向學生逐步滲透科學的研究方法

環晴

一、設計理念

1.選擇合適的實驗方案。

新課程標準提出，物理學實驗是人類認識世界的一種重要活動，要重視物理實驗教學的模式，倡導科學探究。通過實驗教學，能夠激發學生的好奇心和探究欲，培養學生嚴謹、求實的科學態度和創新能力。實驗教學分為兩個部分，一是演示實驗，另一個是學生實驗。實驗具有真實性，能直觀地反映問題，而不僅僅是紙上談兵。同時實驗還能激發學生學習的興趣，調動學生學習物理的興趣。所以在教學中，應設法將問題通過實驗向學生展示。

對于演示實驗，教師課前必須充分準備才能確保實驗的成功，對可視性差的實驗要進行不斷的優化，越是難成功的實驗越是能抓住學生的興奮點。新課引入時，我做了“在釘板上壓氣球”的實驗。這個實驗很容易失敗，課前我反復進行了測試，發現氣球不能吹得太大，放的重物要穩，放的重物的質量要合適。

壓力的大小和方向是這節課的難點，為了讓學生感知壓力的方向是垂直于接觸面的、在斜面上時壓力的大小不等于重力，我采用了這樣兩個實驗：將重物放在鋼鋸條上，將鋼鋸條傾斜放置，觀察它的形變；在電子秤上放置重物，比較電子秤水平放置時和傾斜放置時讀數的變化（通過實物投影儀增強實驗的可視性）。

將實驗“探究壓力的作用效果”安排為學生分組實驗，該實驗可操作性強，給學生留下一定的空間，自行設計相關的實驗進行探究，提高學生自主研究的能力。

2.將物理學研究方法滲透于知識點的學習過程中。

知識的創新來源于科學的研究方法。中學物理中常用到的研究物理問題的方法有很多。如歸納法、轉換法、等效替代法、控制變量法、理想推理法、類比法等。教師在向學生傳授知識的同時，一定要逐步滲透科學的研究方法，使學生掌握科學研究的工具，讓學生在潛移默化中提高自身的科學素養。

這節課涉及了以下研究方法：運用“歸納法”，通過對大量實例的分析歸納，總結出壓力的特征；運用“控制變量法”“轉換法”，探究壓力的作用效果與壓力和受力面積的關系；類比速度建立的過程，運用“比值法”定義物理量壓強。這里特別要強調的是學生對于概念的建立需要一個體驗和思考的過程，所以在引入“壓強”這一新的物理量時，我設置了芭蕾舞演員和大象對地面的壓力作用效果這一情景，通過比較引導學生思考在壓力和受力面積都不相同時，可通過計算單位面積上受到的壓力來比較壓力的作用效果。同時與速度進行類比，學生自然就想到用“比值法”定義一個物理量來反映壓力的作用效果。

3.巧妙利用多媒體展示生活中的物理現象。

在課堂教學中合理、科學、有選擇性地利用多媒體， 能切實提高課堂教學的有效性。多媒體教學為學生提供了豐富的文字、圖形、圖像、聲音素材，實現教學交互，從各個方面刺激學生的感官，達到直觀、易記、容量大的教學效果。在猜想壓力的作用效果與什么因素有關的這個環節中，播放了動物世界中北極熊在冰面上爬行的一段視頻。成年北極熊在冰面上小心翼翼地行走時，突然出現了意外，冰面破裂了，它立即采用了什么方式來保護自己呢？小熊仔為什么安然無恙呢？這段視頻既真實又有趣，同時又恰到好處地反映了我們所要研究的問題，大大激發了學生濃厚的學習興趣。

