巧用創新實驗撬動物理課堂的教學策略

江耀基 陳艷燕

摘?要：物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，本文以“流體壓強與流速的關系”為例，重點闡述如何巧用創新實驗“激發興趣”“建構規律”“應用規律”“遷移知識”等教學策略撬動物理課堂，啟迪學生思維，讓學生在課堂中獲得關鍵能力，養成核心品格.

關鍵詞：創新實驗;流體壓強與流速的關系;教學策略;核心素養

文章編號：1008-4134（2020）02-0050?中圖分類號：G633.7?文獻標識碼：B

作者簡介：江耀基（1976-），男，江西安福人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學和實驗教學;

陳艷燕（1974-），男，江西宜春人，本科，中學高級教師，研究方向：初中物理探究實驗教學.

物理是一門以觀察和實驗為基礎的學科，學生的學習興趣，物理概念的建立，物理規律的發現，都是通過實驗觀察認真總結得來的.因此，創設物理實驗教學情境是課堂精煉的重要舉措.下面以“流體壓強與流速關系”為例，結合教學片段，重點闡述如何巧用創新實驗“激發興趣”“建構規律”“應用規律”“遷移知識”等教學策略撬動物理課堂，啟迪學生思維，讓學生在課堂中獲得關鍵能力，養成核心品格.

1?通過創新實驗，激發學習興趣，調動學生的求知欲

美國著名的心里學家布魯納指出：對所學的知識有濃厚的興趣是學習的最好動機，學生在學習過程中，對自己感興趣的一切事物、現象總是主動、積極地去認識和探究[1].因此，在物理教學中教師要創設一定實驗情境，激發學生的學習興趣和求知欲，使學生快速進入學習狀態.

【教學片段1】

師：能與同學們共度一節課的時間，老師非常開心，現在我們來做一個游戲——“乒乓球爬坡投籃”.你們說好不好？

生：好！

師：塑料水槽里有些乒乓球，看看它能不能爬上我手中的管子，跳入前面的網兜中（如圖1所示），請仔細觀察.

……（演示實驗）

生：掌聲！

師：實驗成功了嗎？

生：成功了.

師：一個普通的乒乓球為什么會“爬坡投籃”呢？這就是今天我們要學習的內容“流體壓強與流速關系”.

【設計意圖】一節好課首先就要抓住學生的眼球，吸引學生的注意力，為了達到這個目的，在物理課堂教學中，教師們都會想很多的辦法，如利用生動有趣的生活事例、游戲或引人入勝的實驗等，在本節課中教師通過創設有趣的“乒乓球爬坡投籃”實驗情境，瞬時吸引了學生的注意，學生很好奇，乒乓球為什么能“爬坡投籃”呢？在教師的引導下，學生產生了濃厚的學習興趣，學生只有對學習內容產生了興趣，才能夠在學習過程中迸發強大的內驅力，才能使接下來的探究成為可能.

2?通過創新實驗，進行科學探究，幫助學生建構物理規律

德國教育學家第斯多德認為：科學知識不應只是簡單地把現有的結論照本宣科地傳授給學生，這將剝奪學生鍛煉思維能力的機會，而是應采用合乎邏輯的各種教學手段，啟發學生，引導學生進入思考，在活動中去總結、發現物理規律[2].因此，在物理規律教學中，教師應該創設實驗情境，積極引導學生進行科學探究活動，得出實驗結論，幫助學生建構物理規律.

【教學片段2】

師：通過剛才的“吹紙”“吹乒乓球”和“模擬小船航行”體驗活動，我們初步得出流體壓強與流速關系的實驗結論.但是，上述體驗中我們只能通過物理現象大致感知流體壓強與流速的關系，無法準確探究流體壓強與流速關系.為了讓大家能更準確探究流體壓強與流速的關系，老師今天也帶來了實驗，這個儀器叫流體壓強與流速關系演示儀（如圖2所示）.這個儀器在底部內徑大小不同的連接處安裝了葉片，當不同流速的流體經過它，葉片的轉速不同，我們把它們的轉速顯示在電子顯示屏上，白色顯示屏對應內徑大的管子，藍色顯示屏對應內徑小的管子.流體流過時，同學們比較電子顯示屏上數據大小，就可以知道哪個管子中流體的流速更大.

