《液體的壓強》實驗反思研究

朱粉玉 馮洪斌

自從“反思”的相關(guān)理論被引入我國教育界，教學反思已受到越來越多的教育工作者的青睞.心理學家林崇德曾提出：“優(yōu)秀教師=教學過程+反思”的成長模式.實踐發(fā)現(xiàn)，不少中學老師雖然能進行一些簡單的反思，但是反思的質(zhì)量值得商榷.為了更好地促進教師成長，有必要探討和研究如何提升教師教學反思的品質(zhì)，尤其是如何結(jié)合物理學科的特點對教學進行更加有效的反思.為了提升反思的品質(zhì)，課題組推崇“團隊合作”，逐漸探索出一套行之有效的“五步曲策略”.本文以《液體的壓強》教學反思為例，與同行交流.

1第一步曲——上課老師整理實驗教學過程，做好課堂實錄

本節(jié)課是蘇科版（八下）第十章第二節(jié)內(nèi)容，以“液體內(nèi)部壓強規(guī)律”為重點.筆者在教學設(shè)計中，將本節(jié)課教學過程分為四個實驗環(huán)節(jié).為了方便整理反思，對整個教學過程進行了錄像.

1.1片段1——液體壓強的存在

師：如圖1所示，在一端開口另一端包有橡皮膜的空瓶中放入一個固體，你發(fā)現(xiàn)橡皮膜有什么變化（圖2）？說明了什么？

生：橡皮膜向下凸，說明固體對橡皮膜產(chǎn)生了向下的壓強.

師：請猜猜看，裝在燒杯里的液體是否會對燒杯底部有壓強呢？并說出猜想依據(jù).

生：液體也應(yīng)該會對燒杯底部產(chǎn)生向下的壓強，因為液體和固體一樣受到重力作用.

師：猜想要通過實驗驗證，如何驗證你的猜想呢？

生：向包有橡皮膜的容器中倒水.

教師向?qū)W生展示容器的底部和側(cè)壁都包有橡皮膜的裝置（圖3）.

一位學生上臺將液體倒入容器中，出現(xiàn)如圖4所示的現(xiàn)象.

師：你觀察到了什么現(xiàn)象？說明了什么？

生1：橡皮膜向下突出，說明液體對容器底部有向下的壓強.

生2：液體對容器側(cè)壁也有壓強，因為側(cè)壁的橡皮膜向外凸出.

……

板書學生結(jié)論：液體對容器底部和側(cè)壁都有壓強.

1.2片段2——體驗液體內(nèi)部壓強的存在

師：液體對容器底部和側(cè)壁有壓強，液體內(nèi)部是否存在壓強呢？

生：有，因為游泳時會感到胸悶.

媒體展示實驗任務(wù)：

今天，我們在課堂上來模擬一下游泳時的情境.把透明薄膜手套戴在手上，手逐漸伸入裝有水的桶中，體會手在水中的感覺，注意觀察手套的形狀，請描述你的感受和觀察到的現(xiàn)象（圖5）.

觀察到__________________

感受到___________________

說明__________________

學生分組實驗，體驗后回答.

生：觀察到手套緊貼在手上，感受到了水的壓力，說明液體內(nèi)部有壓強.

師：你感覺液體內(nèi)部壓強向哪個方向？

生：向各個方向，因為手套的各個部位都被緊壓在手上.

師：為了讓大家更直觀地認識液體內(nèi)部的壓強，請同學們再觀察一個實驗，將一個四面蒙有橡皮膜的儀器慢慢放入水中，如圖6所示.

問：你看到了什么？說明了什么？

學生注意觀察并思考.

生1答：橡皮膜發(fā)生了形變，說明液體內(nèi)部存在壓強.

生2答：底部、側(cè)壁、上面的橡皮膜都向內(nèi)凹陷，說明液體內(nèi)部向不同方向都有壓強.

教師請學生說出每個橡皮膜受到液體壓強的方向.

板書學生結(jié)論：液體內(nèi)部向各個方向都有壓強.

1.3片段3——探究影響液體內(nèi)部壓強大小的因素

師：液體內(nèi)部壓強大小可能和哪些因素有關(guān)呢？根據(jù)你的生活經(jīng)歷和我們今天的體驗，請你猜猜看，并說出你的猜想根據(jù).

