基于核心素養(yǎng)的實驗教學實踐研究

任振穎 張東林

摘 要：學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.本文以“流體的壓強與流速”一節(jié)課的教學設(shè)計為例，探索通過發(fā)揮實驗作用將發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的任務落實在教學的各個環(huán)節(jié)中.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);實驗教學;流體壓強

中圖分類號：G633.7???? 文獻標識碼：B???? 文章編號：1008-4134（2021）20-0024-04

基金項目：北京物理學會2020-2021年度教育教學科研立項課題“基于物理學科核心素養(yǎng)的實驗教學實踐研究”（項目編號：WLXH202059）.

作者簡介：任振穎（1975-），女，北京昌平人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學實踐與教育;

張東林（1971-），男，北京昌平人，本科，中學高級教師，研究方向：物理教學實踐與教育.

1 教材教法分析

本節(jié)課是在學生學習固體壓強、液體壓強、大氣壓強的基礎(chǔ)上引入的，與“液體壓強”和“大氣壓強”不同的是：其液體和氣體所處的狀態(tài)不再是靜止的，而是流動的，即要探究“液體和氣體在流動時壓強的特點”.在教學中，從學生的認知能力出發(fā)，尊重和突出學生的主體地位，設(shè)計一系列情境新奇、有趣的實驗活動，讓學生在觀察實驗現(xiàn)象和自己親自操作實驗的過程中，經(jīng)歷體驗、發(fā)現(xiàn)的過程，從中獲得最直觀的、鮮活的科學事實，為理解和應用物理概念、規(guī)律做好鋪墊、打好基礎(chǔ);自制教具突破本節(jié)課歷來實驗的局限性，為學生進行科學的探究活動提供物質(zhì)條件，并有助于提升學生的科學探究意識，促進學生科學探究能力的發(fā)展;通過廣泛聯(lián)系并解釋生活、自然和科技中的“流體壓強與流速關(guān)系”的現(xiàn)象，可以激發(fā)學生的求知欲，學有所用，體現(xiàn)“從生活走向物理，從物理走向社會”的課程理念.

2 學情分析

流體壓強與流速有關(guān)，該知識在日常生活中有較廣泛的應用，但學生這方面的生活經(jīng)驗并不多.筆者在學習本節(jié)內(nèi)容之前的調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，學生對固體壓強有感知也有一定的認識.但是，學生對液體壓強、大氣壓強的感受不多，對流體壓強更顯懵懂.因此，在教學過程中選取生動有趣的小實驗，引導學生將流體壓強與流速建立起聯(lián)系是本節(jié)的教學重點.

學生經(jīng)過密度、重力、摩擦力以及壓力、壓強等內(nèi)容的學習，已經(jīng)具備初步的科學探究意識和能力;初步掌握用對比、分析、歸納等一些科學方法獲取新知的能力，但還不能靈活運用.初中生的思維特點是以“形象思維”為主，對直觀現(xiàn)象比較感興趣，欠缺對問題深入的思考及理性思維.這些都尚需教師創(chuàng)設(shè)更多的新情境，使學生在經(jīng)歷不斷解決問題的實踐中，進一步提升能力、鍛煉思維.

3 教學策略

本節(jié)課的教學重點：感悟流體壓強與流速有關(guān);探究流體壓強與流速的關(guān)系.教學難點：運用流體壓強與流速的關(guān)系，定性分析生活中的一些相關(guān)現(xiàn)象.重、難點都涉及探究過程，因此本節(jié)課的教學策略主要是科學探究.教師在教學中應重點關(guān)注以下三個方面.

3.1 從抽象到形象

創(chuàng)設(shè)情境：將學生難以理解的內(nèi)容用生動、形象的方式展示出來，使學生積極主動地投入到情境中，發(fā)現(xiàn)問題，將流體壓強與流速建立聯(lián)系.

3.2 從特殊現(xiàn)象到普遍規(guī)律

利用自制教具進行科學探究：學生經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)并提出問題—有依據(jù)的猜想—設(shè)計—進行實驗—分析并得出結(jié)論”的過程，進一步培養(yǎng)學生科學探究的意識和能力以及學生用科學的語言進行完整表達的能力.

3.3 注重應用

創(chuàng)設(shè)系列的生活、自然、科技情境和問題情境，學生經(jīng)歷“問題—實驗—結(jié)論—應用”的過程，逐步培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力.

4 教學目標

知識與技能：了解流體壓強與流速的關(guān)系.