二、教學目標

1.知識與技能

（1）理解什么是壓力，知道壓力與重力的區別。

（2）理解壓力的作用效果跟哪些因素有關。

（3）了解壓強的定義式以及單位。

（4）應用壓強公式進行計算。

2.過程與方法

（1）通過作圖，歸納分析出壓力特征。

（2）觀察生活中與壓強有關的各種現象，對影響壓力作用效果的因素進行合理的猜測。

（3）通過實驗，探究壓力的作用效果與什么因素有關。體會設計實驗、觀察實驗現象、收集有效信息、歸納實驗結論的過程，進一步理解控制變量的實驗方法。

（4）通過對數據分析，經歷壓強這一物理量建立的過程，理解比值法定義的意義。

3.情感、態度與價值觀

（1）培養學生觀察生活、積極思考、敢于質疑、實事求是的科學態度。

（2）培養學生參與科學探究的興趣，提高學習的自信心，激發學生的學習熱情。

（3）使學生認識到科學對人類生活的重要性，產生將科學知識服務于人類的意識。

三、教學重點和難點

1.教學重點：通過實驗探究影響壓力作用效果的因素，知道壓強的定義式。

2.教學難點：（1）壓力的大小和方向；（2）如何引導出壓強的概念并理解比值法定義物理量的意義。

四、教具準備

鋼鋸條、電子秤、壓力小桌、秤砣、鉤碼、海綿、氣球、釘板、多媒體設備等。

五、教學過程

（一）引入

大家有看過“人睡釘板”的表演嗎？（PPT展示圖1）這個人為什么會安然無恙？是不是真的有特異功能呢？今天我們也來上演這驚人的一幕。

實驗1：向學生展示釘板，并讓學生用手觸碰感受。在釘板上放置一氣球，壓上一塊鐵板，并在鐵板上放上了秤砣，氣球沒有破裂（如圖2）。緊接著又將氣球放在了一個只有三根釘的釘板上，瞬間氣球炸裂了。為什么釘少的氣球反而容易炸呢？帶著這個疑問我們來學習今天這堂課的內容“壓強”。（板書：壓強）

（二）壓力

師：氣球會炸裂是因為它受到了壓力，要認識壓強，我們得首先了解壓力。

實驗2：將一重物放在鋼鋸條上，我們看到了什么現象？（如圖3）

生：鋼鋸條發生了形變，重物對鋼鋸條有壓力的作用。

師：生活中壓力無處不在，我站在地面上我對地面有壓力；用錘子將釘子釘入墻內，錘對釘子有壓力；汽車停在斜坡上，汽車對斜坡有壓力，請大家在圖中畫出壓力的示意圖。

請學生在實物展臺上作圖，其他學生在講義上完成。

引導學生根據這幾張圖歸納出壓力的作用點以及方向（圖6中壓力的方向，通過實驗2中將鋼鋸條傾斜放置觀察鋼鋸條的形變來說明），從而給壓力下個定義。

（板書：垂直作用于物體表面的力叫做壓力。）

師：若圖4中人的重力是500N，則平衡木所受壓力是多少？

生：500N。

師：壓力是重力嗎？為什么壓力的大小等于重力呢？

在黑板上作圖，根據二力平衡和一對相互作用力的知識解釋原因。

師：那壓力的大小是不是在任何情況下都等于重力呢？

生：不一定，如圖5，壓力的大小與重力無關。

師：圖6中，物體對斜面的壓力大小是否等于重力呢？

實驗3：將一重物放在一電子秤上，比較電子秤水平放置時和傾斜放置時兩次的示數。（實物投影）

師：電子秤水平放置時重物對電子秤的壓力等于重力，傾斜放置時重物對電子秤的壓力小于重力。通過上述分析，我們知道了，壓力的大小不一定等于重力，只有在某些特殊的情況下才等于重力。

