实验创新在“大气压强”教学中的实践 罗虹英
实验创新在“大气压强”教学中的实践
四川省乐山市沐川县利店中学校 罗虹英
摘要：义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，学生在动手动脑中学习物理知识，核心素养得到全面提升。大气压强教学中，自制“两心壶”，“大气压支持水柱”的创新实验实践，让学生在观察，动手实验中认识大气压，提高了学生学习兴趣，让创新意识真正浸入学生心中，收到了良好的教学效果。
关键词：实验创新；两心壶 ；兴趣
义务教育物理课程是一门以实验为基础的自然科学课程，学生在动手动脑中学习物理知识。《物理课程标准》指出：课堂教学中要“设计多种学习活动，重视物理概念的建构过程，发展核心素养”，在物理实验中，学生通过仔细观察，动手实践，能有效锻炼学生的观察、思考能力，让学生敢于探索，勇于创新，可以有效促进学生核心素养的养成和发展。
“大气压强”一节是人教版物理八年级第九章第三节内容，课本中根据液体压强的特点，猜想大气压强的特点，激发思维和探索欲望，接着用三个实验说明大气压强的存在，进一步介绍托里拆利实验测量大气压的大小。最后学习大气压强在生活中的应用，体会物理与生活的紧密联系，认识到物理及其相关技术对社会发展和人类生活的影响。
在这节课的教学实践中，我充分利用生活中和身边的物品来完成大气压强的实验，学生对物品熟悉，动手兴趣高，能放开手脚去做，人人动手，通过观察现象，分析实验过程，很好地掌握本节物理知识，学生不再当一个“围观者”，而是一个“实践者”，课堂教学体现了“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。
一、自制“两心壶”
两心壶在网上可以买到实物，但会让学生认为是特别制作的，跟学生有较大距离感，缺少可信度，也会减少对实验的兴趣。但是利用生活中和身边的物品来完成大气压强的实验，学生对物品熟悉，实验就会很好达到教学目的。我利用两个矿泉水瓶和两个吸管，自制了“两心壶”，创设与大气压的教学情境，让学生通过观察，大胆质疑，激发学生的求知欲望，点燃学生创造性思维的导火索。
制作方法如图：①在矿泉水瓶身上方开一个小孔，瓶内装入一定量的水，插有吸
管的瓶盖盖紧。②用手压住小孔时，倒不出水来，而放开小孔，水就倒出来了。
③在盒子中装入两瓶，分别装入不同颜色的水。给学生演示时，说是倒出不同颜色的饮料，而且饮料的出现可以任意转换，让学生在惊奇中感受到物理知识的无穷魅力，激发学生的学习兴趣和学习欲望，创设了很好的学习情境，让学生带着思考和问题进行本节内容的学习，能更好地获取知识。
在本节课内容结束的时候，再给同学们解释两心壶的秘密，用手压住小孔时，倒不出水来，是因为外界大气压把水支持在瓶内了，而放开不同的矿泉水瓶的小孔后，就是一个连通器，在重力作用下，就可以让不同的瓶子中倒出水来。
二、大气压支持水柱
有关“大气压的存在”且“大气压很大”的实验有很多，比如覆杯实验、用皮碗模拟马德堡半球实验、自动爬升的大小试管、注射器悬吊物体、吸管吸取饮料等等。这些实验对学生来说，都比较陌生，加上农村学校的学生胆小，害怕弄坏实验器材，动手操作放不开，不能提高学习的效率。我使用一个矿泉水瓶和一个乒乓球，让学生探究大气压能不能支持一定高度的水柱？
如右图，在一个矿泉水瓶中装满水，把一个乒乓球放在瓶口，压着乒乓球倒立过来，可以看到乒乓球和水都不会掉落下来。通过分组实验，学生感受大气压就在自己的身边，而且大气压比较大，可以支持一定高度的水柱。
接着给学生抛出一个疑问：大气压究竟能够支持多高的水柱呢？我们是不是可以增加管子的长度，观察水柱会不会掉落下来？我借助一条近3米的家庭装修中用到的透明软管，管中注入红色水，放在水槽盆中，不断提高管子，也可以让学生帮忙拉得更高，学生会发现水柱不会落下，从而说明大气压可以支持更高的水柱。（如下图所示）
接着告诉学生，大气压可以支持约10米高的水柱，要完成实验需要三层楼高的试管，如何将近10米高的水管变短？学生积极讨论，认为在压强一定时， h减小，液体密度ρ应该变大。实验中要选用密度远大于水的液体，即是水银。“如何保证水银上方是真空？”我积极引导，“先装满，再倒置在水银槽中”。这样强化了科学思维的训练，提高学生的创造性思维的能力，变记忆知识为理解知识。
三、教学过程设计
第三节 | 大气压强 | ||
教学目标
| 1、知识与技能 （1）通过观察和实验，认识大气压的存在和方向。 （2）知道大气压强产生的原因。 （3）理解托里拆利实验的过程和结论。 （4）认识大气压强的变化。 2、过程与方法 （1）通过观察和实验的方法探究大气压强的存在和方向。 （2）掌握利用液体压强来研究大气压强的转换法思路，理解托里拆利实验。 （3）经历实验探究过程，培养分析和归纳的能力。 3、情感态度与价值观 （1）通过教学活动，认识到物理知识从生活来，到生活中去。 （2）在探究实验活动中，培养学生交流合作的科学态度。 （3）通过对大气压强应用的了解，初步体会物理与生活的紧密联系，使学生认识到物理及其相关技术对社会发展和人类生活的影响。 | ||
