基于思维品质的“大气压强”教学设计

费志明

摘   要：培养学生的思维品质是中学物理重要的教学目标之一，而教学设计就是“思维品质”在课堂落地的施工图。因此，做好教学设计是有效培养思维品质的关键。文章基于思维品质的五个方面展开教学设计，特别在培养学生类比推理、研究方法、逆向思维、科学史实、证据意识与严谨的态度几个方面进行突破，从而帮助学生发展智力、培养能力、体验情感。

关键词：思维品质;大气压强;教学设计

中图分类号：G633.7 文献标识码：A     文章编号：1003-6148（2020）9-0032-4

林崇德认为：“培养思维品质是发展智力和能力的突破口，思维品质包括：灵活性、敏捷性、批判性、深刻性、创造性。”

基于科学思维品质，笔者完成了“大气压强”一节的教学设计，内容如下：

1    实验引入，发展学生思维的灵活性

灵活性思维品质，是指思考问题、解决问题随机应变的程度。在科学教学中表现为多角度思考问题、用多种方法解决问题，即举一反三、触类旁通，能迅速地引发联想，建立联系。

演示实验：大气压将易拉罐压扁 。

教师：你们相信是我具有气功，隔空将易拉罐捏扁的吗？是谁让易拉罐变扁了？

学生：空气。

评析：

与瓶吞鸡蛋实验相比，易拉罐在热水中受热变扁的实验，具有如下优势：①实验现象具有冲击力，能吸引学生的注意力，激发他们的学习兴趣;②加热易拉罐时前排学生能看到易拉罐口“冒烟”，可以形成瓶内空气“跑出去”的直观感受，便于學生理解“大气压强”;③易拉罐从各个方向迅速、彻底地变扁这个现象，能为后面“大气压很大”“大气向各个方向都有压强”提供证据;④通过实验激趣，让学生的思维处于活跃状态，从多角度思考问题。

2    类比推理，发展学生思维的敏捷性

敏捷性思维品质是指思维活动的速度，具有一种正确且迅速的特征，它反映了智力的敏锐程度。思维的敏捷性即为思维过程的速度，是在处理问题时能适应迫切情况，正确判断，迅速采取措施。

（1）类比“液体压强”，实现从“液体压强”到“大气压强”的知识迁移。

我们周围的空气和水有很多共同特征，都具有流动性。就像鱼儿生活在水中，受到液体给它的压强，在大气中的物体也会受到大气给它的压强，我们称之为大气压强。

评析：影响学习最重要的因素是学生的知识迁移能力，教师应当根据学生原有的知识状况进行教学。学生学习本节课的起点是液体压强，液体和气体的诸多共同点是学生所熟悉的。用学生已经掌握的液体压强知识进行类比推理，寻找知识的生长点，学生容易接受，能顺利实现知识迁移、为学生认识“流体压强”打下基础。并且，在这个过程中，学生在教师的引导下经历了类比推理的过程，可以领悟这种思维方法。

（2）大气压强是否真的存在呢？寻找科学实证来证明。

评析：体现科学实证思想，养成实事求是的科学态度。

（3）回顾旧知，液体压强存在是如何被证明的？

通过橡皮膜形变。（板书画图）

评析：通过回顾探究液体压强的方法，让学生领悟证明大气压存在的方法，实现方法迁移。同时，进一步认识橡皮膜形变的本质原因是存在压强差，为分析和解释接下来的实验做好铺垫。

