基于PBL教學法的液體壓強教學設計

孫云娟

摘? 要 以問題為主線，以實驗為手段，使學生掌握液體壓強的特點及計算方法，體會科學研究問題的一般方法，提升學生的創造性思維能力，以期為一線物理教學提供借鑒和參考。

關鍵詞 PBL教學法;液體壓強;物理實驗;教學設計;科學素養

中圖分類號：G642.41? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）17-0078-03

1 教材分析

地位和作用? “液體的壓強”一節安排在“壓力”及“固體壓強”之后，既是對壓強知識的擴展，又為學習大氣壓強以及浮力知識打下基礎，起著承上啟下的重要作用。

教學重難點

教學重點：認識液體壓強。

教學難點：液體壓強公式的推導和計算。

教學目標

知識與能力：認識液體壓強產生的原因、特點;液體壓強公式的推導計算，能理論聯系實際，解釋生活中遇到的液體壓強問題。

過程與方法：基于問題，小組合作探究，建立實驗模型，掌握實驗數據的填寫及分析的方法，體會由表象觀察到本質思考的思維方法。

情感態度與價值觀：體會到科學探究問題的樂趣及獲得感，對科學實驗產生濃厚的興趣。

2 學情分析

1）學生已經學過了固體的壓強，對壓強的概念有初步的認識，有助于本課程的學習。

2）學生有強烈的好奇心，對提出問題有強烈的求知欲，對小組合作交流充滿期待。

3）學生在實驗過程中的興趣和注意力不持久，遇到解決不了的問題容易懈怠，需要教師的引導和督促，以保證實驗的順利進行。

3 實驗儀器與材料

教師提供實驗儀器與材料：塑料袋，塑料瓶3個（2組）（兩端開口、一端開口、側開口）、塑料袋、橡皮膜3個（2組）、濃鹽水、U形管壓強計2個、刻度尺、水、注水水槽等。

4 基于PBL教學法的液體壓強教學設計

PBL教學法（Problem/Project-Based Learning）是指以學生自主學習為導向，以解決問題為目的，學生通過主動學習、探究實踐，獲取知識和技能的學習模式。

Problem-1：裝有容器的液體，對底部有壓強嗎？

教師將20個參與實驗的學生分成A、B組，由學生自由選擇實驗器材。A組學生選擇了水和塑料袋，將塑料袋注水。B組學生向一端塞入橡皮膜的塑料瓶注水。兩組學生交流討論，嘗試解決Problem-1。教師請兩組學生分別闡述該組的實驗設計原因和目的，以及在實驗中的發現和疑問。

A組發言：“水將干癟的塑料袋撐開，用手托塑料袋，感覺手是承重的，這說明水對塑料袋是有壓力的。根據之前學習的壓強和壓力的關系P=F/S，推測水對塑料袋底部是有壓強的。至于壓強的大小與哪些因素有關，還需進一步探討。”

B組發言：“水注入塑料瓶，橡皮膜變形，說明水對塑料瓶底部是有壓力的，導致橡皮膜變形。推測是由于水受到重力作用，進而對容器底部產生壓強和壓力。”

教師表揚學生在解決問題的過程中表現出的團隊合作精神、探究問題方法以及嚴謹認真的態度，并請A組學生將Problem-1的討論結果寫在黑板上。A組板書：液體對容器底部存在壓強。

Problem-2：裝有容器的液體，對側壁有壓強嗎？

教師請A、B兩組學生自由選擇實驗儀器，解決以上問題。A組在裝滿水的塑料袋側面用針扎一個小洞。B組在側面有橡皮膜的塑料瓶里注入水。教師請兩組學生來分別闡述各組的實驗設計方案是否解決了Problem-2。

A組發言：“在裝滿水的塑料袋側面用針扎一個小洞，發現水從小洞向外噴出，這說明水對側面是有壓力和壓強的，這也是水從側面噴出的原因。”

