流出，如圖6-3。

該實驗是連通器的一個拓展運用，是在其定義的字面意義上的延伸。兩個杯子上端開口，而吸管則代替了其底部相連的問題，實現(xiàn)了一個連通器構(gòu)造。同時在該實驗過程中，存在許多學(xué)生無法完全理解該現(xiàn)象并提出了許多的質(zhì)疑。經(jīng)過總結(jié)后，有以下幾點需要著重注意：在圖6-1中，空杯里面的吸管出水口液面必須要低于裝有液體的杯子里面的液面;吸管的進水口跟出水口必須要浸入平衡后的液體里面;將杯子提起來后，杯中的液體會繼續(xù)流出直至吸管右端進水口露出液面。這也是學(xué)生存在最多的幾個誤區(qū)，這便需要通過老師與學(xué)生之間的互動和學(xué)生小組討論等形式來進行探究，用拓展實驗等方法把學(xué)生從錯誤的思維方式中指引過來，這樣使得學(xué)生對概念能夠有更深刻的記憶與理解。同時該實驗的有趣現(xiàn)象也能夠使學(xué)生對科學(xué)產(chǎn)生興趣，從而激發(fā)出學(xué)生的求知欲，能夠更深層次的理解概念，從而解決教學(xué)中的重難點突破。

三、創(chuàng)新實驗教學(xué)總結(jié)與反思

課堂教學(xué)是學(xué)生獲得理論知識的重要途徑，而實驗教學(xué)則是課堂教學(xué)的實踐證明，通過大概念教學(xué)理念創(chuàng)新設(shè)計出恰當?shù)膶嶒?，能夠使學(xué)生在理解并掌握大概念上達到事半功倍的成效。本文通過液體壓強為例，從最初的課堂教學(xué)初步記憶概念，到教材實驗教學(xué)逐漸理解概念，最后根據(jù)學(xué)生提供的質(zhì)疑反饋來設(shè)計出概念教學(xué)中的創(chuàng)新實驗，利用恰當合理的探究實驗，更有效率的解決教學(xué)中重難點的突破，最終達到學(xué)生理解并熟練掌握概念的目標;同時還引入拓展實驗，培養(yǎng)學(xué)生獨特的發(fā)散思維能力，從而提高學(xué)生自身的科學(xué)素養(yǎng)，最終實現(xiàn)“進階”式的提升。

參考文獻：

[1] 黃建林， 朱春風. 利用創(chuàng)新實驗突破教學(xué)難點[J]. 中學(xué)物理， 2017（5）： 46

[2] 徐建春. 化學(xué)創(chuàng)意實驗的設(shè)計與教學(xué)應(yīng)用[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2008（8）： 32-34

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