“大氣壓強”教學中常見3個問題的思考

林程鈞

(深圳市龍崗區平湖第二實驗學校 廣東 深圳 518100)

劉 洋

(深圳市龍崗區園山實驗學校 廣東 深圳 518116)

1 背景和問題

“ 大氣壓強 ”是人教版初中《物理》八年級下冊第九章“壓強”第3節的教學內容[1].義務教育物理課程標準要求是：知道大氣壓強及其與人類生活的關系.因此，本堂課既要學生掌握證明大氣壓存在的方法和了解托里拆利實驗，更重要的是能聯系生活，知道大氣壓強在生活中的應用.教材將本課分為“大氣壓強的存在”和“大氣壓的測量”兩部分，前半部分內容通過大量證明大氣壓強存在的插圖，再輔以覆杯實驗和馬德堡半球實驗，學生較易掌握.但在“大氣壓強的測量”這一節中卻存在以下問題：

問題1:大氣壓強的測量方法直接給出，不利于培養學生獨立思考的能力.

問題2:托里拆利實驗的引入缺乏必要銜接，存在認知難度.

問題3:“大氣壓、海拔、沸點”三者關系在傳統教學中缺乏必要的物理探究過程和分析過程.

2 問題處理

問題1:大氣壓強的測量方法直接給出，不利于培養學生獨立思考的能力.

【題1】馬德堡半球實驗是一個形象展示大氣壓的實驗，一個直徑為0.36 m的對開銅球殼的兩個半球殼合在一起后抽真空，一共用了16匹馬才成功拉開.已知一匹馬的拉力介于1 250 N到2 000 N之間，請你算算大氣壓強是多大？用這個辦法測量大氣壓準確嗎？為什么？

解：因為半球靜止，故作用在一個半球上的力為8匹馬的拉力

F=1 250 N×8=10 000 N

S=πr2=3.14×(0.18 m)2≈0.102 m2

采用2 000 N時

利用馬德堡半球實驗測量大氣壓的最大問題在于每匹馬的拉力都難以估量，是介于1 250 N到2 000 N之間的一個數值，1 250 N和2 000 N的計算結果差距較大.學生會想到定量測量出馬的整體拉力，教師可以順勢引入教參中用彈簧測力計緩慢拉動真空后的吸盤，如圖1所示，通過彈簧測力計示數和吸盤面積計算出大氣壓.

表1 兩種測量方法存在的問題

問題2:托里拆利實驗缺乏必要銜接，存在認知難度.

托里拆利實驗被定位為教學難點，但不是重點；由于水銀具有一定的毒性，現場演示始終存在風險，多采用視頻播放演示實驗.但僅僅簡單的播放視頻沒有辦法讓學生真正了解托里拆利實驗；因為托里拆利實驗是利用測量液體壓強的方式，巧妙轉換為測定大氣壓.此處存在思維的跳躍，學生不容易想到這一點，必須要有恰當的銜接.例如演示大氣壓強可以托起水柱的過渡性小實驗,如圖2所示.

圖2 大氣壓強托起不同高度水柱

通過不斷讓更長的量筒倒扣在水池中，水柱不會下降，呈現一種遞進關系，以引導學生思考：“大氣壓到底能托起多高的水呢？”學生會認為有一個具體的數值，但不知道是多少.這時候可以播放“大氣壓能托起10 m高水柱”的視頻，進而引導學生思考：“10 m高水柱的壓強和什么液體相當呢？”這里就能很自然地引出托里拆利選用水銀的原因.這個過渡性小實驗的增加，符合學生的認知規律，貼近學生最近發展區，有效突破難點[2].

問題3:“大氣壓、海拔、沸點”三者關系在傳統教學中缺乏必要的物理探究過程和分析過程.

本節課中，教材后半段著重將大氣壓與生活聯系，重點講述了大氣壓、海拔、沸點三者的關系，這無不體現了“從生活走向物理，從物理走向社會”的思想.先分別處理“氣壓與海拔”“氣壓與沸點”兩者關系，再將兩者整理得出結論.

在處理“氣壓與海拔”的關系時，教材中的“想想做做”欄目，通過自制氣壓計，學生能直觀看到實驗現象.這本是非常好的設計，但在實際教學中，并不易組織學生在課堂上完成實驗裝置的制作及相關實驗探究；最佳的辦法是將該實驗布置為課前小實驗，在家自主完成，并通過微課的方式展示學生的實驗報告或小視頻.這個方法為學生的自主學習創造條件，還能有效提高學生的動手能力，讓學生體會到科學與技術的聯系.

在處理“氣壓與沸點”的關系上，由于減少大氣壓強需要利用真空泵，真空泵在抽氣時聲音過大，用時較長，所以傳統教學中僅僅通過將結論告訴學生，學生缺乏必要的物理探究過程.課堂上可以用針筒抽氣來替代，如圖3所示.

圖3 針筒抽氣

通過針筒抽氣，學生觀察到停止沸騰的水再次沸騰，有效解決“氣壓與沸點”的關系.最后，課堂上公布我國相關地區的氣壓、海拔、沸點三者數據，如圖4所示，讓學生從表格中的數據分析歸納出海拔越高，氣壓越低，沸點越低的結論，進一步強化認知，提升其概括能力.

圖4 我國各地海拔、氣壓、沸點數據

3 結束語

由于地球周圍的大氣似乎是看不見摸不著的東西，不像其他物體有固定的形狀和體積，因此，大氣壓強的概念和測量方法對初中學生是一個難點，然而怎樣突破這一難點，使學生對大氣壓強有比較深刻的理解和掌握，是教師和學生必須面對的問題.筆者認為將上述3個問題解決，本堂課就可以做到“思路清、層次明、趣味足”，教學效果顯著.讓學生思考大氣壓的測量方法可以培養學生獨立思考的能力，并注意到物理與數學的聯系.增設的過渡性小物理實驗能有效降低學生認知難度，符合學生的認知規律.微課的設計為學生自主學習創造條件，針筒抽氣的實驗能增強學生的探究意識，最后的表格有利于培養學生從表格中分析和歸納規律的能力.課堂中充分體現“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念；教學過程中注重體現創新意識，培養嚴謹的科學態度，凸顯了學生核心素養的培養.