浅谈“压强”教学中的问题情境设计

杨 波

(苏州市立达中学校,江苏 苏州 215002)

·初中园地·

浅谈“压强”教学中的问题情境设计

杨 波

(苏州市立达中学校,江苏 苏州 215002)

本文对“压强”这一课教学中如何引出课题、如何处理压力和重力的关系、如何处理学生实验和教师的引导等让教师比较难以处理的问题进行了一定深度的研究，提出了通过情境设计得出压强的概念的方法.

压强;压力;教学方法

“压强”的教学是初中物理的一个重点内容,也是实验演示比较丰富、联系生活实践较密切的内容.因而,中学教师经常选它为公开课、评优课的教学课题.笔者认为压强概念的建立既不能完全用实验探究得出(例如欧姆定律),也不能完全从比值定义法得到(例如物质的密度)．应当在研究影响力的作用效果的因素时通过控制变量进行实验探究,在定义压强时用比值定义法定义.本文从以下几个环节对“压强”教学的问题情境设计进行探讨,以期抛砖引玉.

1 设置实验情境引入课题

课题的引入是艺术,是手段,课题引入真正的目的是激发学生兴趣、引领学生主动思考、勇于探求新知、提升观察能力和思维能力.那么如何设置情境更好地引起学生思考的兴趣呢?笔者在教学中通过设置趣味实验情境,取得了较好的效果,以下提供两个实验情境设计供参考.

图1

设计1:将两个相同的易拉罐,一个底部全部去掉,一个底部保留(事先不让学生看到),插在沙中如图1所示.开课时请两位学生(小个子女生和大个子男生)分别对无底的易拉罐和有底的易拉罐竖直向下压,请大家观察易拉罐在沙中深度的变化(用实物投影或其他多媒体设备显示).大个子男生使出了很大力气易拉罐深度仍然比轻松的小个子女生要浅得多,这是为什么呢?效果非常明显.

图2

设计2:教师左手拿钉子右手拿气球,用钉子快速刺破气球,学生们马上兴奋起来,接着教师拿出事先备好的工具一块订满了钉子的木板,如图2所示,问有没有哪位同学敢上去坐一坐?在经过一番思想斗争后有一名男生站出来坐上去,结果安然无恙,全班鼓掌同时思考这是为什么呢?

比较可知,设计1可顺利引出课题,且可以前后呼应,在讲完压强的概念后最终揭秘.在男女生比赛过程中活跃了课堂气氛,使学生的思维迅速活跃起来,达到了预设的目的.设计1操作稳定,工具简单易行,如果是教师在陌生环境下上课,可迅速拉近师生间的距离.设计2同样可顺利引出课题,且钉板的出现对学生的感官刺激非常大,特别是身边的学生坐上去居然安然无恙，也可快速使学生的思维活跃起来,也不失为比较成功的引入方法,在后面压强的计算方面可以让学生计算钉子的数目最少多少,人坐在上面才安全,前后呼应,锻炼了学生的思维能力和实际联系较为紧密．其他的引出课题的方法还有很多,有气球上放一块板上面站人(不稳定),复习力的三要素引入,视频引入等.无论是采用哪一种引入一定要以能活跃学生思维,激起学生学习兴趣为第一要务,从而实现从“引课”向“引思”的升华.

2 巧用情境实验区分压力和重力

图3

八年级学生学习压力概念前,有以下一些对建立科学的压力概念不利的前概念:压力就是重力;压力都是由于重力引起的；只有竖直方向才能产生压力等.也存在有利于建立科学的压力概念的前概念:压力是物体对支持面的作用力,放在水平面上的物体对水平面的压力等于重力,但压力和重力的施力物和受力物不同;水平方向也有压力,且大小与重力大小无关.在大部分学生的前概念中对压力的概念基本停留在生活中竖直方向的压力,对于斜面上物体对斜面的压力大小和重力的大小关系大部分学生都不是很清楚,此处如果展开来讲由于课堂时间有限后面的教学可能会受到影响.从苏科版物理教材来看,编者显然回避了这个问题,只举水平和竖直方向两例,通过复习力的示意图并进行比较两个方向上力的相同之处自然得出什么叫压力.这样的处理有利于学生迅速建立压力的概念,但是之前的问题依然存在.笔者赞成教材的处理方法,但同时也建议把压力和重力大小关系的比较放在课堂小结来处理,可以在课堂小结中提出斜面上物体对斜面的压力和重力的大小关系问题让学生思考,最后用实验说明,例如在一根弹性较好的钢尺上用海绵胶粘一个较大的钩码,随着钢尺角度的改变,观察钢尺受压后形变程度的改变,如图3所示.也可以用一个小的电子秤,称量同一个物体,水平时的称量结果和电子秤倾斜后的称量结果进行比较,让学生分析原因,教师引导归纳后再让学生说出压力与重力其他方面的不同,最终帮助学生加深对压力的理解．

