对“体验大气压的存在”实验的改进和思考

[摘   要]结合苏科版物理八年级下册“体验大气压的存在”的实验教学，从实际教学出发，对实验进行适当的改进，可大大提高实验的可行性和成功率。再引导学生进行恰当的探究，使学生对大气压概念的理解提升一个层次，并让学生体会独立思考及严谨的科学态度在科学研究中的重要性。

[关键词]初中物理;实验改进;逻辑思维;大气压

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）20-0054-02

物理是一门以观察和实驗为基础的自然科学，在物理学的产生和发展过程中，物理实验自始至终占有极为重要的地位。如果把物理这门学科比作高楼大厦，那么物理概念就是构成这座大厦的基石。而承载着物理思想方法的物理概念，因为具有高度的抽象性和凝练性，对初中生来说往往难于理解。比如“大气压”概念，由于大气看不见、摸不着，所以学生对大气压的理解比较困难。为此，教师必须借助相关的物理实验，使大气压概念变得形象、生动。下面，笔者从实际教学出发，对苏科版物理八年级下册“体验大气压的存在”的实验进行改进，并对此实验进行了更深层次的思考与探索。

一、对实验的改进

苏科版物理八年级第9章第3节“体验大气压的存在”实验如图1所示。实验过程非常简单：在易拉罐内加入少量的水，用酒精灯加热至有白气冒出后停止加热，再将罐口密封，接着就能看到易拉罐扁了。通过这个实验让学生体验大气压的存在。

本实验过程简单、现象明显，但有一个不易操作的地方，就是罐口的密封。书本上使用的密封材料是橡皮泥。笔者也尝试了，并安排了一个班级的学生进行分组实验，共48人，每两人一组，分成24组。先用干橡皮泥密封，由于橡皮泥较硬，容易造成漏气，密封性不理想，24组仅有11组成功。后来在橡皮泥中加水，再次尝试，发现加了水的橡皮泥密封性有所改善，但非常油滑，手感极差，也仅有14组成功。

第二个班级的学生依然分成24组，使用了面团密封，遇到了以下问题：（1）加水量不易控制，需反复尝试，浪费较多时间;（2）揉好面团后时间一长就会变干，不能重复使用。学生成功率也不高，仅14组成功。

后来在汽车内发现了一块硅胶防滑垫，平时用来放置手机，如图2所示，它的质地非常柔软，表面十分光滑。尝试用它来密封，不仅操作简单，而且密封效果非常好，沾水后效果更佳。在第二学年，笔者安排了25组学生进行分组实验，有22组成功，成功率明显高于前两次实验。

因此，在这个实验的器材选取中舍弃了橡皮泥，加入了硅胶防滑垫，这就是笔者对本实验的小小改进。

二、对实验的再思考

本实验的现象非常明显：易拉罐扁了。看到这个现象，我们会自然而然地提出第一个问题：易拉罐为什么扁了？这个问题很多学生都能给出答案：被大气压扁了。这样回答的学生往往是已经预习过或已经有了大气压概念，而对于完全没有大气压概念的学生来说，这样的答案得仔细推敲一下，因为既没有看见大气，也没有看见“压”的动作，凭什么说是被大气压扁了呢？很难理解。因此，仅从这个实验就证明大气压的存在似乎有点草率。

再来推测一下给出“被大气压扁了”这个答案的学生的思维过程，这个答案多半是从书上看来的，未必是他自己得出来的。因此，教师可提出第二个问题：你为什么认为是大气把易拉罐压扁了？不要说是书上说的或者学教师讲的，强调你是怎么认为的。此时，学生才开始真正地思考这个问题，他们会给出各种各样的答案，其中比较合理的答案是：因为只有大气与易拉罐接触。这个答案表面上合情合理，但是仔细推敲一下：大气的确与它接触，但是只要与易拉罐接触，就一定是大气把它压扁的吗？“接触”和“压扁”有必然的因果关系或逻辑关系吗？未必。打个比方：警察破案时，谁和死者接触谁就是凶手吗？如果这样办案，最终法官的判决一定是“证据不足”。同理，在本实验中，仅从大气与易拉罐接触，就判定是大气把它压扁了，同样“证据不足”。