生1猜想：與深度有關(guān)，因為手伸到水里時，越往下手感受到的壓強越大.

生2猜想：與液體的密度有關(guān)，因為不會游泳的人在“死海”里也不會沉下去，說明“死海”里的海水對人向上的壓強大.

生3猜想：與方向有關(guān)，因為向不同方向的橡皮膜形變程度不同.

生4猜想：通過一開始的實驗發(fā)現(xiàn)往容器里倒的水越多，橡皮膜向下凸得越厲害，液體壓強可能與質(zhì)量有關(guān).

……

教師將學生猜想記錄在黑板上.

師：猜想是否正確，需要通過實驗驗證，為了精確地比較液體壓強的大小，我們需要用到一個器材——壓強計（如圖7）.

教師介紹壓強計的結(jié)構(gòu)和使用方法.請學生嘗試用大小不同的力按壓橡皮膜，并觀察U形管兩側(cè)液面高度差，說出你觀察到的現(xiàn)象.

學生分組體驗后回答：用的力越大， U形管兩側(cè)液面高度差越大.

媒體展示照片：

師：如圖8是某同學兩次實驗的照片，哪次橡皮膜受到的壓強大？

生：右面一次橡皮膜受到的壓強大，因為右面一次液面高度差比較大.

師：我們通過U形管兩側(cè)液面高度差來比較橡皮膜所受壓強的大小，這種方法屬于轉(zhuǎn)換法，今后物理實驗中還有很多情況用到這種方法.

液體壓強可能和這么多因素有關(guān)，我們該怎樣來探究呢？我們首先探究“探究液體壓強與液體質(zhì)量的關(guān)系”.

（1）液體壓強與質(zhì)量的關(guān)系

師：我們要改變什么物理量，控制什么量不變？老師這里有兩個形狀相同的圓柱形桶和一個橫截面較小的飲料瓶，你打算如何設(shè)計？

學生討論后回答：“應(yīng)該改變質(zhì)量，保證深度、方向、密度不變.在兩個相同的桶中裝密度相同的液體，一個桶中多一些，一個桶中少一些.”有學生立即反駁：“那樣深度也不同.”

沉思了一會，有學生說：“選兩個橫截面不同的桶，裝入同樣深度的水，一次將壓強計探頭放入大瓶底部，一次放入小瓶底部，觀察兩次U形管液面高度差”.

根據(jù)學生設(shè)計的最佳方案，分組實驗后發(fā)現(xiàn)液體壓強大小與質(zhì)量無關(guān).

（2）請學生設(shè)計“探究液體壓強是否與方向有關(guān)”的實驗方案

學生思考后答：“控制液體密度與深度相同，改變橡皮膜方向，并記錄橡皮膜不同方向時U形管兩側(cè)液面高度差”.

學生分組實驗并將實驗數(shù)據(jù)填入表格.

教師將多組學生的實驗數(shù)據(jù)利用網(wǎng)絡(luò)上傳至白板.

問：根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，你能得出什么結(jié)論？

板書學生結(jié)論：在液體密度和深度一定時，液體向各個方向的壓強大小相等.

（3）請學生設(shè)計“探究液體壓強是否與深度有關(guān)”的實驗方案.

學生討論后答：控制液體密度相同，改變橡皮膜的深度，并記錄橡皮膜不同深度時U形管兩側(cè)液面高度差.

（4）請學生設(shè)計探究“液體壓強是否與密度有關(guān)”的實驗方案.

學生思考后答：控制液體深度相同，將橡皮膜分別放入水和鹽水中，并記錄橡皮膜分別在水和鹽水中時U形管兩側(cè)液面高度差.

學生根據(jù)實驗方案，分組實驗并記錄數(shù)據(jù).

教師將多組學生的實驗數(shù)據(jù)上傳至白板.

學生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)總結(jié)結(jié)論，教師板書學生結(jié)論：

在液體密度一定時，液體內(nèi)部壓強大小隨深度的增加而增大.

在不同液體的同一深度處，液體密度越大，壓強越大.

1.4片段4——設(shè)計情境歸納總結(jié)

情境1：

師：桌上有一個飲料瓶，怎樣使飲料瓶由靜止變?yōu)檫\動？

生：用手推.