展示器材（蒙有橡皮膜的漏斗）。

[思考]为什么空气中的橡皮膜受到大气压强没有发生形变？

学生：因为橡皮膜两侧受到了相等的大气压强，二者相互抵消。

而研究液体压强时橡皮膜一侧有液体，另一侧没有液体，两侧存在压强差，因此发生形变。

[思考] 怎样才能看到大气压强的作用？去除一侧空气或减小一侧气压。

评析：教师引导学生借鉴液体压强的研究方法，在领悟实验设计思路的同时，实现知识迁移。

[学生演示] 抽去漏斗中的空气，橡皮膜形变，如图1所示。

（4）用一个现象证明大气压强存在说服力还不够，需要寻找更多的证据。

[分组活动] 以小组为单位，用提供的器材设计实验证明大气压强的存在，要求说出用到的器材和操作要点。（提供器材：集气瓶、硬纸片、水、套塑料袋的烧杯、滴管、针筒）

学生汇报：覆杯实验;杯中取袋;用手堵住针筒前端很难拉出活塞;针筒、滴管吸水……

针筒、滴管吸水实验学生较难想到，教师可以引导学生联想到压强差。

评析：学生多用针筒和滴管装水以完成覆杯实验。但是，对针筒和滴管的作用视而不见。这也体现了科学就在身边，但我们常常忽视各种科学现象，更是很少对现象背后蕴含的科学道理进行理性思考。同时，也体现出课堂教学过程中教师对分组实验的引导和指导不到位。在分组实验过程中，教师可以通过提问引导学生对吸水这个过程进行观察和思考。结合有目的的观察和思考，效果要好于在汇报阶段抛出问题，让学生根据回忆进行思考。

小结：实验现象初步证明大气压强的存在。

评析：教师进行启发教学，层层深入，引导学生利用类比推理，使学生处理问题时能适应迫切的情况。

3    再找证据，发展学生思维的深刻性

深刻性思维品质，是指思维活动的广度、深度和难度。它表现为智力活动中深入思考问题， 善于概括归类， 逻辑抽象性强， 善于透过现象抓住事物的本质和规律， 开展系统的理解活动， 善于预见事物的发展进程。

[思考] 如何证明上述实验现象确实是由于大气存在压强而产生的？ 以胶头滴管能吸取液体为例。

评析：这个问题体现了科学的严谨性，通过对这个问题的思考，有利于学生严密逻辑思维的发展。但正是因为这个问题需要较高的逻辑思维能力，所以对学生来说有一定的难度。课堂上很多学生并不理解这个问题，或是没有思考的方向。教学中教师结合胶头滴管吸水这个实例对问题进行了解释、说明，帮助学生理解和思考。如果在提出问题时能结合实际问题进行分析，学生的思维一定会更流畅，教学效果也会更好。