過程與方法：

（1）通過感悟流體壓強與流速有關(guān)的實驗和探究流體壓強與流速的關(guān)系的實驗，提高以觀察、比較和實驗的方法研究物理問題的能力、收集證據(jù)對探究過程進行交流評估的能力;

（2）通過解釋生活中的一些現(xiàn)象，提高應用知識解決實際問題和用科學的語言進行表述的能力.

情感態(tài)度與價值觀：

（1）通過探究活動，養(yǎng)成觀察習慣，樂于探索生活中的物理現(xiàn)象;

（2）緊密聯(lián)系實際，提高對自然和科學技術(shù)的興趣，形成合作交流、實事求是的科學態(tài)度.

5 教學過程

5.1 玩得明白——創(chuàng)設(shè)情境，發(fā)現(xiàn)問題，提出問題

學生實驗：（1）乒乓球放在漏斗下，用手托住，撤去手，球會掉下來;（2）用較小的力在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球依然會掉下來;（3）用大力在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球不會掉下來;（4）當學生氣息不足，或停止吹氣時，乒乓球又會掉下來;（5）用實驗用鼓風機在漏斗的管口向下吹氣，撤去手，球不會掉下來，因為風是持續(xù)的，乒乓球像是被吸住一樣;（6）改變漏斗口的方向，上、下、左、右，用鼓風機在漏斗的管口持續(xù)吹風，球都不會飛出去.

教師：乒乓球沒有掉下來，這是什么原因？

學生分析：向下吹氣時，乒乓球雖然受重力，卻沒有掉下來，說明乒乓球除了受到豎直向下的重力，肯定還受到一個向上的力，因此就存在向上的壓強.當氣流方向改變時，只要氣體流動，這個壓強就存在.

學生有依據(jù)的猜想：實驗現(xiàn)象對比，沒吹氣，氣流小;吹氣，氣流大，改變的是空氣流動的速度，這個壓強是否是由于吹氣產(chǎn)生？氣體產(chǎn)生的這個壓強的大小和氣體流動的速度大小有什么樣的關(guān)系？

設(shè)計意圖：乒乓球?qū)嶒灒艹Ｒ姡瑢λM行充分挖掘、小小改進，將這個實驗的營養(yǎng)發(fā)揮到極致，最大限度提高它的作用和價值.學生認真體會這六個過程，（1）（2）（3）步的體驗引發(fā)學生的認知沖突，激發(fā)學生強烈的好奇心和求知欲，（4）（5）（6）步學生的思維開始從表象進行躍遷，從“有感”到“有思”，通過實驗現(xiàn)象的對比和分析引發(fā)學生的問題和思考.六步連貫的體驗，使學生清晰地感悟到有、無氣流和氣流流速的變化使球的狀態(tài)發(fā)生改變，從而順暢地把流體壓強與流速建立起聯(lián)系.這六步連貫的體驗，為學生的思維找到立足點，也為學生的思維遞進鋪設(shè)了臺階，有利于學生科學思維的發(fā)展.

5.2 探得清晰——自制實驗器材，進行科學探究

學生：分組實驗，分四個組，分別用四套實驗器材進行科學的探究實驗.

學生：學生進行科學的探究實驗，實驗器材、實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)見表1.通過觀察、分析、交流，歸納總結(jié)出結(jié)論：流體流速大的地方，壓強小;流體流速越大，壓強越小.

設(shè)計意圖：以往這個環(huán)節(jié)一般會采取讓學生吹紙條或吹硬幣等有趣的小實驗，但這些實驗現(xiàn)象無法顯示壓強的大小，也無法完成三次實驗對比，得出因變量和自變量之間大小關(guān)系的結(jié)論.教師自制教具，為學生進行科學探究提供條件，并且操作方便、現(xiàn)象明顯，化抽象為形象，將抽象的過程顯性化，降低思維難度，便于分析、歸納出結(jié)論，使學生獲得成功的喜悅并激發(fā)學生的創(chuàng)新思維.實驗過程培養(yǎng)學生科學探究的能力和用科學的語言進行完整表述的能力;采取小組合作、大組交流的方式進行，培養(yǎng)學生的團隊意識，感悟與他人合作的重要性.

5.3 用得喜悅——小實驗，大應用

5.3.1 是真是假

師：給出四個現(xiàn)象如圖1所示，讓學生用剛剛得出的結(jié)論去進行判斷真假.