師：兩個注射器之間用掛鹽水的塑料管相連，下面注射器的活塞到液面的距離就是活塞所在的深度，請一位同學上臺幫忙將另一個注射器慢慢舉起（如圖9）.

學生發(fā)現(xiàn)飲料瓶被注射器活塞推動了，而且舉得越高飲料瓶運動得越快.

師：能否用今天所學的知識解釋你看到的現(xiàn)象？

生：水對注射器活塞有壓強，深度越大，水對活塞的壓強越大.

師：如果這個活塞是河堤大壩，當河里的水面上升時，大壩受到的壓強有什么變化？

生：變大.

師：如果你是設(shè)計師，你會選擇哪個設(shè)計方案（如圖10）？

學生思考后答：深度越深壓強越大，底部受到液體壓強大，底部要造的比上面寬，增加大壩底部的承受能力.（總結(jié)液體壓強與深度的關(guān)系）

媒體展示真實的大壩照片.

情境2：如果河邊的植被遭到破壞，造成水土流失，使得長江水中的泥沙含量增加，這相當于液體的增大了，因此在同等深度的情況下，長江水對堤壩的增加，從而使堤壩受到破壞的可能性增加了.

學生分析：液體密度越大，壓強越大.（總結(jié)液體壓強與密度的關(guān)系）

情境3：播放電影片段.二戰(zhàn)時期潛水艇為了躲避深水炸彈，潛到海底200米以下，水從四面八方進來，玻璃被壓碎的震撼場面.

學生觀看后分析：

（1）因為深度越深液體內(nèi)部壓強越大，潛水艇超過極限深度后，超過了潛水艇的承受能力，潛水艇玻璃被壓破了.

（2）液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，所以水從四面八方“噴”進潛水艇.（總結(jié)液體內(nèi)部向各個方向都有壓強.）

根據(jù)學生的回答，媒體同步展示液體壓強的特點.

師：如果你在這節(jié)課上還有什么其他的發(fā)現(xiàn)或疑惑請記錄下來，下節(jié)課我們繼續(xù)探究.

2第二步曲——上課老師利用課題組研究的實驗反思策略，獨立反思

這一節(jié)課是筆者參加“一師一優(yōu)課”評比時所上的課題，課后根據(jù)實驗反思策略，首先獨立反思.現(xiàn)摘錄部分反思內(nèi)容如下：

2.1巧設(shè)情景，支持猜想

猜想不是毫無邊際的胡思亂想，不合理的猜想與假設(shè)不僅沒有發(fā)展成為科學結(jié)論的可能，對探究過程也沒有意義.液體壓強與前面所學的固體壓強相比，需要較強的抽象思維能力，學生在這方面的感性經(jīng)驗又比較少，為猜想帶來困擾，需要預(yù)設(shè)引發(fā)猜想的情景，在“探究液體壓強大小與哪些因素有關(guān)”之前，筆者首先讓學生體驗游泳時的情景，在實驗的過程中學生對液體壓強有初步感知，人的感覺不一定正確，筆者進一步通過演示實驗，讓學生直觀地觀察在液體內(nèi)部不同位置橡皮膜的變化，有了對情景的充分感知，猜想才會自然生成，且有針對性.通過這兩個實驗，學生不僅能得出液體內(nèi)部有壓強，同時為合理猜想液體壓強的大小提供了素材.

