“大气压强”的教学设计

李科敏 苏卡林 李奇云 徐旭玲 张 娜

“大气压强”的教学设计

李科敏 苏卡林 李奇云 徐旭玲 张 娜

（湖南理工学院物电学院，湖南岳阳 414006）

在“大气压强”的教学设计中，注重培养学生的科学素养，做到了在向学生传授科学知识的同时，注重培养学生的学习兴趣和创新能力，注重科学思维方法的学习和解决问题能力的提高，注重引导学生的心理品质和学科知识实现同步发展．

大气压强；教学设计；实践体验；合作交流

1 引言

新课程背景下的教学设计强调学生科学素养的全面提升和“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三维教学目标的和谐达成，要求结合学生的实际情况，选择合适的教学方法和构建有效的教学过程，做到在向学生传授科学知识的同时，注重给学生创建“实践体验”和“合作交流”的学习环境，注重培养学生的学习兴趣和创新能力，注重科学思维方法的学习和解决问题能力的提高，注重引导学生的心理品质和学科知识实现同步发展．

2 大气压强的教学设计

“大气压强”是在学生学完“压强”和“液体压强”的基础上，对压强知识的进一步拓展和延伸．“大气压强”与人们日常生活紧密相关，但对学生而言，要理解它的存在和知道它的大小是一件十分困难的事情．下面，我们通过设计一系列的实验和活动，引导学生在“实践体验”和“合作交流”的过程中，逐步掌握有关大气压强的知识．

2．1 利用奇迹，引入新课内容

师生表演：教师出示一个矿泉水瓶，瓶口套有一个气球的进气口，气球的其他部位都位于矿泉水瓶的内部，如图1（a）所示．

学生表演：教师拿住此矿泉水瓶，由班上力气较大的一名学生上台表演把此瓶中的气球吹大．表演结果：学生用尽力气，并做了长时间努力，都没办法把此瓶中的气球吹大，但此学生可以轻而易举地把空气中的同种气球吹大．

教师表演：教师利用同一套装置，可以轻而易举地把矿泉水瓶中的气球吹大，在停止吹气时，在没有给进气口密封的情况下，被吹大的气球也不向外放气而保持体积不变，如图1（b）所示．但在教师下令放气变小时，被吹大的气球立即向外放气，体积变小．（三大奇迹！）

图1

同学们想知道其中的奥秘吗？这是今天要学习的“大气压强”在起作用．（由此引入新课）

设计意图：利用实验奇迹，引发学生认知冲突，激发学生思维，从而唤起学生科学探究的欲望和对课堂学习的兴趣．

2．2 创设情境，感知大气压强

师生互动：教师出示一个盖住瓶盖的空雪碧瓶，如图2（a）所示．先向全班学生提问：要使空雪碧瓶变瘪，我们可以采用什么办法？（备选答案：用力压．）再从班上选一个力气大的学生，请该学生上台展示用双手对压的方式把空雪碧瓶压瘪的过程．（结果：该学生只能使空雪碧瓶产生较小的变形但不能把空雪碧瓶完全压瘪．）可见，要想将空雪碧瓶压瘪需要很大很大的压力．

教师演示：教师在空雪碧瓶内倒入一小杯开水（用开水加热瓶内的空气），片刻后倒掉开水，并迅速用瓶盖盖住雪碧瓶，学生会惊奇地发现，原来完好的雪碧瓶很快被一股神奇的力量所压瘪，如图2（b）所示．对比上述学生的展示，引导学生分析得出空雪碧瓶的周围存在一个很大的压强．

图2

设计意图：通过展示惊奇的实验现象，激发学生学习的热情和兴趣，吸引学生深入思考．

学生讨论：这个巨大的压强是谁施加的呢？

师生互动：教师引导学生类比液体内部存在压强进行思考，地球周围有几百千米厚的大气层，就像液体因重力作用会在其内部产生压强一样，大气层也会因重力作用在其内部产生压强，这个压强叫做大气压强．与液体压强一样，大气内部向各个方向都有大气压强．

设计意图：引导学生类比液体内部压强的本质进行思考而感知大气压强的存在，对学生进行研究方法的教育和实践．

2．3 设计活动，体验大气压强

体验活动1：体验拉吸盘．用两个有塑料挂钩的吸盘模拟做马德堡半球实验，排除两个吸盘中的空气，让两个学生向两端拉开吸盘，体验大气压强的大小，如图3所示．（结果：学生很难拉开两个吸盘，让学生体验到大气压强是很大的．）

