利用科学故事创设课堂教学情境的尝试

2014-08-28

物理之友 2014年4期

(徐州市科技中学，江苏徐州 221000)

“学生带着一种高涨的、激动的情绪从事学习和思考，对面前展示的真理感到惊奇甚至震惊；学生在学习中意识和感觉到自己智慧的力量，体验到创造的快乐，为人的智慧和意志的伟大而感到骄傲.”苏霍姆林斯基在《给教师的建议》中的这段话，引发了笔者对当下教师课堂教学行为的思考.

物理学习是一个复杂的过程，对于刚开始学习物理的八年级学生来讲，物理是全新的、充满了挑战的学科.如果教师从这时起就能在教学的过程中，尽可能地以科学探索过程为情境，用讲故事的形式将课堂教学内容呈现出来，则既能提高学生学习物理的兴趣，又能让学生体会科学概念形成的过程脉络，感受科学家研究问题的方法.更重要的是，科学家的科学精神和品质会潜移默化，在他们的心灵中播下科学探究的种子.

为此，笔者在自己的教学实践中做了一些尝试.以下为《大气压》一课的教学设计和课堂实录.

1 情境引入

师：在人类发展的历史上，无数人痴迷于科学实验，穷其一生追寻真理，才使科学有了今天的进步.今天，老师就给同学们讲几位科学家的小故事.

师：同学们在小学的《科学》课中就了解了“马德堡半球实验”.这个实验是验证什么科学原理的？

生：大气压是否存在.

图1

师：对.做这个实验的科学家叫奥托·格里克，他是德国马德堡市的一位市长，也是一位勇于探索的科学家.他自幼就对科学实验有着浓厚的兴趣.他潜心钻研大气压现象，曾经做过这样一个实验，用较薄的铜皮做成如图1所示的球壳，再用自制的活塞式抽气机往外抽气.随着抽气的进行，抽动抽气机活塞的力也要越来越大，最后不得不用几个人来拉，才能抽动.终于，“嘭”的一声巨响，铜球壳瘪了.现在，我们就来模拟这个实验：

演示：将一个抽气机和一个塑料饮料瓶相连，抽气后饮料瓶瘪了.

师：同学们知道其中的原因吗？

生：是因为球壳里面的空气少了，几乎是真空了，外面的空气把它压瘪的.

师：这说明了什么？

生：大气应该对球壳有压力.

师：真棒！可三百多年前的人们并不这么认为.格里克为了向世人证明空气压强的存在，证明大气压的力量之大，才做了著名的马德堡半球实验.

师：其实我们自己也能用身边的一些材料做些小实验，来证明大气压的存在.(用PPT展示覆杯实验、饮料瓶实验的步骤.)

分组实验：按学习小组用老师提供的材料动手实验.

师：请同学们先在组内讨论，然后告诉大家，产生这些现象的具体原因是什么？

生1：杯子里的水和纸片不掉下来，肯定是大气压托住了它们.

生2：把饮料瓶里热水倒掉后，瓶中还有部分水蒸气，当水蒸气液化后，瓶内的气体减少，气压降低，外面的大气压就把它压瘪了.

师：很好.从刚才的两个实验里，你们能不能看出大气压力的方向呢？

生：向上、向下，好象向各个方向都有.

师：对！在方向上大气压跟液体压强是一样的.老师还有个问题，在覆杯实验里，如果将杯子换成一端封闭的长管子，大气压还能托住它吗？

2 问题探究

师：几百年前，在意大利的米兰有很多矿井.在用抽水机为矿井排水时，发现将水抽到10m高处后，就无法继续提升了.无论如何改进抽水机，也没有效果.无奈之下，工程师们就去请教大科学家伽利略.

师：同学们知道伽利略是谁吗？

生：我知道，伽利略是意大利物理学家、天文学家，他研制过实用的望远镜.

师：是啊，他用自制的望远镜观察天体，为哥白尼的日心说提供了确凿证据.正因如此，他被罗马教廷终身软禁.当时，他思考很久，也没能解决工程师们提出的这一难题.他去世后，他的学生托里拆利对这一问题进行了艰苦的探究，最终用实验证明：大气压强的大小相当于76cm高水银柱产生的压强，相当于10m高水柱产生的压强.也就是说，抽水机只能将水抽高10m.