[思考] 假如没有大气压……

[演示实验] 将吸有红墨水的胶头滴管放在玻璃钟罩内，用抽气机抽去钟罩内的空气，滴管内液面降低。打开阀门使空气进入钟罩，滴管内液面升高，如图2所示。

实验证明，如果大气压强不存在，胶头滴管无法将液体吸入管内。因此，由胶头滴管能吸取液體则可以证明大气压强存在。

如果大气压强不存在，胶头滴管无法吸取液体，我们能不能人为施加一个力将液体吸上来？

[学生演示] 吸取密封玻璃瓶内的牛奶;打开橡胶塞再吸一次。

教师鼓励学生解释吸取牛奶的过程。

小结：众多实验事实证明“大气压强存在”。

评析：利用逆向思维进一步寻找证据，培养学生实事求是的科学态度，使学生的思维活动更有广度、深度和难度。

4    经典呈现，层层深入，发展学生思维的批判性

批判性思维品质，是思维活动中独立分析和批判的程度，是思维活动中善于严格估计思维材料和精细地检查思维过程的智力品质。

（1）类比液体压强，对大气压强的方向进行猜想、假设。

[思考] 液体向各个方向都有压强，那么大气压强呢？

（2）大气在各个方向都能产生压强，这需要寻找证据来证明。

[思考] 刚才的实验中有没有能证明大气朝各个方向都有压强的？

覆杯实验向各个方向转动杯子，硬纸片都不掉下来。

易拉罐从各个方向变扁了。

评析：让学生经历类似于从常见生活现象中寻找证据的过程，引导学生养成留心生活、仔细观察、勤于思考的习惯。

[学生演示] 将漏斗蒙上橡皮膜，并在塑料瓶的各个方向上插好漏斗，随后吸去瓶内气体，各个方向的橡皮膜都凹陷，如图3所示。

小结：实验事实证明“大气向各个方向都有压强”。

（3）我们生活在大气中，时刻受到大气的压强。生活中与大气压强有关的现象随处可见，你能举几个例子吗 ？

[追问] 能不能试着用大气压强的知识来解释？

评析：通过直观的现象加深学生的印象和理解，让学生体会科学就在身边，使科学知识生活化。

（4）日常生活中，你能感觉到大气压强对我们的作用吗？

评析：让学生亲身感受科学探究中举证的必要性，领悟马德堡半球实验的历史价值和意义。进一步培养学生实事求是、严谨的科学态度。

今天我们用大量的事实证明了大气压强确实存在，两百多年前，人们感觉不到大气压，更无法相信大气压强的存在。那么，当时是怎样才让人们相信大气压强确实存在的呢？

（5）马德堡半球实验。

[学生演示] 重现马德堡半球实验，两位大块头男生拉不开“马德堡半球”，打开阀门让空气进入马德堡半球，一位瘦弱的女生轻松拉开 。

[小结] 马德堡半球实验证明了大气压存在且很大。

评析：

这里的“经典再现”包括两个实验：一是各个方向插有蒙橡皮膜的漏斗的塑料瓶，吸去瓶内气体后，各个方向的橡皮膜都凹陷;二是经典的马德堡半球实验。

5    反向思考，自主学习，发展学生思维的创造性

创造性思维品质，是指个体思维活动的创新精神或创造性特征。在实践中， 除善于发现问题、思考问题外， 更重要的是要创造性地解决问题。

教师：大气压强这么大，为什么我们没有感受到压迫感？

学生：人体内也有压强。

教师：太空中没有空气，没有大气压强， 我们人类是不是不能到太空中去？

评析：在反证法证明大气压存在的环节设计中，由学生提出太空中没有大气压，可以到太空中重复实验，以验证上述实验现象是由于大气压存在而产生的。但由于问题设置不当打乱了预设的教学节奏，因此该问题由教师直接提出，但对整体教学影响不大。

[视频] 2008年9月航天员翟志刚太空行走（解说：我国自主研发的宇航服）。

[图片] 太空行走的航天员和“天宫一号”内授课的航天员。

[思考] 为什么两位航天员都在太空中，穿着却不一样？

评析：在假设没有大气压的情况下将会出现什么现象，让学生思考航天员在太空出舱行走会遇到的情景？从而让学生创造性地思考问题，同时在学习的过程中了解我国航天事业的发展前沿，增强学生的爱国热情和民族自豪感。

大气压强很大，到底多大呢？我们需要进行测量。

[自主学习] 阅读教材并回答问题：

（1）大气压的测量工具和各自的优点？

（2）标准大气压的数值？

（3）大气压与高度的关系？

思维品质的五个特点并不是孤立存在的，而是互相融通连接的。科学教学不仅是针对其中一个思维品质的培养与提升起作用，也是对思维品质五个特点的协同发展起到积极的促进作用。

本设计的亮点：

① 经历类比推理的过程，寻找知识生长点，领悟多种思维方法;

② 借鉴液体压强的研究方法，实现知识迁移，真正揭示大气压的存在;

③反证证明大气压的存在，开展逆向思维，培养实事求是、严谨的科学态度;

④多种证据证明大气压的存在，培养实事求是、严谨的科学态度;

⑤科学史实中看科学方法、实证思想;

⑥注重培养学生的思维品质。

参考文献：

[1]沈伟云.初中科学思维教学[M].杭州：科学技术出版社， 2018：36-46.

（栏目编辑    邓   磊）