（三）探究壓力的作用效果

實驗4：用力壓氣球，觀察壓力的作用效果。

生：壓力的作用效果是使氣球發生形變。

實驗5：用一只手平壓在氣球上，另一只手的食指頂住氣球，觀察氣球的形變情況。改變壓力的大小，氣球的形變有何不同？

師：觀看一段視頻（熊在冰面上行走），思考壓力的作用效果與什么因素有關，并說說你的理由。

生：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。

（板書：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。）

師：我們的猜想是否正確呢？下面通過實驗來驗證。

學生活動2：用器材小桌、海綿和鉤碼，設計實驗，驗證猜想。

學生分組實驗，設計方案，進行操作，得出結論。小組通過實物投影向大家匯報實驗過程。

老師點評并歸納整理。

實驗方法：控制變量法。

（結論）壓力的作用效果與壓力大小有關。受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

（PPT展示圖8）探究壓力的作用效果與受力面積的關系。

（結論）壓力的作用效果與受力面積有關。壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

（四）壓強

師：現在老師遇到這樣一個難題，壓力大小不等，受力面積也不等，我們如何比較壓力的作用效果呢？請大家看圖9，芭蕾舞演員足尖立地和大象站立，誰對地面壓力的作用效果更明顯呢？

芭蕾舞演員重500N，一只腳觸地面積約10cm2。

一頭大象重60000N，四足觸地面積約3000cm2。

生：算出單位面積上受到的壓力來比較，芭蕾舞演員足尖立地時，地面1cm2面積受到的壓力是50N，大象四腳立地時，地面1cm2面積受到的壓力是20N，所以芭蕾舞演員足尖立地時對地面的壓力作用效果更明顯。

師：我們可以定義一個新的物理量來表示壓力的作用效果，如何定義？（通過類比速度物理量的引入給學生一點提示）

生：用物體所受的壓力與受力面積的比來定義這個物理量。

師：我們把這個物理量叫做壓強。

（板書：壓強表示壓力的作用效果）

公式：p=F/S

引導學生通過公式得出壓強的國際單位是1N/m2。

師：為了紀念法國物理學家帕斯卡在壓強領域作出的貢獻，將壓強的單位命名為帕斯卡，簡稱為帕，1Pa= 1N/m2。

學生活動3：一輛坦克的質量為20t，每條履帶與水平地面的接觸面積為2m2，求坦克行駛時對地面的壓強。（g取10N/kg）

學生到黑板上進行板書。老師在點評時強調F=G。計算結果是坦克對地面的壓強是5×104Pa。其物理意義是：1m2面積上受到的壓力是5×104N。

學生活動4：估算你站立時對地面的壓強。（腳的形狀近似看成是長方形）

學生將計算的結果進行交流匯報。

老師點評：一名中學生站在水平地面上對地面的壓強可達104Pa。體重大的同學對地面的壓強不一定大。在計算的過程中要注意單位換算。Pa是個很小的單位，一張報紙對折放在桌上，對桌面的壓強約為1Pa。

（五）結束語

學習了今天的內容，我想大家應該能解釋為什么氣球壓在釘子密集的釘板上沒有炸裂。

生：通過增大了受力面積，減小壓強。

（作者單位：南京外國語學校）

請學生在實物展臺上作圖，其他學生在講義上完成。

引導學生根據這幾張圖歸納出壓力的作用點以及方向（圖6中壓力的方向，通過實驗2中將鋼鋸條傾斜放置觀察鋼鋸條的形變來說明），從而給壓力下個定義。

（板書：垂直作用于物體表面的力叫做壓力。）

師：若圖4中人的重力是500N，則平衡木所受壓力是多少？

生：500N。

師：壓力是重力嗎？為什么壓力的大小等于重力呢？

在黑板上作圖，根據二力平衡和一對相互作用力的知識解釋原因。

師：那壓力的大小是不是在任何情況下都等于重力呢？

生：不一定，如圖5，壓力的大小與重力無關。

師：圖6中，物體對斜面的壓力大小是否等于重力呢？

實驗3：將一重物放在一電子秤上，比較電子秤水平放置時和傾斜放置時兩次的示數。（實物投影）

師：電子秤水平放置時重物對電子秤的壓力等于重力，傾斜放置時重物對電子秤的壓力小于重力。通過上述分析，我們知道了，壓力的大小不一定等于重力，只有在某些特殊的情況下才等于重力。