2.2梳理猜想，優(yōu)化探究順序

梳理出學生的猜想：液體的壓強大小可能和液體的質(zhì)量、深度、液體密度、方向等有關(guān).在本節(jié)課前，學生接觸到的控制變量法只有三個變量，而本節(jié)課涉及四個變量，運用控制變量法思想設(shè)計實驗時，需要考慮的變量越多，設(shè)計實驗的難度就越大.新課程提到，教學過程中，教材內(nèi)容太復(fù)雜，就要采用分解和分散處理等方式進行教學.在猜想環(huán)節(jié)，有學生說：“老師往容器里倒水時，我發(fā)現(xiàn)往里面倒的水越多，橡皮膜向下凸得越厲害.”液體的壓強實際與質(zhì)量無關(guān)，課本上也沒有對這個問題的探究，對于這個猜想有的老師回避，筆者認為既然絕大部分學生都認為液體壓強與質(zhì)量有關(guān)，我們就有必要通過實驗來糾正這個錯誤的前概念;有的老師將液體壓強與質(zhì)量的關(guān)系放在最后探究，筆者認為這樣處理不科學，如果放在最后探究，那么在探究液體壓強與密度關(guān)系時，通常在兩個相同容器中裝不同密度的液體，控制深度相同，從而得出液體壓強與密度的關(guān)系，而此時兩個容器中液體密度不同，液體的質(zhì)量實際也不相同，出現(xiàn)了兩個變量，不能得出液體壓強與哪個因素的關(guān)系.所以筆者將液體壓強與質(zhì)量、方向的關(guān)系放在前面探究，后面探究液體壓強與深度、密度的關(guān)系時可以不考慮質(zhì)量、方向因素而進行探究，這樣做可降低探究難度.

2.3注重研究方法的培養(yǎng)

教學中筆者利用每次探究的機會，引導(dǎo)學生提出問題——猜想——實驗探究——得出結(jié)論.結(jié)合實驗，滲透了幾種科學方法教育，比如“歸納法”、“轉(zhuǎn)換法”、“比較法”.在教學過程中，沒有機械地直接告訴學生這些方法，而是讓學生在體驗或感悟的過程中明白自己用了什么方法.比如根據(jù)橡皮膜的形變說明液體壓強的存在，用到了“轉(zhuǎn)換法”;根據(jù)多組學生的數(shù)據(jù)“累積法”找規(guī)律等.這些實驗方法在今后物理學習中都可以使用，從長遠看，教會學生科學方法更重要.

2.4創(chuàng)設(shè)情境歸納總結(jié)

一節(jié)課結(jié)束需要梳理知識點，筆者并沒有將這節(jié)課的知識點簡單復(fù)述一遍，而是創(chuàng)設(shè)與知識點相關(guān)的實驗問題情境，請學生用本課學到的知識點解釋實驗現(xiàn)象，在學生分析的同時通過多媒體將學生說出的知識點展示出來.這樣既可以從“物理走向生活”，又起到了歸納總結(jié)的作用，學生記憶深刻.

3第三步曲——組內(nèi)其他老師參與評議，百花齊放

請組內(nèi)其他教師對該教學片斷進行評議.筆者摘錄部分評議如下：

教師A：本節(jié)課在“未來教室”依托數(shù)字傳感器、平板電腦實時傳輸學生實驗數(shù)據(jù)，將信息技術(shù)與物理教學深度融合的做法令人耳目一新，使得這堂“物理味道濃”的新授課煥發(fā)了全新的生命力.信息技術(shù)的運用并沒有排斥“物理的味道”，“情景的設(shè)置——體驗——實驗數(shù)據(jù)的呈現(xiàn)——結(jié)論的得出”等環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，教學設(shè)計匠心獨運，師生和諧互動，較好地達到了教學目標.如果能有學生實驗操作時的特寫，效果可能會更好.

教師B：學生的實驗多數(shù)成功，但是也有一組學生的實驗不成功，塑料盒放入液體后，U形管兩側(cè)液面沒有出現(xiàn)高度差，教師直接讓學生換了一套器材，能否恰好利用這一“生成性”資源呢？筆者的方法是：這一組出現(xiàn)了與其他組不一樣的實驗現(xiàn)象，我們一起來找找原因.學生通過討論會發(fā)現(xiàn)可能是乳膠管彎折了，也可能是橡皮膜或乳膠管破了，所以我們在實驗時乳膠管不能彎折，橡皮膜容易破損，實驗時要小心.

教師C： 對于剛剛開始學習物理的同學，研究方法的提出過早了.首先通過某一個孤單實例就來談某一種科學研究方法，缺乏可信度，雖然老師出發(fā)點只是提一下，但有意無意間給本節(jié)的學習帶來過重的負擔.本節(jié)課堂容量比較大，教師沒有必要在研究方法上花費不必要的時間.

教師D：教師能不能在本次實驗教學的基礎(chǔ)上，指導(dǎo)學生再做一些實驗反思.比如，本次實驗中還有什么值得注意的問題？在實驗中還有什么問題沒有解決，等等.經(jīng)常這樣做，可以培養(yǎng)學生的反思能力，而且可以在學生的反思中引發(fā)許多新的探究和收獲.

