初中物理“壓強”問題專題教學進階策略

摘? 要：“壓強”是初中物理力學部分重要概念之一，對“壓強”相關問題的教學，要遵循學習進階理論，依托專題課程設計，深化學生對“壓強”相關概念及知識點的理解和掌握.概念是構成物理學科的基礎，據此文章對學生前認知學情進行分析，分別從進階起點、專項習題訓練、進階終點三方面來探究與“壓強”相關的問題，促進學生在遷移中創新，提升物理學科素養.

關鍵詞：初中物理；壓強；進階理論；專題教學

中圖分類號：G632??? 文獻標識碼：A??? 文章編號：1008-0333（2024）14-0101-03

收稿日期：2024-02-15

作者簡介：邵予周（1998.11—），女，江蘇省南通人，本科，中學二級教師，從事初中物理教學研究.

學習進階理論聚焦學習思維的發展過程，從進階起點出發，有層次、有梯度地逐級發展學生的學科思維.“壓強”問題是初中物理重要內容，對“壓強”概念及知識點的學習，引入學習進階理論，利用專題教學，對涉及的受力分析、浮力、重力、密度等概念進行綜合運用，促進學生學科思維進階，讓物理學習更高效［1］.

1 學習進階理論與“壓強”專題教學

美國國家研究理事會對“學習進階”的釋義為：學生連貫且逐漸深入的思維方式.結合初中物理壓強知識點，需要把握五個層次和三項任務.

1.1 學習進階理論的五個層級

學習進階理論認為，對學習過程而言，遵循由經驗、映射、關聯、系統、整合五個層級，逐漸進階，以獲得對相關知識的深度理解和掌握.經驗層為前認知起點，在教學前，對學生已有的知識經驗進行學情分析.對于壓強，學生已經了解力、壓力等概念，對垂直作用于物體上的力，會使物體發生形變.對于形變大小的反映，用壓力來表述，形變越大，所受壓力越大.映射層為學生對所學概念的理解程度.如對于力的講解，力是有作用效果的，壓力是力的一種，有何作用效果？與哪些因素有關？學生在面對該問題時，頭腦中會受到信息刺激，聯系以往知識經驗解答與壓力相關的問題，就是映射過程.關聯層與映射層相關，更接近學生已有經驗，通過用物理語言來描述所看到、所認同的物理現象.對于壓強的學習，學生可以回顧壓力概念、壓力作用效果等圖景.系統層體現了物理知識之間的內在邏輯性.壓強概念與壓力、力、受力面積等有關，對壓強單位還要與牛頓、平方米有關，對壓強的物理意義，還與速度、密度等概念的講解方法具有相關性.整合層體現了刪繁就簡、去粗存精的認知過程.以壓強數學為例，通過引入控制變量法，讓學生認識、體驗壓力對不同作用對象所產生的壓強大小，體會壓強與壓力大小、受力面積等因素有關.

1.2 知識進階任務

物理學中的壓強為重要概念，對該節知識點的進階教學，需要細化為三項任務.一是進階分析，二是目標預設，三是教學過程和策略運用.進階分析就是分析學生已有的知識經驗，具備相應的物理分析、物理歸納、實驗觀察等能力.在學習壓強前，學生學習了力、力和運動關系，并對重力、摩擦力、彈力、力的平衡等有所理解，但對受力分析及力的作用過程等存在短板.對學情分析后，接下來進入目標預設階段，主要設計學習起點和所能達成的學習目標，具體如表1所示.

對壓強的進階教學策略，先從統一起點入手，以設置懸念、引入游戲等方式，激活學生對物理情境的學習興趣.如拿出一個氣球，問學生可以用什么方法將之弄破？對于氣球，在受到外力作用下，一定會破嗎？接著，引入壓力概念，結合學生認知起點，對重力、彈力、摩擦力的了解，組織學生探討壓力三要素，區別壓力與重力.然后導出壓強概念，利用實驗法通過控制變量來探索壓力效應.引入生活化實例，從壓強公式、壓強單位、常見物體對地面的壓強值，讓學生理解壓強相關知識點.最后，學習并掌握計算壓強的方法，通過具體問題整合相關知識點，指導學生運用壓強公式來解決實際問題.