師：下面請一個同學用電吹風在最左邊灌風，同學們注意觀察電子顯示屏上顯示數據.

……（操作實驗，如圖3所示）

師：哪個顏色顯示屏的數據更大？

生：藍色.

師：藍色數據大得出內徑小的管子中的流速更大，流速不同會不會造成它們的壓強也不同呢？我們將它們豎直的管子連上液體壓強計（如圖4所示），內徑大的管子連紅色壓強計，內徑小的管子連藍色壓強計，通過壓強計U形管兩邊的液面高度差來告訴大家它們的壓強大小，請同學們仔細觀察.

……（吹風，如圖4所示）

師：哪個顏色的壓強計高度差更大？

生：紅色.

師：我們看到的現象是，空氣在內徑小的管子里流速大，內徑大的管子壓強大.水也是一樣的嗎？現在老師向里面灌水，請左邊同學觀察電子顯示屏數據大小，右邊同學觀察壓強計的高度差.

……（灌水，如圖5所示）

師：哪個顏色的壓強計高度差更大？

生：還是紅色.

師：通過上述的兩個實驗，我們得到流體壓強與流速關系是怎樣的？請同學們一起大聲地告訴我.

生：流體在流速大的地方壓強小，流速小的地方壓強大.

【設計意圖】 學生通過“吹紙”“吹乒乓球”和“模擬小船航行”等體驗活動對流體壓強與流速關系的結論獲得感性認識.但物理規律的得出不能光憑體驗感知，體驗不能代替科學探究，科學探究必須由學生通過嚴謹的實驗操作獲得實驗數據，再將鮮活的實驗數據和實驗現象結合起來，通過分析與論證得出實驗結論.通過探究實驗，學生的分析能力、探究能力和思維能力在不同程度上都得到了鍛煉和發展，物理規律在學生頭腦中自然建構.

3?通過創新實驗，啟發科學思維，幫助學生學會物理規律的應用

捷克教育家夸美紐斯在《大教學論》中寫道：一切知識都是從感官開始的，情境使學生身臨其境，有助于學生感性知識的形成，可以使得學生從形象的感知達到抽象的理性頓悟，激發學生的學習情緒和學習興趣，使學習成為一種快樂.因此，在物理教學中教師應盡可能把物理規律的應用與實驗情境結合起來.

【教學片段3】

師：飛機是怎樣飛向高空的呢？讓我們看一段飛機起飛的視頻.

師：視頻中，同學們看到飛機是蹭地一下飛起來的嗎？

生：不是，先滑了一段距離.

師：有哪位同學知道它滑行一段距離的目的嗎？

生：加速.

師：對，飛機一定要達到一定速度才能飛起來，為什么要達到一定速度才能飛起來？這就利用了流體壓強與流速的關系，讓飛機獲得了一個向上的力，這個力的產生離不開一個重要的部件，那就是機翼，請仔細觀察機翼的剖面圖（如圖6所示），它的形狀有什么特點？

生：上凸下平.

師： 上凸下平的機翼為什么能讓飛機飛起來呢？我們再做一個實驗：模擬飛機高空飛行.老師這里有一個機翼模型，我們保持模型不動，讓空氣高速運動起來（圖7甲所示），大家注意觀察實驗現象;接下來我們把機翼側放、倒放，看看機翼還會不會運動，會向哪個方向運動？請同學們再仔細觀察（如圖7乙和丙所示）.

生：總是向凸起的一側運動.

師：通過實驗我們看到機翼模型總是向凸起一側運動，飛機要飛向高空，就要把凸起的一側向上，機翼就要做成上凸下平的形狀.

師：上凸下平的機翼為什么能產生向上的升力呢？你能利用流體壓強與流速關系的知識分析解釋嗎？

生：飛機起飛時滑行一段距離后，高速飛行的機翼上方空氣的流速大、壓強小;下方空氣的流速小、壓強大.于是就產生了一個向上的壓強差，使機翼獲得向上的升力，速度大到一定時，升力足夠大了，飛機就飛起來了.