4第四步曲——執(zhí)教老師集思廣益，進行二次反思，形成認識飛躍

為了更深入地進行反思，更好地促進教師專業(yè)成長，執(zhí)教教師借鑒其他老師的評議，再進行二次反思.下面就是上述案例中執(zhí)教教師進行的二次反思——通過其他老師的評議，使筆者認識到今后教學時還應(yīng)注意以下方面：

4.1要進行信息技術(shù)與學科教學的融合

首先要進一步加強對學科教學的研究，在此基礎(chǔ)上，發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢來優(yōu)化學科教學.原計劃要拍攝部分小組的實驗視頻傳輸?shù)狡聊簧线M行分析，但由于筆者對“未來教室”信息技術(shù)的使用還不熟練，所以未能如愿，課堂教學“永無止境”，今后要積極學習信息技術(shù)，在信息化的教學環(huán)境下勇于實踐和創(chuàng)新.

4.2要考慮取舍的價值，好鋼要用在刀刃上

課堂教學時間十分寶貴.要判斷教學時間分配是否合理，首先要看課堂流程結(jié)構(gòu)是否合理.這節(jié)課重點是探究液體壓強的大小和哪些因素有關(guān)，但本節(jié)課中又涉及到比較法、歸納法、轉(zhuǎn)換法等，這些方法在后續(xù)學習中都會經(jīng)常使用，但并不是這節(jié)課的重點，對這些方法的掌握可以從長計議，可以將更多時間留給學生實驗探究.

4.3問題的設(shè)計要更為科學和高效

在部分問題的設(shè)計上未充分了解學生已有的生活經(jīng)驗和知識結(jié)構(gòu)，只是根據(jù)教學經(jīng)驗設(shè)計問題，導(dǎo)致提出的問題脫離學生實際，學生在回答這些問題時出現(xiàn)了“冷場”，課堂提問的效率不高.比如在猜想環(huán)節(jié)中，始終沒有學生猜想液體壓強可能與方向有關(guān)，筆者及時進行了調(diào)整，再次展示橡皮膜在液體中圖片，提問每個橡皮膜受到液體壓強的方向，引導(dǎo)學生根據(jù)橡皮膜的形變方向判斷橡皮膜所受到的壓強方向，學生很容易提出液體壓強大小可能與方向有關(guān).因此教師在教學前要考慮學生的學情進行課堂提問的設(shè)計，同時在課堂教學中要注意根據(jù)學生的反饋情況，及時調(diào)整提問.

4.4及時關(guān)注課堂生成

如果學生的回答沒有按照教師的思路，該怎么辦？葉瀾教授說過：“課堂應(yīng)是向未知方向挺進的旅程，隨時都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切都必須遵循固定線路而沒有激情的行程.”在學生實驗過程中發(fā)現(xiàn)部分實驗不成功的小組，也可以將這些不成功的現(xiàn)象呈現(xiàn)出來引導(dǎo)學生一起分析，進一步總結(jié)出實驗過程中應(yīng)該注意的事項.我們只有把握時機，精心呵護好教學中不斷閃現(xiàn)的生成性資源，讓學生真正成為學習的主人，學生的思維空間才能得以拓展，課堂上才會不斷出現(xiàn)美麗的“生成”，課堂才會因此而變得更加有效，更加精彩.

5第五步曲——整理出教師反思案例，促進交流，供今后循環(huán)使用

由執(zhí)教教師把前四步曲中內(nèi)容整理好，形成案例，生成資源，供教師間交流.

葉瀾教授也曾說過：“一個教師寫一輩子教案難以成為名師，但如果一個教師寫三年的教學反思則有可能成為名師.”可見，科學、有效的反思是促進教師專業(yè)成長的關(guān)鍵.“五部曲反思”增強了教師之間的交流與合作，通過教師個人的反思分析和其他教師的“會診”，幫助教師發(fā)現(xiàn)自身的不足，提高了教師反思的廣度和深度.“五部曲反思”揭示的是教師真實的“課堂故事”，既提高了執(zhí)教教師的教學水平，也促進其他參與教師的專業(yè)成長.