压强教学的徒手型“非常规”物理实验方案设计

董亚男

“压强”教学目标是通过实验探究，使学生形成压强的概念，理解压强公式，知道增大和减小压强的方法。

为了完成这个教学目标，需要营造学习环境，让学生通过观察实验现象来理解“压力”“物体的受力面积”“压强的大小和什么因素有关”和“压强公式的物理意义”等。因此，实验的内容必须围绕控制物体“受力”及“受力面积”两个变量来考察“压力的作用效果”来进行。

第一，当物体的受力面积不变时，改变压力，观察压力的作用效果怎么变化？

第二，当物体受到的压力不变时，改变物体受力面积，观察压力的作用效果怎么变化？

人们经常会忽略自己身体的自然结构或者物理属性。分析身体的物理特征，是一件非常有趣的事情。围绕“压强”教学主题对“人体各端面积不同”的部位或者变形来进行思考，这是设计实验的前提。认真分析一下“手”的结构能够发现手指部位是“尖”的，手指甲是比较“锋利”的。五指伸展开并靠拢形成手掌面表面积最大，握紧拳头会形成几个面积比较大的部位。总结这些特征就能设计出实验方案。我们将右手的食指伸直，再将食指尖顶到左手的掌心，如图1，稍加用力，此时左手的掌心则会产生“刺痛感”，再将食指回握折成一个小平面，如图2，再去顶左手的掌心，这时，掌心只有被挤压的感觉。说明压力的作用效果和受力面积的大小有关，在压力一定时，受力面积越小，则压强越大。实验中也可以将右手的五个指尖顶到左手的掌面，如图3，稍加用力，左手的手掌面也会有“刺痛感”；再将右手五指回握拳头，去顶左手掌面，如图4，此时，掌面只有被挤压的感觉。

图1

图2

图3

图4

人体的重量由双脚支撑，那么双脚接触地面的面积决定了人对地面的压强。如果两个人体重相同，那么脚掌越大，则对地面的压强越小。家里如果有“席梦思床垫”，可以在上面做实验：分别“站”“跪”“趴”在床垫上，如图 5，然后仔细观察床垫下陷的深度。

图5

在北方，冬天时农村的学生可以在草垛上来进行实验。学校的运动场通常会有跳远用的沙坑，体育馆中有很厚的海绵垫等，教师在考查学生对“压强”知识迁移时可以用案例：一个小朋友在薄冰上玩耍，不小心落入水中时，营救人员能否直接走着过去施救？需要注意什么？如果学生不能采取合理的措施，则说明其不能理论联系实际，教师要从自身的实际教学进行反思。

通过徒手型“非常规”物理实验方案的介绍，可以看出“非常规”物理实验资源的丰富性和方便性。教师要有创造性地开发和利用资源，让学生也参与到资源的开发中，实现教学系统诸多要素之间的协调与平衡。