關于教材中蚊子和駱駝有關壓強問題的再思考

成峰

圖1為人教版教材八年級物理下冊第九章第一節《壓強》中，為對比說明壓力的作用效果不僅跟“壓力的大小”有關，還應跟“受力面積”有關所作編排.筆者認為此處安排不當.

1缺乏科學性，對比無效

蚊子叮人時，蚊子口器對皮膚施加了壓力.駱駝站在沙漠上，駱駝對沙子施加了壓力.二者壓力均對受力面產生了一定的壓強，所產生的“效果”對比明顯.可細細想來，這個對比過程難免讓人心生疑惑.完全不同的兩種“效果”究竟是什么原因造成的呢？你可以認為是壓力作用的結果，難道學生不能認為“皮膚沒有沙地結實”嗎？承受壓力作用的對象完全不同，對比變得毫無意義.比如探究“八年級女生和男生物理學習能力，哪個更強？”我們選一組八年級男生解答一道大學物理題，另一組八年級女生解答一道八年級物理題.結果前者解錯了，后者解答完全正確.結論：男生的物理學習能力不如女生.這種結論難以讓人信服.

2邏輯關系不清，結論牽強

以下為教材所作分析：

以上述事例可以看到，蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大，但由于口器十分尖銳，因而能輕易刺穿皮膚；駱駝雖重，但腳掌面積很大，因而不會深陷沙中.這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關，還應該跟受力面積有關.讓我們嘗試通過實驗來檢驗上述想法.

在這段分析中，教材通過“刺穿”與“不會深陷”對比出壓力效果的不同.細細品讀，筆者認為教材在特別強調“尖銳”與“腳掌面積很大”，突出強調“受力面積”對壓力作用的效果的影響.文中雖然也提及了“蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大”、“駱駝雖重”，壓力的大小對壓力作用的效果究竟存在何種的影響并無體現.“這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關”，真的令人難以接受.

3蚊子叮人的過程并不簡單

蚊子口針刺入皮膚時最關鍵的兩個部件：上唇和下顎.上唇尖端部位很尖，曲率半徑約為100～200納米，而普通縫衣針的針尖曲率半徑約為100微米.如果簡單地將截面看成一個圓，上唇尖端約為普通縫衣針尖的百萬分之一.

蚊子的下顎尖端同樣鋒利，曲率半徑同樣約為幾百個納米.下顎的外側和內側均長著一排微小而精致的鋸齒狀結構（如圖2），這些鋸齒的齒尖曲率半徑約為50～150微米.吮吸人類血液的蚊子一般長著14個以下的鋸齒.微納鋸齒數目越多，刺入皮膚能力越強.蚊子上唇與下顎的彈性模量與聚合物材料相當，表面硬度則可媲美金屬材料，并且越接近尖端表面硬度越高.正是這個內柔外剛的力學特質使得蚊子口針不但能輕易刺入皮膚，還可以在皮下自由彎曲以尋找毛細血管.

用高速攝像機觀察發現，蚊子口針刺入皮膚的過程并不是簡單刺入.刺破前蚊子會將其口器繃直，快速地刺向皮膚.這是一個動態沖擊的過程：上唇尖端首先刺破皮膚表面，此后，隨著刺入深度的增加，伴有周期性的振動，從而驅動帶有微納鋸齒的下顎鋸開皮膚.在振動刺入初始階段，蚊子頭部振動頻率較高，約為10～15赫茲；在中間刺入階段，振動頻率逐漸降為6～8赫茲；振動末期階段振動頻率僅為3～5赫茲左右.

鑒于以上考慮，筆者建議教材選用其它更貼近學生生活、直觀形象、易讀易思易懂的實例幫助學生建立抽象的壓強概念.比如，在學生的生活體驗中，一根針扎在手上該是多么的疼，而一把針扎在手上？學生的神經都要緊張的崩斷了，實際情況如何？學生簡直不敢相信自己的眼睛.實際實驗的結果與學生體驗的巨大反差一定可以激發學生濃厚的學習興趣，學生對“壓力的作用效果與受力面積有關”的結論刻骨銘心.作為一線教師，我們熱切期待教材真正的改變.