2 基于進階理論探討“壓強”專題教學

2.1 進階起點的實施

從壓強的定義及計算公式來看p=F/S.壓強的計算需要先明確所施加的壓力，以及受力面積的變化情況，在梳理相關題目時，要關注壓力與受力面積兩個核心要點.比如，某題中有一個水杯，在倒置前后，請分析其對水平桌面的壓力及壓強大小關系.假設，正放水杯時，水杯對桌面的壓力、壓強表示為F1、p1，將之倒扣后，水杯對桌面的壓力、壓強表示為F2、p2，問F1與F2，p1與p2的大小關系有何變化？水杯在倒置前后，自身對桌面的壓力與桌面對水杯的支持力都等于水杯的重力，倒置前后水杯的重力不變，對桌面的壓力也沒有變，即F1=F2.但對于壓強而言，倒置前水杯杯底與桌面相接觸，倒置后水杯杯口與桌面相接觸.兩種情形下，倒置后的杯口與桌面相接觸的面積會減少，在壓力不變情況下，根據壓強計算公式可知，水杯對桌面的壓強會變大，即p1

2.2 進階習題的訓練

圍繞壓強開展專題教學，要遵循學生的認知思維，漸進提高習題的難度［2］.對習題的選擇，既要突出對壓強基本知識點的學習，還要深化學生對壓強的透徹理解.學生對壓強公式已經熟練掌握后，接下來要引入柱形固體壓強的推導公式p=ρgh，讓學生認識影響固體壓強的因素，展開固體壓強的定性和定量分析.比如，某題中有甲乙兩個正方體，靜置于水平地面如圖1所示.此時p甲=p乙.如果分別對其上面切割相同厚度Δh，問剩余部分對地面壓強及壓力的變化情況.

分析題中的柱形固體對水平面的壓強，運用公式p=ρgh來推導，得到密度關系ρ甲<ρ乙，對于正方體甲得到p′甲=ρ甲gh甲剩=ρ甲g（h甲－Δh）；對于正方體乙，其壓強p′乙=ρ乙gh乙剩=ρ乙g（h乙-Δh）.從剩余部分對地面壓強的變化情況來看，隨Δh的增加，p′甲>p′乙，再對壓強公式進行變形，得到F=ps，因為p′甲>p′乙，所以F′甲>F′乙.

了解了固體壓強的計算方法后，液體壓強又有何變化？為此，引入液體容器倒置，以同一種液體，結合深度h的變化，對液體壓強公式p=ρgh進行運用，讓學生判斷液體對容器底部壓強的變化，如圖2所示.

觀察甲、乙兩容器，液體的質量保持不變，問倒置后液體對容器底部壓強怎樣變化？倒置前，兩容器液體質量不變，體積大小不變，但倒置后，液面高度增加.根據液體壓強公式可知，h增加，則對容器底部的壓強也會增加.對于壓力分析，根據F=pS=ρghS，其中的“hS”理解為體積，倒置后，F乙=p乙S乙=ρgh乙S乙.因為ρgh乙S乙<ρgV液，F乙G液，故而可得F甲>F乙.對于整個容器而言，本身為一個整體，所受的重力與支持力相等，在倒置前后整個容器的重力不變，對桌面的壓力也不變，但因受力面積減少了，所以整個容器對桌面的壓強將會變大.對比固體、液體對水平桌面的壓強變化及特點，讓學生能夠根據題型需要，靈活運用壓強公式，分析各個變量的變化，再討論其壓力、壓強等變化.

2.3 進階終點綜合題型訓練

前面在液體壓強、固體壓強以及壓力、壓強的變化關系中，所選擇的題型相對單一，接下來通過探討綜合題型，考查學生對壓強相關知識點的掌握情況.比如，某題中有一燒杯，盛放適量鹽水，冰塊A漂浮，物塊B懸浮，如圖3所示.當冰塊A完全熔化后，分析鹽水的密度變化，液體對杯底的壓強變化，以及物塊B所受浮力的變化.

對該題的分析，首先從冰塊熔化來看，因為水的密度小于鹽水，冰塊熔化增加了水的含量，鹽水的密度會變小.接著，對物塊B進行分析，未熔化前的鹽水密度大，物塊B懸浮，熔化后的液體密度變小，則物塊B會沉底，由于F浮=ρ鹽水gV排，鹽水密度減小，則物塊B所受浮力變小.針對液體對杯底的壓強問題，根據力的作用是相互的，如物體B在液體中受到浮力，則會同時對液體有壓力，因此冰熔化前，液體對杯底的壓力F=G鹽水+GB+G冰，等冰塊完全熔化后，液體對容器底部的壓力變為F′=G鹽水+F浮B+G水，由于冰熔化成水重力不變，而此時B所受浮力變小，因此壓力變小，壓強也變小.

3 結束語

為強化學習進階理論在初中物理教學中的應用，教師要關注學情分析.以學生基礎知識為起點，設計相應的習題和內容，遵循螺旋上升原則，強化學生物理思維進階，由簡到繁，逐步提升學生的物理分析、推理、綜合解題能力.

參考文獻：［1］ 黃岑.初中物理“進階展學”課堂策略的達成［J］.新教育，2023（04）：41-42，56.

［2］ 林絢鈺.基于學習進階的初中物理概念建構策略研究［J］.中學物理教學參考，2019，48（14）：6-8.

［責任編輯：李? 璟］