基于6E學習模式的“流體壓強與流速關系”教學實踐案例分析

施育峰

(南通市海門區東洲國際學校首開校區,江蘇 南通 226100)

1 教學內容分析

蘇科版教材“流體壓強與流速關系”是在學習完固、液、氣壓強的基礎上,對流體壓強的特點進行探討,與前面的內容構成完整的知識體系.

依據《義務教育物理課程標準(2022年版)》課標要求,[1]結合教材內容,本節課應達到4個方面的物理核心素養培養目標：

(1) 物理觀念.通過實驗,觀察流體流速越大壓強越小的現象;知道流體流速、流體壓強的概念.

(2) 科學思維.能對生活中現象進行科學推理,提出合理猜想.通過科學推理和歸納,獲得流體流速越大壓強越小的結論.

(3) 科學探究.通過對流體壓強與流速的探究,掌握科學探究方法.

(4) 科學態度與責任.培養學習物理的興趣,實事求是的態度,與他人合作的精神;感受物理規律的雙面性.

2 基于6E學習模式的設計

6E學習模式包括6個學習環節： 吸引(engage)、探索(explore)、解釋(explain)、深化(enrich)、工程(engineer)和評價(evaluate).[2]吸引環節,再現生活中的情境,引起學生認知沖突,吸引學生的注意力,激發學生主動探究欲望.探究環節設置小組實驗探究任務單,學生經歷力學分析過程,得到正確的結論,從而解釋認知沖突,并建立起物理規律.在解釋環節,分析日常生活現象背后的原因,幫助學生消化教學內容.工程環節設計制作飛機機翼模型,分析產生升力的原因,以提升學生的知識運用能力.深化環節是對流速越大壓強越小中的速度大小是以誰為參照物的深度理解.通過評價環節,了解學生對于概念的掌握情況,從而調整教學方式和進度,以改善教學的效果.

基于6E學習模式的教學流程圖如圖1所示.

3 6E教學法的教學實踐

3.1 吸引環節

演示實驗.

教師在課堂上演示“窗簾”向哪里飄.第1次把吹風機對準“窗簾”吹.

師：同學們預測一下,“窗簾”向哪里飄. 為什么?

生：向室內飄. 因為吹風機吹出的氣體對“窗簾”有向室內的力.

師：很好,同學們能從力的角度分析問題.如果吹風機吹出的氣流平行“窗簾”,“窗簾”向哪里飄?

圖2 吹風機吹“窗簾”

生：呃……

師：究竟如何?請看實驗,如圖2所示.

生：咦!為什么“窗簾”向室外飄?

3.2探索環節

師：我們剛剛學過力與運動的關系, “窗簾”不動還是動,或者怎么動,應該由它受力情況來決定.我們就以“窗簾”為研究對象,研究吹氣前它受幾個力作用?這些力有什么關系?

生：受重力、拉力,還有左右兩側的大氣壓力,如圖3所示.

生：左右兩側都是大氣壓力,可以抵消掉.

師：那其他力應是什么關系呢?

生：應該是平衡的.

師：很好!再來研究開始吹氣瞬間,哪些力不會發生變化?

生：重力肯定不會變化.

師：因為開始吹氣瞬間,我們可以認為豎直方向上的拉力不變化.

生：那就只有大氣的壓力發生變化了.

生：因為“窗簾”面積不變,由F壓=p0S可知,更本質的應該是大氣壓強發生變化.

師：很好!現在我們能肯定吹氣瞬間,哪側大氣壓強發生變化嗎?

生：吹氣的這一側大氣壓強變化.另外一側前后沒什么變化,所以另外一側的大氣壓強應該不變.

師：吹氣的這一側大氣壓強怎么變?

生：因為“窗簾”飄向吹氣的這一側,由力與運動的關系可知,應該是吹氣這側的力變小了,所以是吹氣這側的大氣壓強變小了.

師：很好,吹氣就是空氣發生流動,換句話說,就是氣體具有速度,稱為流體的流速.我們能將剛才我們討論的結論用一句話表述嗎?

生：流體流速大的地方壓強小.

師：這個結論只是通過一個實驗得到的結論,不具有普遍意義.如何才能證明結論具有普遍意義?

生：多次實驗,尋找普遍規律.

師：每個小組有3個實驗任務,請小組合作,按照要求做實驗,完成任務單.

圖3 受力分析圖

圖4 任務1

圖5 任務2

圖6 任務3

任務1：如圖4、表1所示,把紙條的一端按在嘴唇的下方,向前吹起,看到什么現象?

任務2：如圖5、表2所示,裝有水的盆中放有兩只靜止的紙船,用筆劃動兩船之間的水,看到什么現象?

任務3：如圖6、表3所示,水平平衡的杠桿,左右兩側粘貼卡片,用小電風扇沿平行卡片方向,吹任意一張卡的上方或下方,看到什么現象?

表1

表2

表3

師：你的實驗結果說明什么?

生：流體中流速大的地方壓強小.

師：大量的實驗證明,流體的壓強與流速有關,流速越大的地方壓強越小.

3.3 解釋環節

圖7

教師活動：組織學生觀看自制吸塵器和噴霧器的視頻,小組討論以下問題,(1) 自制吸塵器的原理.(如圖7所示)(2) 自制噴霧器的原理.(如圖8所示)(3) 高速列車進站時,為什么旅客必須站在安全黃線后面(如圖9所示)?

圖8

圖9

學生活動：小組討論3個問題,推選小組發言人匯報討論結果.

3.4 深化環節

勻速行駛的汽車,拿一張A4紙靠近車窗 ,打開車窗,A4紙飄向車窗哪側?結果顯示,A4紙飄向車窗外.

師：請同學們根據實驗現象思考問題,流速越大的地方壓強越小,這里的流速是以什么為參照物?

生：是以地面為參照物.

生：不對.如果以地面為參照物,車窗外的氣體靜止,車窗內的氣體運動.車窗內的氣體流速大,壓強小, A4紙應該往車窗內飄,與實驗現象不符.

生：是以A4紙為參照物, 車窗內氣體相對它靜止,車窗外氣體相對它向后運動,車窗外流體流速大,壓強小,所以A4紙往車窗外飄.

師：分析得有道理.我們判斷哪里流體流速大的時候,是以研究對象為參照物.

3.5 工程環節

把硬紙按如圖10所示的尺寸剪下來,折成機翼模型.

圖10

教師活動：將機翼模型置于講臺上,講解實驗注意事項和要求.

圖11

學生活動：準備好提前自制的機翼,用吹風機平行吹向機翼,如圖11所示,觀察實驗現象,完成現象背后的力學分析.

師生共同總結機翼上升的原因.

3.6 評價環節

評價方案如表4所示,分為4個維度,分別是學生課堂表現、思政表現、課堂任務完成情況、課前作業完成情況,采用結果評價、過程評價、綜合評價相結合的方式,對學生學習效果進行評價及檢驗.[3]

表4 評價方案

4 結語

“流體壓強與流速關系”很好地反映了“理論和實際”“工程和物理”的有機結合.本節內容能夠幫助學生經歷科學探究過程從而建立抽象思維、運用知識解釋生活現象并處理相關問題. 在“流體壓強與流速關系”教學中采用6E學習模式進行教學設計和教學實踐.教學內容設置吸引、探索、解釋、深化、工程和評價6個教學環節,培養學生從物理學的角度認識自然,從生活走進物理,建立起物理科學思維,有效培養學生的物理學科核心素養.