设计意图：使学生通过拔出吸盘的艰难过程，体验大气压强的存在和巨大．

体验活动2：制作和操作“听话的矿泉水瓶”．在一矿泉水瓶的两端各开一个大小适当的小孔，将矿泉水瓶装满水，把矿泉水瓶倒过来，并用手指堵住矿泉水瓶底部的小孔．操作体验：（1）手指松开底部小孔时，瓶中的水会随之从瓶中流出；（2）手指堵住底部小孔时，瓶中的水会随之停止流出．

图3

学生讨论1：瓶中的水为什么会随着手指的松开、堵住小孔分别出现流出、停止流出的现象呢？（参考答案：手指松开小孔，瓶中的水受到向下和向上两个相同大小的大气压强作用而抵消，此时，瓶中的水仅仅受到竖直向下的重力作用而从瓶的下端流出；用手指堵住小孔，瓶中的水受到竖直向上的大气压强和竖直向下的重力作用，但大气压强对瓶中的水产生竖直向上的力大于水的重力，所以，此时瓶中的水不会流出来．）

学生讨论2：你还见过哪些与大气压强有关的事例？

设计意图：利用活动和讨论，使学生亲身体验大气压强的存在和巨大，并通过交流讨论，培养学生的学习兴趣、语言表达能力和科学思维能力．

2．4 指导实验，测量大气压强

学生活动：粗略测量大气压强的大小．将全班学生分成若干个学习小组，每组4～6人，要求学生利用“带有塑料挂钩的吸盘”、“玻璃板”、“弹簧秤”等工具，设计一个能测出大气压强大小的实验，并利用设计的实验估测大气压强的大小．

教师指导学生设计如图4所示的实验，并通过实验测量，利用公式p＝F／S得出大气压强的大小．结果是：各组得到的结果相差较大．教师问：产生误差的原因是什么？可以怎样改进？

设计意图：培养学生创造性设计实验的能力和团队合作精神．

视频展示：精确测量大气压强的大小．教师利用视频向学生介绍如图5所示的托里拆利实验装置、实验原理、实验过程和实验结果；引导学生观察，并指导学生利用公式p＝F／S＝ρ液gh，得出大气压强的大小和一个标准大气压强的值（约为1．01×105Pa），强调一个标准大气压强大约相当于1kg物体压在1cm2的面积上产生的压强．

图4

图5

设计意图：给学生创设观察和思考的学习环境，培养学生的观察能力和手脑并用的能力．

2．5 借助实物，介绍测量工具

教师介绍：（1）水银气压计：在托里拆利实验的玻璃管旁立上刻度尺，即成为一种测量大气压的工具——水银气压计；（2）无液气压计：水银气压计携带不方便，给学生介绍使用较多的无液气压计——金属盒式气压计，并介绍其结构及应用．

2．6 开展讨论，探讨相关因素

学生讨论：根据大气压强的来源，讨论影响大气压强大小的因素有哪些？（考察点的高度、温度等因素）

2．7 利用实例，研讨新知应用

学生活动1：体验注射器吸水．让学生将注射器的针头放入水中，抽动活塞，体验注射器往针筒内吸水的过程，并讨论和思考：如果没有大气压强会发生什么情况？

学生活动2：自制抽水机．教师出示手摇式抽水机装置的示意图，如图6（a）和（b）所示，指出图中单向阀门的作用，要求学生讨论、思考和表述这种手压式抽水机的工作原理；利用手摇式抽水机的工作原理，指导每组学生将一个矿泉水瓶制成一个抽水机并操作抽水，即在矿泉水瓶的侧面打开一个小孔，利用薄金属片和透明胶带在小孔处设置一个单向阀门，如图6（c）所示，只要上下抖动这个改装的矿泉水瓶，就会看到杯中的水被逐步抽到瓶中并由小孔喷出．

图6

学生活动3：选用一根塑料输水管，用手掌做单向阀门，并使输水管在装满水的容器中上下抖动，要求把水管下面的水抽出来．

设计意图：给学生创设手脑并用的学习环境，促使学生深入理解大气压强，并培养学生的操作兴趣、动手能力和动作协调能力．

教师介绍：拔火罐．拔火罐是一种古老的医疗方法，这种疗效显著的方法是由我国祖先发明至今仍被广泛采用．它是以杯罐作工具，借加热法排去杯罐中的部分空气，杯罐内部空气冷却后的压强小于杯罐外的大气压强，从而使杯罐可以吸附在人体皮肤上，使人体达到疏通经络、通畅气血、驱寒除湿等效果．你能否进一步改进这种拔火罐的装置？（激发学生创造性地进行发散思维．）