3 创设探究实验，丰富学生的学习体验

从压力向压强过渡环节的实验还是比较多的,涉及到控制变量法的处理.前后关系安排的不合理很容易影响整个课堂的效率，也会使课堂变得平淡.在压力概念出来后,教师即可安排学生利用手边的器材体验压力并观察压力的作用效果,笔者建议此处最好还是限定学生的体验方法,因为在真实的课堂环境下有时学生面对桌面上众多的器材会不知所措.此处可让学生利用一支一端削好的短铅笔,用食指和大拇指轻轻夹着两头,询问两个手指的感觉一样吗?接着让笔尖压在手指上,先轻压后重压,比较两次疼痛的感觉,请学生猜想影响压力作用效果的因素．然后教师提供器材： 海绵,细沙,钩码,小桌子,矿泉水,气球等.让学生自己去设计实验方案并操作，请不同小组的学生上台展示说明.大部分学生在顺利猜想出影响因素后,都能思考如何设计实验去探究压力的作用效果与影响因素之间的关系,此处教师要在ppt上以问题的形式对学生进行暗示.例如如何体现压力的作用效果,如何改变影响因素等.在学生自主展示过程中,不用强调某一设计最优.只要学生的方案合理,能得到正确的结论都应该予以鼓励,通过创设合理的情境让学生体会成功的喜悦是这个环节的一大亮点.

4 创设问题情境，提升思维品质

学生在完成探究压力的作用效果并得到了相关的结论后,如何引导他们得出压强公式呢?此处处理得好就是本节课的另一个亮点.可以通过比较3种情况下木块对平面的压力作用效果谁更明显?如图4所示.

图4

在前2幅图的过渡下,对第3幅图要提出让学生用两种方法来比较.相同面积比压力的方法学生容易得出,另一种方法学生往往是对第3幅图把力化成相同的来处理(采用的是力和面积同时扩大相同的倍数),很少有学生能想到直接用面积去除以力来进行比较.此处教师通过分析引导让学生意识到无论是用压力除以面积还是用面积除以压力都可以用来描述压力的作用效果,但用压力除以面积的方法和描述对象是正相关的,符合人们的思维习惯,由此得出压强的概念.

5 提供真实情境，提高应用能力

压强概念得出后,其在学生头脑中仍是抽象的语言,通过应用知识帮助学生从抽象概念上升到具体概念,也鼓励学生经过思考检查一下自己对概念的理解是否正确,即在头脑中把抽象概念转换为具体形象,此处应该注意首尾照应,在引出课题时提出的问题可以用压强概念来解释了.对于压易拉罐进入沙子不同深度的问题可以具体化为一道应用题让学生进行计算来说明.同理,坐在钉板上的学生安然无恙,需要具备怎样的条件呢,难道只要有勇气就行了吗?以钉板为例,笔者提供如下问题．

问题1:假设学生所穿裤子被扎破的极限压强为1.0×106Pa,一个质量为50kg的中学生要想安全地坐在钉板上,若每根钉尖的面积为1mm2,求至少需要多少根钉子?

此处让学生通过计算熟悉公式,还可通过分析公式发现增大压强和减小压强的方法,并通过新的问题让学生思考．

问题2:铁轨为什么要铺枕木?大型货车为什么装那么多车轮?刀刃为什么要磨得锋利?而刀把为什么做得很宽?

问题3:去超市买了好多东西,拎着很勒手,有什么解决方法吗?

这样压强的概念越来越具体化了.最后小结时请学生观看一段海滩上渔民帮助陷在沙滩中不能自拔的老人的视频让学生对现实生活中的压强认识进一步强化.该视频内容为一个渔民先是将受困老人所携带的重物拿开,然后去直接拉他,结果拉的过程中自己也要陷下去,这时暂停播放．问:渔民该怎么办?让学生帮助想办法．然后再继续放视频,看渔民利用自己趴在湿沙地上让受困老人踩在自己背上从而进行脱困，使学生既发现生活中的美好,又体会到物理知识在现实生活中应用.

1 毛卓飞.初中物理“学程导航式教学”的研究与实践[D].苏州： 苏州大学,2009.

2 刘炳昇,李荣.物理[M].第3版.南京:江苏凤凰科学技术出版社,2012.

3 孙莉.压强概念的建立及其过程中对思维的培养[J].新教育时代,2015(2):202.

4 郑渊方.压强概念的辨析与教学设计[J].物理教师，2014(12)：32-34.

2017-04-24)