建模思想在“氣體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”教學(xué)中的應(yīng)用

何方送

【摘要】如何解決“上課一聽就懂，課后一做就出問題”的現(xiàn)象？本文提出了建模教學(xué)可有效解決這一實際教學(xué)問題的觀點(diǎn)。作者以“氣體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計為例闡述了建模前學(xué)生必具的兩個基礎(chǔ)條件，分類建模教學(xué)的重要性，并從四個知識點(diǎn)的具體建模過程論述了建模思想在突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)所起的教學(xué)作用。

【關(guān)鍵詞】氣體壓強(qiáng) 流速 建模教學(xué)

【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2017）01-0130-02

這是一個毋庸置疑的教學(xué)現(xiàn)象。老師問學(xué)生：“這堂課你聽懂了嗎？”。學(xué)生回答說：“聽懂了”?？墒且桓淖鳂I(yè)，教師發(fā)現(xiàn)錯誤率很高！如何解決“上課一聽就懂，課后一做就出問題”的現(xiàn)象？究其原因，還是出在“聽”環(huán)節(jié)，沒有真正聽懂！因為當(dāng)老師輔導(dǎo)幫助學(xué)生糾錯時，發(fā)現(xiàn)學(xué)生能背原理、公式，但不知如何正確運(yùn)用這些原理、公式。學(xué)生腦子里沒有推導(dǎo)原理的模型，沒有理解公式的模型，自然題目一變，他就不知道朝哪個方向去思考，而是憑感覺想想去做題?？梢?，教師在課堂教學(xué)中怎樣幫助學(xué)生建立正確理解知識點(diǎn)的模型是解決上述問題的關(guān)鍵所在！下面以浙教版《科學(xué)》八年級上冊第2章第3節(jié)第3課時“氣體的壓強(qiáng)與流速的關(guān)系”為例論述建模思想在教學(xué)中的具體應(yīng)用。

1.好奇和興趣是建模的情感基礎(chǔ)

【引課】師：同學(xué)們見過乒乓球在空中跳舞的現(xiàn)象嗎？（生：搖頭一臉好奇）。師：想看嗎？（生：滿臉興奮表情）。教師取出吹風(fēng)機(jī)接上電，拿出1只桔黃色乒乓球放在吹風(fēng)口上，只見老師前后左右上下有節(jié)奏地慢移吹風(fēng)機(jī)，乒乓球跟著有節(jié)奏在空中慢舞起來（生：滿臉驚訝）。師：為什么乒乓球不掉下來，也不會飛走呢？這就是本節(jié)課要探究的課題。

2.前概念是建模的知識基礎(chǔ)

每個教師都知道，新課教學(xué)必須在學(xué)生前概念的基礎(chǔ)上才能有效實施教學(xué)。這個前概念包括兩方面內(nèi)容：一是學(xué)生已學(xué)的知識技能，能力在什么水平？二是學(xué)生已有的生活經(jīng)驗。

【復(fù)習(xí)回顧】①氣體流動方向：高氣壓流向低氣壓；②氣體密度越大，則氣壓越大。

【生活經(jīng)驗】①空中飄動的紙片；②山頂與山腳的氣壓不同；③窗簾飄出窗外……等等。

3.科學(xué)建模，構(gòu)建知識體系

3.1 建模問題必須是真實的。

科學(xué)知識源于生活，又應(yīng)用于生活。建模就是把抽象的科學(xué)知識通過模型較直觀、具體地呈現(xiàn)出來，便于學(xué)生更好地理解、記憶，是故建模過程必須建立在實際生活材料或真實的實驗現(xiàn)象基礎(chǔ)上才能構(gòu)建。

3.2 建模過程必須分類進(jìn)行。

如果把大腦比作貯存模型的倉庫，那么人必須根據(jù)模型的構(gòu)造特點(diǎn)才能做到快速提取模型。同理，同一知識模塊中有不同的知識點(diǎn)，是故建模必須根據(jù)知識特點(diǎn)分類進(jìn)行。學(xué)生只有清楚知識模型的構(gòu)造特點(diǎn)，分類貯存，才能做到從大腦中快速提取模型，并通過模型特點(diǎn)準(zhǔn)確解決實際問題。

3.2.1 建模一：氣流通過一個“面”