（三）探究壓力的作用效果

實驗4：用力壓氣球，觀察壓力的作用效果。

生：壓力的作用效果是使氣球發生形變。

實驗5：用一只手平壓在氣球上，另一只手的食指頂住氣球，觀察氣球的形變情況。改變壓力的大小，氣球的形變有何不同？

師：觀看一段視頻（熊在冰面上行走），思考壓力的作用效果與什么因素有關，并說說你的理由。

生：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。

（板書：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。）

師：我們的猜想是否正確呢？下面通過實驗來驗證。

學生活動2：用器材小桌、海綿和鉤碼，設計實驗，驗證猜想。

學生分組實驗，設計方案，進行操作，得出結論。小組通過實物投影向大家匯報實驗過程。

老師點評并歸納整理。

實驗方法：控制變量法。

（結論）壓力的作用效果與壓力大小有關。受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

（PPT展示圖8）探究壓力的作用效果與受力面積的關系。

（結論）壓力的作用效果與受力面積有關。壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

（四）壓強

師：現在老師遇到這樣一個難題，壓力大小不等，受力面積也不等，我們如何比較壓力的作用效果呢？請大家看圖9，芭蕾舞演員足尖立地和大象站立，誰對地面壓力的作用效果更明顯呢？

芭蕾舞演員重500N，一只腳觸地面積約10cm2。

一頭大象重60000N，四足觸地面積約3000cm2。

生：算出單位面積上受到的壓力來比較，芭蕾舞演員足尖立地時，地面1cm2面積受到的壓力是50N，大象四腳立地時，地面1cm2面積受到的壓力是20N，所以芭蕾舞演員足尖立地時對地面的壓力作用效果更明顯。

師：我們可以定義一個新的物理量來表示壓力的作用效果，如何定義？（通過類比速度物理量的引入給學生一點提示）

生：用物體所受的壓力與受力面積的比來定義這個物理量。

師：我們把這個物理量叫做壓強。

（板書：壓強表示壓力的作用效果）

公式：p=F/S

引導學生通過公式得出壓強的國際單位是1N/m2。

師：為了紀念法國物理學家帕斯卡在壓強領域作出的貢獻，將壓強的單位命名為帕斯卡，簡稱為帕，1Pa= 1N/m2。

學生活動3：一輛坦克的質量為20t，每條履帶與水平地面的接觸面積為2m2，求坦克行駛時對地面的壓強。（g取10N/kg）

學生到黑板上進行板書。老師在點評時強調F=G。計算結果是坦克對地面的壓強是5×104Pa。其物理意義是：1m2面積上受到的壓力是5×104N。

學生活動4：估算你站立時對地面的壓強。（腳的形狀近似看成是長方形）

學生將計算的結果進行交流匯報。

老師點評：一名中學生站在水平地面上對地面的壓強可達104Pa。體重大的同學對地面的壓強不一定大。在計算的過程中要注意單位換算。Pa是個很小的單位，一張報紙對折放在桌上，對桌面的壓強約為1Pa。

（五）結束語

學習了今天的內容，我想大家應該能解釋為什么氣球壓在釘子密集的釘板上沒有炸裂。

生：通過增大了受力面積，減小壓強。

（作者單位：南京外國語學校）

請學生在實物展臺上作圖，其他學生在講義上完成。

引導學生根據這幾張圖歸納出壓力的作用點以及方向（圖6中壓力的方向，通過實驗2中將鋼鋸條傾斜放置觀察鋼鋸條的形變來說明），從而給壓力下個定義。

（板書：垂直作用于物體表面的力叫做壓力。）

師：若圖4中人的重力是500N，則平衡木所受壓力是多少？

生：500N。

師：壓力是重力嗎？為什么壓力的大小等于重力呢？

在黑板上作圖，根據二力平衡和一對相互作用力的知識解釋原因。

師：那壓力的大小是不是在任何情況下都等于重力呢？

生：不一定，如圖5，壓力的大小與重力無關。

師：圖6中，物體對斜面的壓力大小是否等于重力呢？

實驗3：將一重物放在一電子秤上，比較電子秤水平放置時和傾斜放置時兩次的示數。（實物投影）

師：電子秤水平放置時重物對電子秤的壓力等于重力，傾斜放置時重物對電子秤的壓力小于重力。通過上述分析，我們知道了，壓力的大小不一定等于重力，只有在某些特殊的情況下才等于重力。