（1）將兩張自由下垂的紙平行放置，在兩張紙的中間向下吹氣，兩張紙會向外飛起，這是真的嗎？

（2）火車站或地鐵站的站臺上都畫有黃色的安全線.是為了警告乘客，當火車經(jīng)過時，不要越過此線，否則會有生命危險.這是真的嗎？

（3）將塑料軟管的一端放在彩色的紙屑上，使勁搖動軟管的另一端，彩紙會被吸入管中，這是真的嗎？

（4）在水中平行放置兩條小船，在兩條小船中間水平噴水，兩條小船會被水沖向兩邊，這是真的嗎？

學生：學生分組實驗如圖2所示，并進行分析判斷.

設(shè)計意圖：通過動手操作，觀察真實實驗現(xiàn)象，再根據(jù)探究得到的規(guī)律，判斷真假.其目的不僅是鞏固所學知識，深化解決問題的能力，也適時地對學生進行安全教育，增強安全意識，使學生知道不能跨過站臺的安全線、不能靠近高速行駛的列車、不能讓兩船并列行駛等規(guī)定是建立在物理規(guī)律的基礎(chǔ)上，不尊重規(guī)定是很危險的.另一個重要方面是通過鑒別出兩個偽現(xiàn)象，使學生體會“學科學”“用科學”“信科學”的價值，只有形成科學價值觀，才能有效破除各類騙術(shù)，提高全民族科學素養(yǎng).

5.3.2 任務驅(qū)動，問題引領(lǐng)

給每個小組派發(fā)任務單，上面有任務也有一些資料，學生通過閱讀和實驗，完成任務單上的任務.簡要內(nèi)容如下：

（1）上升的水柱.你是否能用今天學習的規(guī)律使管中的水柱升高？你能解釋生活中一些噴霧器的原理嗎？

（2）管中的小球.自制模擬洞穴，當兩個管口相平時，對管口吹氣;觀察管內(nèi)的小球運動情況;提高一側(cè)管口，讓風分別從兩側(cè)管口各吹過一次，對比觀察管內(nèi)的小球運動情況.非洲草原犬鼠的洞穴有兩個出口，一個是平的，而另一個則是高高隆起的圓形土堆.當?shù)孛嫔嫌酗L吹過，就會給犬鼠帶去習習涼風，你是否能解釋其中的原因？

（3）誰飛得高.一個平的泡沫板，一個流線型的泡沫板，用專用器材對其吹風.觀察平的泡沫板、流線型的泡沫板正、反放置時泡沫板的情況.幾十噸重的飛機可以升空，自由地飛翔，是什么力使龐大而沉重的飛機攀升到空中，并能保持在空中飛行？汽車尾翼、暴風時灰雁的倒飛姿勢又與之有什么相同和不同之處？

學生：進行分組實驗如圖3所示，認真觀察，積極思考，嘗試解決問題.

設(shè)計意圖：三組小實驗現(xiàn)象明顯，對比強烈，易于激發(fā)學生的思維，引起學生的好奇心和探索自然的愿望.這些豐富的實驗器材都是身邊的物體，如：塑料軟管、泡沫、紙盒、乒乓球、紙張、吸管等.學生用身邊熟悉的廢舊物品，卻能做出很多有意思的實驗，也強烈地激發(fā)學習的興趣，同時也為他們的再創(chuàng)造、創(chuàng)新進行無形的引領(lǐng).小組討論用所學結(jié)論去解釋現(xiàn)象，從犬鼠洞穴的通風問題，暴風時灰雁的倒飛姿勢，感嘆大自然的神奇，并以物理學視角認識自然、理解自然，建構(gòu)關(guān)于自然界的物理圖景.而飛機機翼、灰雁倒飛、汽車尾翼又有內(nèi)在聯(lián)系，灰雁倒飛、汽車尾翼是對飛機機翼倒置的應用，具有相似性.在使學生保持對自然界好奇的基礎(chǔ)上，發(fā)展對科學的探索興趣，從而產(chǎn)生將科學技術(shù)應用于日常生活、社會實踐的意識，使學生欣喜地發(fā)現(xiàn)物理無處不在，真的是既有趣，又有用.

6 結(jié)語

本節(jié)課通過一系列實驗情境的創(chuàng)設(shè)、實驗過程的改進、實驗器材的創(chuàng)新與豐富的教具，增強學生的體驗，使學生的注意力緊緊凝聚在課堂，促進學生在觀察和實驗中發(fā)現(xiàn)問題、提出合理猜想、設(shè)計實驗方案和獲取證據(jù)等能力的發(fā)展，激發(fā)學生的思維，并感悟“流體壓強與流速關(guān)系”與“社會、技術(shù)及環(huán)境”之間的關(guān)系.將核心素養(yǎng)與新課改理念落實在教學各個環(huán)節(jié)，設(shè)計理念與整體框架如圖4所示.

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（收稿日期：2021-05-19）