设计意图：利用“拔火罐”的介绍，让学生进一步理解大气压强在自己日常生活中的用途，实现“从物理走向社会”，并增强学生的民族自豪感．

学生讨论1：这么大的大气压强压在我们身上，为什么没有把我们压坏？

学生讨论2：海拔越高的地方空气越稀薄，那里的大气压强越小．请你想象一下：长期生长在沿海一带的人们，刚到西藏高原时会有什么感受？长期生长在西藏高原的人们，刚到沿海一带时又会有什么感受？

学生讨论3：如果我们直接跑到没有大气的太空去，可能会发生什么情况？你认为此时该如何保护自己？

（参考答案：生物是适应环境的，我们体内都有一个和外界大气压强大小相等、方向相反的向外的压强；长期生长在沿海一带的人们，刚到西藏高原时，因为外面的大气压强小于体内向外的压强，因而会有全身发胀的感觉，这就是所谓的“高原反应”；相反，长期生长在西藏高原的人们，刚到沿海一带时，会有全身受压的感觉；如果我们直接跑到没有大气的太空中去，由于体表没有受到指向体内的大气压强，但体内向外的压强仍然存在，并等于大气压强，这使我们的身体会受到一个由体内指向体外的巨大作用力，它会使我们的身体因此而炸裂；为了保护自己，我们必须穿上特制的航空服，使人体表面拥有一个指向体内且大小等于大气压强的压强．）

奇迹揭秘：开始上课时，教师表演了三大奇迹，这主要来自大气压强的作用和矿泉水瓶底部开了一个小孔，如图1（a）所示．堵住瓶底小孔，就没办法把瓶中的气球吹大；松开小孔，就可以轻而易举地把瓶中的气球吹大；再堵住瓶底小孔，在停止吹气时，在没有给进气口密封的情况下，被吹大的气球也不向外放气而保持体积不变，如图1（b）所示；再次松开小孔，被吹大的气球立即向外放气、体积变小．请同学们利用大气压强等知识进一步讨论和解析其中的原因．

设计意图：以学生感兴趣的问题为牵引，培养学生学习物理的兴趣和解决实际问题的能力．2．8 引导总结，把握知识要点

师生互动：教师引导学生总结本节的知识要点，并让学生交流各自的体会，然后板书．

（1）大气压强：地球周围的大气对浸入其中的物体具有压强，这个压强就叫大气压强，简称大气压．与液体压强一样，大气内部向各个方向都有压强．

（2）一个标准大气压强等于760mm高的水银柱对地面产生的压强，大小约为1．01×105Pa，大致等于1kg物体压在1cm2的面积上产生的压强．

（3）大气压强的测量工具：水银气压计，金属盒式气压计．

（4）影响大气压强大小的因素有：考察点的高度、大气的温度等．

（5）大气压强的应用：注射器吸水、抽水机抽水、拔火罐等．

2．9 利用任务，培养合作精神

课后实验：学生选用底部开了孔的纸杯和轻质塑料片做覆杯实验．用手指堵住该孔，杯中装满水且用轻质塑料片盖住杯口，把杯子倒过来，并在前后左右轻轻倾斜晃动杯子，观察杯中的水会不会从杯中流出来？松开手指（即打开该孔），会发生什么现象？并思考为什么会出现这两种现象？

小组合作：每个小组合作设计并制作一个气压计，用它来观察楼下到楼上或者山下到山上的大气压的变化，并把你们的设计方案、工作原理和体会写成小论文贴到“学习园地”与大家交流．［图7（a）和（b）是两个学习小组的优秀作品．］

图7

设计意图：通过课后的学生实验和小组合作，以任务为牵引，进一步加深学生对大气压强的理解，训练学生的语言表达能力、研究创新能力和团队合作精神．

3 教学反思

在此“大气压强”的教学设计中，我们构建了一系列“实践体验”和“合作交流”的学习环境，做到了在向学生传授科学知识的同时，注重培养学生的学习兴趣和创新能力，注重科学思维方法的学习和解决问题能力的提高，注重引导学生的心理品质和学科知识实现同步发展．这个教学设计，我们已经进行了教学实践，并取得了良好的教学效果．

2016－05－24）

湖南理工学院学位与研究生教育教改项目（2016—2018）：在教学实践中培养专业学位研究生创新能力的研究．