（三）探究壓力的作用效果

實驗4：用力壓氣球，觀察壓力的作用效果。

生：壓力的作用效果是使氣球發生形變。

實驗5：用一只手平壓在氣球上，另一只手的食指頂住氣球，觀察氣球的形變情況。改變壓力的大小，氣球的形變有何不同？

師：觀看一段視頻（熊在冰面上行走），思考壓力的作用效果與什么因素有關，并說說你的理由。

生：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。

（板書：壓力的作用效果與壓力大小和受力面積有關。）

師：我們的猜想是否正確呢？下面通過實驗來驗證。

學生活動2：用器材小桌、海綿和鉤碼，設計實驗，驗證猜想。

學生分組實驗，設計方案，進行操作，得出結論。小組通過實物投影向大家匯報實驗過程。

老師點評并歸納整理。

實驗方法：控制變量法。

（結論）壓力的作用效果與壓力大小有關。受力面積相同時，壓力越大，壓力的作用效果越明顯。

（PPT展示圖8）探究壓力的作用效果與受力面積的關系。

（結論）壓力的作用效果與受力面積有關。壓力相同時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。

（四）壓強

師：現在老師遇到這樣一個難題，壓力大小不等，受力面積也不等，我們如何比較壓力的作用效果呢？請大家看圖9，芭蕾舞演員足尖立地和大象站立，誰對地面壓力的作用效果更明顯呢？

芭蕾舞演員重500N，一只腳觸地面積約10cm2。

一頭大象重60000N，四足觸地面積約3000cm2。

生：算出單位面積上受到的壓力來比較，芭蕾舞演員足尖立地時，地面1cm2面積受到的壓力是50N，大象四腳立地時，地面1cm2面積受到的壓力是20N，所以芭蕾舞演員足尖立地時對地面的壓力作用效果更明顯。

師：我們可以定義一個新的物理量來表示壓力的作用效果，如何定義？（通過類比速度物理量的引入給學生一點提示）

生：用物體所受的壓力與受力面積的比來定義這個物理量。

師：我們把這個物理量叫做壓強。

（板書：壓強表示壓力的作用效果）

公式：p=F/S

引導學生通過公式得出壓強的國際單位是1N/m2。

師：為了紀念法國物理學家帕斯卡在壓強領域作出的貢獻，將壓強的單位命名為帕斯卡，簡稱為帕，1Pa= 1N/m2。

學生活動3：一輛坦克的質量為20t，每條履帶與水平地面的接觸面積為2m2，求坦克行駛時對地面的壓強。（g取10N/kg）

學生到黑板上進行板書。老師在點評時強調F=G。計算結果是坦克對地面的壓強是5×104Pa。其物理意義是：1m2面積上受到的壓力是5×104N。

學生活動4：估算你站立時對地面的壓強。（腳的形狀近似看成是長方形）

學生將計算的結果進行交流匯報。

老師點評：一名中學生站在水平地面上對地面的壓強可達104Pa。體重大的同學對地面的壓強不一定大。在計算的過程中要注意單位換算。Pa是個很小的單位，一張報紙對折放在桌上，對桌面的壓強約為1Pa。

（五）結束語

學習了今天的內容，我想大家應該能解釋為什么氣球壓在釘子密集的釘板上沒有炸裂。

生：通過增大了受力面積，減小壓強。

（作者單位：南京外國語學校）