板书：大气压的值相当于76cm高水银柱产生的压强.我们通常把它称为标准大气压，约等于1.0×105Pa.

师：下面我们也试试用我们的“土办法”来粗略地测量一下大气压的大小.

分组实验：学生按照课本“估测大气压的值”实验步骤动手实验.

3 拓展提高

师：有同学说测出的大气压值和标准大气压的值不一样，你们想过为什么不一样吗？

生1：因为我们的测量存在误差.

生2：因为注射器活塞与筒壁间有摩擦，故实验中弹簧测力计读数大于大气压力的值.

生3：也许是今天的大气压就不等于标准大气压.

师：同学们都很用心，说得都有道理.学习物理就需要我们留心观察和思考.当年托里拆利经过长时间的观察，发现每天水银柱的高度略有不同，甚至一天中的不同时刻亦是如此.

咱们说过的马德堡市长格里克，用自制的很长的注水“托里拆利管”也发现在不同的天气条件下，水面高度不相同，他用此方法成功地预报过风暴.

法国科学家帕斯卡对液体有过潜心的研究，在大气压的研究方面也取得过显著成就.他听闻托里拆利实验之后，也对其产生了浓厚的兴趣.帕斯卡还想到，若大气压真的存在，则其值应随着高度的增加而减小.于是，多病不堪爬山的他便委托兄长沿山路上行后重做托里拆利实验.为了避免差错，他准备了两套同样的仪器各重复做了5次实验.果然发现其水银柱比山脚下下降了76mm.

生：原来大气压跟海拔高度都有关系啊.有没有什么规律呢？

师：规律要靠同学们去寻.我们实验室里有气压计，我希望大家能在不同的时候留意观察一下，看看晴天气压和阴天的有何不同，冬天气压与夏天的有何不同，你的身体又有什么相应的感受？

生：对呀！我们能感觉到气候、天气变化带来的不同感觉.这是大气压变化的影响么？

师：请同学们课后自行探究吧！

4 巩固训练

师：刚才给大家讲的几个小故事里，既蕴含了科学的道理，还隐藏了几个问题，现在老师提出来，看看谁能够最快最好地解答出来.

(1)关于著名的马德堡半球实验：

问题1：在从铜球壳内向外抽气的过程中，为什么越往后，抽动抽气机越费力？

(答案：越往后则球壳内空气越稀薄，压强越小，而外界大气强不变.又由于它们的方向相反，故它们作用在抽气机活塞上的力的合力也越来越大，且合力的方向指向球壳内，所以抽动越来越费力.)

问题2：若设铜球壳的表面积是1.25m2，则作用在球壳表面上的大气压力有多大？(答案：1.27×105N.)

问题3：据考证，格里克当年当众向马德堡市民演示的著名的马德堡半球实验中，所用的一对半球的直径为42cm.设演示时，经过抽气的马德堡半球内仍有0.1标准大气压，而拉开它用了16匹马.试求每匹马的平均拉力是多大？(答案：1573N.)

(2)在托里拆利所处的年代，“自然厌恶真空”之说根深蒂固，很多人认为托里拆利得到的结果要么是个错误，要么只是一个特例——是自然对水银情有独钟.帕斯卡为了验证托里拆利的结论，在25岁那年，他在一根专门拉制成的14m长的玻璃管内装入葡萄酒，重做托里拆利的实验，他也由此得到了一段真空，从而进一步证明了自然界中真空和大气的存在.

问题4：若设帕斯卡实验所用葡萄酒的密度是1.05×103kg/m3，试问这段真空有多长？(答案：4.2m.)

问题5：帕斯卡兄长做实验处的大气压和山脚下的大气压相比( ).

A．是山脚下的十分之一

B．减小了1.01×104Pa

C．增加了十分之一

D．大气压强保持不变(答案：B)

问题6：对于托里拆利和格里克的关于液面变化的发现，下列说法中正确的是( )

A．这是地球的自转速度变化引起的；

B．温度变化引起水银或水柱长度的变化；

C．不同的时间或气候条件下的大气压不同；

D．因装水银或水的玻璃管没放稳引起的.(答案：C)