教学重点 | 实验探究大气压强的存在和测量大气压强的大小 | ||
教学难点 | 1、设计实验说明大气压强的存在 2、托里拆利实验的过程和结论 | ||
教学器材 | 自制两心壶、矿泉水瓶、乒乓球、透明软管、多媒体 | ||
教学方法 | 实验探究、交流讨论、体现教师主导，学生主体原则 | ||
教学过程 | 教师活动 | 学生活动 | 设计目的 |
情境引入（4分钟）
| 我们已经学习了液体的压强，它有哪些特点呢？ 老师这儿有一个神奇的水壶，可以倒出不同的液体 （演示）两心壶倒不同的液体 | 思考、 回答 观察，思考物理原因 |
激发学生的兴趣和探索物理知识欲望 |
新课教学（30分钟） | 1．提出问题：我们生活在地球周围的大气层中，气体也像液体一样没有一定的形状，具有流动性，同时也受到重力的作用．同学们猜想一下大气是否也像液体一样在它内部存在压强呢？ 2．学生小组完成实验：大气压支持水柱 让学生对每个实验进行解释，教师作补充和纠正。 简要介绍马德堡半球实验，用皮碗演示过程。 启发学生得出结论 在大气的内部向各个方向都有压强，这个压强叫做大气压强，简称大气压。 大气压有多大呢？能够支持多高的水柱呢？ 我们是不是可以增加管子的长度，观察水柱会不会掉落下来？ （演示）透明软管，管中注入红色水，放在水槽盆中，不断提高管子，会发现水柱不会落下。 视频播放“大气压可以支持10米高的水柱。” 大气压支持的水柱实在太高了，如何能够降低大气压支持液体的高度呢？ 大气压可以支持一定高度的液体，那么只要使大气压和管中液体压强相同时，液体就不会下来。 物理学家托里拆利选用密度大于水的液体--水银，完成了著名的测量大气压强的实验。 3、视频播放“托里拆利实验” 思考：为什么要在管中灌满水银？管的最上方为什么是真空？ 大气压强的大小是如何计算的？ 引导思考，做好点拨释疑 学生回答后，教师小结并强调：1个标准大气压的值──P0＝P水银=ρ水银gh＝13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m＝1.013×105Pa 解密两心壶 4、大气压是可以变化的 大气压随高度、天气变化 大气压与沸点的关系 大气压在我们日常生活中、生产中有哪些应用？引导学生看课本图片。
| 思考 讨论
学生完成分组实验
讨论交流，并由学生说出实验方法
观察并分析得出从而说明大气压可以支持更高的水柱。
大气压强等于它支持的一定高度液体的压强
学生观看视频 思考、讨论 在管中灌满水银，是为了排除管中的空气，水银下降一段距离后，被大气压强支持到一定高度，所以上方没有物质，是真空
交流与讨论
学生举出其它例子
|
培养观察和分析的能力，在实验中解决问题的能力
利用历史故事激发学生对知识的认识
不断铺垫，从矿泉水瓶到几米高的软管，学生对大气压的大小有更深刻的认识
自然过渡到托里拆利实验，学生容易理解和接受
渗透转换的物理思路和方法 |
课堂小结（2分钟） | 组织引导，归纳知识 | 学生谈本节内容的收获 | 体会观察和实验是物理学习的重要方法 |
巩固练习（3分钟） | 多媒体播放，教师纠正 | 学生作答 | |
自主构建（1分钟） | 教师引导 | 自主学习 | 引导学生发言总结 |
四、感想和反思
1.我校是农村初中，实验器材和配备有限，学生有强烈的动手意识，但对不熟悉的物品，有些放不开手脚，害怕损坏仪器。当换作矿泉水瓶这类器材时，学生的积极性非常高，能保证每个学生都参与实验，能够较好地理解本节知识。
2. 实验中充分发挥学生的积极性和主动性，给学生留出恰当的时间和空间；鼓励学生发现问题、提出问题，通过讨论得出结论。如果学生“走投无路”，应给适当的引导，让学生学会学习。
3. 物理课程的培养目标定位于培养学生的核心素养，强化学生的实验能力。兴趣是学生愿意动手，勤于动手的基础。学生不做一个“围观者”，而是一个“实践者”，在教学中，应着重让物理实验趣味化，简单易行，效果明显。
4.在课堂教学中教师应站在学生角度去思考教学设计，通过层层铺垫，自然过渡，学生容易理解和接受，让学生在观察实验，交流讨论中学习物理知识。课堂教学要体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念，让学生体会物理知识在生活中的适用性，培养学生运用知识和解决实际问题的能力。
5.课堂教学中强化科学思维的训练，提高学生的创造性思维的能力，变记忆知识为理解知识。充分利用实验创新，激发学生学习兴趣，培养学生的创新能力，让创新意识真正浸入学生心中。
参考文献：
[1]义务教育物理课程标准.北京：北京师范大学出版集团，2022.
[2]段培齐.论物理教学中学生创新意识的培养.[J]中学物理教与学：2008.7，20－22.
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[4]刘润华 郭毕芬.开发低成本实验，提高物理课堂教学的有效性.[J]中学物理教与学：2010.12，10－11.