B組發言：“在向側面開口的塑料瓶里注入水的過程中，發現側方的橡皮膜形狀發生了變化，向外凸起，這說明水對側面是有壓力和壓強的，導致橡皮膜發生形變。”

教師請B組學生在黑板上寫下Problem-2的討論結果，B組板書：液體對容器側面有壓強。

Problem-3：壓強和哪些因素有關呢？

教師請A、B兩組學生自由選擇實驗儀器，解決以上問題。A、B兩組學生均選擇了相同的塑料瓶、水、濃鹽水、U型管壓強計。

1）將水分別灌入兩個相同的塑料瓶，在相同的深度，根據U型管壓強計判斷：金屬盒在液體內，不同方向，壓強相等是否相等[1]（見圖1）？

2）將水分別灌入兩個相同的塑料瓶，在不同的深度，根據U型管壓強計判斷：金屬盒在液體內不同深度，壓強是否相等（見圖2）？

3）將一個塑料瓶灌入濃鹽水，另一個塑料瓶灌入水，根據U型管壓強計判斷：金屬盒在相同的深度，液體壓強是否相等（見圖3）？

教師請學生講解實驗設計的原理，并在實驗中記錄數據，填寫表1[2]。

學生回答：“在探索中發現，液體壓強與液體的深度、密度有關系，液體的深度越深，密度越大，壓強也越大。我推測如果換成煤油或者其他液體，也能發現在液體深度相同處，U型管的高度差也會不相同。”

Problem-4：壓強怎么計算？

教師演示實物模擬液柱對底面的壓強實驗，利用壓強定義公式結合質量、密度、重力公式推導。學生對物理模型比較生疏，教師通過演示實驗模擬液柱對底面的壓強來建立模型液柱，通過求解液柱對底面的壓強來推出液體內部壓強的一般公式[3]。

如圖4所示，高度為h的液柱，受到的重力為：

G=mg=ρVg=ρshg

重力轉化為壓力F，壓強為：

P=F/S=ρgh

5 板書設計

液體壓強的特點：

1）液體對容器底部、側壁有壓強;

2）液體內部向各個方向都有壓強;

3）同一液體內部的壓強隨深度的增加而增大;

4）不同液體同一深度，密度越大，壓強越大。

液體壓強的計算公式：

P=ρgh

6 教學反思

PBL教學法體現了以學生為主體、以解決實際問題為基礎的教學理念，把獲取知識的主動權和探究權交給學生，發揮學生的創造力、想象力和交流合作的能力，讓學生在設計實驗方案和操作實驗過程中，體會到科學探究問題的一般過程和方法，提升學生的科學素養。當然，PBL教學法也有其局限性，學生探究前需要查閱較多的文獻，占用大量的時間，在實驗設計中也會花費大量的時間嘗試。在有限的課堂時間內，實驗不一定每次都科學合理，不一定每次都能解決教師提出的問題。這樣一來，傳授知識的時間會被壓縮，可能會導致學生對基礎理論知識掌握得不扎實、不系統、不全面，對知識結構缺乏系統性和連貫性的思考[4]。

在本節課的設計中，教師提供的實驗儀器有塑料袋、塑料瓶等生活中常見的物品，使學生體會到，物理儀器不一定要在實驗室中尋找，物理規律也非高深莫測，“物理來自生活”，從而幫助學生消除對物理的距離感。■

參考文獻

[1]田陽陽.對“研究液體內部壓強”演示實驗的思考[J].物理教師，2019（3）：48-49.

[2]滕文.基于實驗構建的“液體的壓強”教學設計[J].物理通報，2019（S2）：82-88.

[3]林維杰.氣體壓強改變對液體內部壓強影響的定性實驗驗證[J].物理實驗，2019（3）：57-60.

[4]趙玥.PBL交融LBL教學法在高中生命科學實驗教學的應用[J].生物學教學，2020（1）：45-46.