師：如果不考慮人的呼吸影響，那么教室內(nèi)的空氣可視作均勻分布，各點(diǎn)的氣體密度是相等的。說完拿起一塊紙板豎立在講臺上，紙板兩側(cè)氣壓相等嗎？

生：相等。

師：取掉紙板中間塊（預(yù)先切割好）形成窗口結(jié)構(gòu)，左邊掛上若干紙條，紙板兩側(cè)氣壓相等嗎？

生：相等。（師追問：你的判斷依據(jù)？生：紙條豎直下垂，沒有左右飄動。）

師：拿起吹風(fēng)機(jī)對著右側(cè)平行面吹，看見什么現(xiàn)象？

生：紙條飄向右側(cè)（生活經(jīng)驗：類似窗簾飄出窗口）。

師：從紙條飄動的方向（前概念）可以說明氣體壓強(qiáng)哪邊大？

生：左側(cè)大。

師：對比剛才紙條下垂的情境，那個因素改變造成兩側(cè)氣體壓強(qiáng)不同？

生：由于吹風(fēng)機(jī)對著右側(cè)平行面吹，使右側(cè)氣體流動速度快，造成壓強(qiáng)減小，所以紙板左側(cè)氣體壓強(qiáng)大于右側(cè)。

結(jié)論：氣流通過一個“面”時，流速越大，氣體壓強(qiáng)越小。

【學(xué)生活動】

（1）如圖所示，雙手分別捏著兩張紙條的一端，使它們垂掛在胸前，沿兩張紙條中間向下吹氣。你預(yù)測的現(xiàn)象是什么？實驗結(jié)果你看到了什么現(xiàn)象？如何解釋？

（2）拿一張紙條，將它放在下嘴唇底下，沿著紙條的上表面用力吹氣。你預(yù)測的現(xiàn)象是什么？你看到了什么現(xiàn)象？如何解釋？

【設(shè)計意圖】①通過親身實驗來驗證模型的有效性，鞏固建模過程。②通過解釋讓學(xué)生學(xué)會如何解模，達(dá)到內(nèi)化知識的目的。

【解模并總結(jié)】

【課堂練習(xí)鞏固】

（1）刮大風(fēng)的時候，雖然風(fēng)向與墻面平行，但掛在窗內(nèi)的窗簾卻會向外飄出，如圖（課本圖2-30）所示。你能夠解釋這一現(xiàn)象嗎？

（2）列車站臺上，都標(biāo)有一道平行于鐵軌的直線，叫做安全線（如圖）。當(dāng)列車駛過時，旅客必須站在這條線外，以保證人體與鐵軌有足夠的距離。你知道這一要求的科學(xué)原理嗎？

【設(shè)計意圖】①本節(jié)課的重點(diǎn)是理解“氣體的流速越大，壓強(qiáng)越小”，難點(diǎn)是應(yīng)用這一原理。是故本節(jié)課重心應(yīng)放在建模一的構(gòu)建上。②通過學(xué)生親身經(jīng)歷建模→驗?zāi)！饽５娜^程，他們不僅掌握了知識，而且學(xué)會了如何應(yīng)用知識去解決實際問題。同時為后續(xù)建模提供了模仿的“原型”。

3.2.2 建模二：氣流經(jīng)過一個“點(diǎn)”（管口）

師：拿出裝羽毛球的紙筒（內(nèi)部預(yù)先裝入若干乒乓球、許多紙屑），平放打開兩端蓋子，紙筒兩端氣壓相等嗎？

生：相等。

師：封閉一端，筒內(nèi)與筒外氣壓仍相等嗎？

生：相等。

師：拿吹風(fēng)機(jī)沿筒口平面吹，只見許多紙屑從筒口飄出、乒乓球連續(xù)滾出（學(xué)生興奮、笑聲不斷）。

4.總結(jié)語

①建模過程體現(xiàn)了建構(gòu)主義的核心思想：知識是在主客體相互作用的活動中建構(gòu)起來的。②通過建模讓學(xué)生“做中學(xué)”，通過解模讓學(xué)生體驗科學(xué)與生活的密切聯(lián)系，真正體現(xiàn)出科學(xué)知識的價值。③課后讓幾個學(xué)生說說汽車尾部導(dǎo)流板的作用，學(xué)生都能做到先觀察導(dǎo)流板的外形特點(diǎn)，然后選擇模型進(jìn)行正確解模，說明用建模思想組織本節(jié)課教學(xué)是有效的。