……（掌聲）

【設計意圖】飛機升力產生的原因是本節課的教學難點，也是一個抽象的物理問題，學生很難理解空氣經過機翼上、下表面后為什么能同時到達機翼的尾部.因為學生的思維沒有達到一定的高度，所以教師若采用“講授”或“播放動畫”的方式來解釋其原理，教學是低效的.此時教師應創設相關的實驗情境，讓學生在實驗中身臨其境感知不同方向放置的機翼在氣流作用下的運動方向，從而找出機翼在氣流中運動方向的共性，再結合“流體壓強與流速關系”物理規律，飛機升力產生的原因這個教學難點就得以突破.所以，為學生創設實驗情境，相當于給學生鋪設思維臺階，提高了學生理解物理知識的關鍵能力.

4?通過創新實驗，促進知識遷移，培養學生的科學責任和科學態度

現代認知理論認為：學習總是相互影響的，舊知識和新知識之間相同或相似的地方越多，就越容易產生知識的相互遷移，教師在教學中如果能將新舊知識有效地結合起來，抓住新舊知識之間的共同因素，則能促進學生學習的積極遷移.因此，在教學中教師要善于創設實驗情境，啟發學生的思維，積極促進學生的知識遷移，從而提高學生的學習效果和學習能力.

【教學片段4】

師：哪位同學能解釋一下開始的乒乓球為什么能“爬坡投籃”？

生：電吹風加快了上方管口的空氣流動，使上方管口處由于流速增大，壓強減小，下方管口流速更小，壓強更大，這個壓強差讓乒乓球順利地“爬坡投籃”了.

師：剛才同學解釋得很好，謝謝！

師：這是非洲草原犬鼠洞穴的橫截面示意圖（如圖8所示），犬鼠的洞穴有兩個出口，一個是平的，另一個則是隆起的土堆.這是為什么呢？

生：露出驚訝表情……

師：這是一個草原上犬鼠的洞穴模擬裝置（如圖9所示），它的特點就在它的兩個洞口是不同的，一個洞口表面是平的，另一個洞口犬鼠會在上面弄成一個小土堆.現在我們就用實驗裝置（如圖10所示）來看看它的奇妙之處.

師：平行兩個洞口吹氣，管中的泡沫都從凸起端飛出（如圖10所示），同學們討論交流出現這種現象的原因.

……（交流討論）

生：凸起地方流速大，壓強小;平的地方流速小，壓強大，這樣空氣就從平的洞口流入，從凸起的洞口流出，從而保證洞中空氣的流動.

師：這位同學解釋非常不錯！犬鼠聰明吧，但人類比它更聰明，設計師巧妙地將犬鼠洞的設計用來改善地下通道的通風情況，下面就讓我們一起來看看它的動畫演示（如圖11所示）.

……（播放動畫）

師：請同學們思考，改善后的地下通道的氣流方向為什么會發生變化？哪個部位起了關鍵作用？

生：和犬鼠洞口一樣，通道內凸起部分起了作用，氣流經過凸起部分時流速大，壓強小，而另一個通道內氣流流速小，壓強大，氣流就會通過中間的交叉口從一個通道進入另一個通道.

【設計意圖】 學會對知識的遷移是物理學習的能力目標之一，在物理教學中，將創新實驗與生活實例相結合，可以使復雜的知識簡單化，不僅使學生容易接受物理知識，讓學生了解“物理來源生活，服務于社會”的理念， 還有利于學生實現知識的遷移，深刻領悟物理方法，同時也培養了學生的科學責任和科學態度.

5?結束語

實驗是物理教學的基礎，廣大教師要時刻緊抓實驗教學這根主線，巧用創新實驗撬動物理課堂，充分調動學生積極性，讓學生親身經歷實驗探究過程，在實驗中培養學習興趣，啟發科學思維，建構物理規律，在應用中實現知識的遷移，讓學生的關鍵能力、核心品格在物理學習中逐步得以培養和提升，課堂教學質量也會上一個臺階.

參考文獻：

[1]施燕. 基于核心素養的初中物理探究式教學[J]. 理科考試研究，2016，23（14）：61.

[2]李仰. 以慢啟思， 以法促學——“探究電磁鐵的磁性”案例解析[J]. 中學物理， 2019，37（06）：25-27.

[3]彭前程，杜敏.義務教育教科書九年級物理（全一冊）[M].北京：人民教育出版社，2013.

（收稿日期：2019-09-07）