为了获得更充分的证据，紧接着就提出第三个问题：如何进一步证明的确是大气把易拉罐压扁了？此问题比较难，根据历年的教学经验，几乎没有学生能回答。因此，可适当给予提示：能否从反面证明？这样的提示不仅能帮助学生思考，还能起到很好的引导作用。有了这个提示，头脑灵活的学生就会想到：如果外部没有空气会怎样？

为了探究易拉罐外部没有空气的情况下是否会被压扁，就必须考虑第四个问题：如何设计实验？“实践是检验真理的唯一标准。”通过实验来证明是最有效、最客观的方式。

三、对实验的再设计

由于要抽走易拉罐外部空气，所以需要抽气机、真空罩。但考虑到真空罩的体积、易拉罐的密封等问题，我们不能将易拉罐放进真空罩内。因此，我们改放一个已经被大气压扁了的矿泉水瓶子，并拧紧瓶盖，如图3所示。抽走瓶子外部空气，观察瓶子还会被压扁吗？

实验现象表明，抽出空气后，瓶子会鼓起来，这说明没有空气，瓶子就不会被压扁。接下来如果把真空罩的

阀门打开，让空气进入，我们会看到瓶子再一次被压扁，这说明有空气，瓶子就会被压扁。

至此，我们从正反两个方面证明了：的确是空气把瓶子压扁了。证据更加充分。此时得出实验结论：大气对处在其中的物体有压强。

四、对实验的反思

纵观整个实验过程，通过正反两个实验证明了大气压的存在。正面实验是书本推荐的，此实验过程简单、现象明显，但实际教学中开设率并不高，其中主要原因可能就是找不到合适的密封材料，导致成功率不高，实验效果大打折扣。使用硅胶防滑垫后，实验的可行性和成功率都大大提高了，可以安排分组实验，让学生亲自动手感受实验带来的精彩与震撼。

反面实验其实非常简单，不管是可行性，还是成功率，都非常高。因此，在实际教学中完全可以应用，学生的反响非常热烈，效果显著。通过这个实验，结论的得出显得顺理成章、证据充分！

这两个实验间的衔接与过渡，可通过四个问题来实现，这四个问题逐层递进，学生对问题的感受应该是：一开始信心满满地认为“我知道答案”，但仔细推敲后又会对自己的答案产生怀疑，这种思维上的冲突促使他们一步一步地接近真相。学生记住实验结论只是对前人知识的继承，而对这些问题的思考才是对科学家思想的继承。

“学而不思则罔”， 如果盲信：教师说的都是对的，课本上说的都是对的，权威说的都是对的……这样一味盲从，那问题就大了。现实中，确实有些学生的思维就是这样的，要是问他为什么，他会回答：“书上说的，哪一个老师说的，哪个专家说的。”这种人云亦云，无理性地盲从是不可取的。“尽信书不如无书。”书是前人知识的凝练，要转化成自己的知识，必须学会独立思考，融入自己的认知。

重视证据的积累和严密的逻辑思维是从事科学研究必备的专业素养。证据是得出正确实验结论的依据，现实中有些学生为了贪图省力，简化实验数据，使得数据不具备充足的普遍性，甚至有学生为了凑出实验结论伪造数据，这些都是有违科学精神的。还有很多学生对各个物理量之间的因果关系、先后顺序、逻辑关系理解不透，“甲”和“乙”谁决定谁？在多个物理量中，谁和谁有关？这些问题通常使学生感到头疼。因此提高学生搜集证据和逻辑思维的能力至关重要。

综上所述，实验的改进需要经历反复的尝试和多次的失败，更需要平时的细心观察，做个生活的有心人。实验的目的不应只是对实验结论的关注，更应该关注实验过程中物理思想和科学精神的渗透。

[   参   考   文   献   ]

[1]  吴沛儒.借助物理实验 优化概念生成[J]. 学苑教育，2016（24）：93 .

[2]  马宏佳，陈功，Ling L.Liang，等. 影响学生对科学太度因素的实证研究[J]. 课程·教材·教法，2014（7）：78-82.

（责任编辑 易志毅）