基于核心素养对“大气压强生活化”创新教学设计

江西师范大学物理与通信电子学院(330022) 宋楠柯 周新雅 周 行

物理学科核心素养是学生通过学习物理而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，其目标是针对学生的终身发展，促进学生全面健康成长，满足社会发展的需求。如何落实三维目标和培养学生的核心素养，需要教师设计好每一节课，每一个教学环节。教学设计是将教学理念与课堂教学进行有机结合的纽带，适时利用学生熟悉的材料、物品、器具创新物理实验，开展生活化的、新颖的实验教学活动，既是对学生必做实验的补充和延伸，又增强了学生的科学探究能力。

1 教材分析

“大气压强”选自人教版8年级物理下册第9章第3节，本节内容是在学生学习了“压强”和“液体压强”的基础上展开的，是对压强知识的进一步深化和提高，同时为“流体压强与流速的关系”的教学奠定知识基础，在结构上起着承上启下的作用。在内容上，本节课通过学生实验证明大气压强的存在，通过托里拆利实验来测量大气压强的大小，通过“科学世界”栏目介绍大气压强的应用——活塞式抽水机，通过实验将看不见的大气压强转变为看得见的现象，降低了学习难度，符合初中生的学习特点。

2 学情分析

从心理特点、知识储备和认知困难三个方面进行分析。

(1)心理特点：8年级的学生具有强烈的好奇心，喜欢动手，对实验有极大的兴趣。他们的思维方式主要是形象思维，具备了简单的逻辑思维能力，能够对实验现象进行一定的分析和思考。

(2)知识储备：学生在本章已经学习了“压强”和“液体的压强”，掌握了压强的定义和计算方法，这为本节课的学习奠定了知识基础。

(3)认知困难：大气压强看不见、摸不着，在生活中不易被感知。笔者从培养学生核心素养的角度出发，创设物理情景，将看不见的大气压强转化为看得到的实验现象，降低了学习难度。通过演示实验、学生实验，结合多媒体，从感性认识上升到理性认识，满足学生对新知识的好奇、渴求，以期达到既定的教学目标。

3 教学目标

根据课程标准的要求和对教材的理解,结合学生的实际情况，确定本课的教学目标如下。

3.1 物理观念

(1)通过演示实验证明大气压强的存在；通过学生实验感知大气压强；通过生活中的现象进一步认识大气压强。

(2)理解托里拆利实验，了解其实验过程，并通过该实验掌握计算大气压强大小的方法。

(3)知道常见液体的沸点与气压的关系。

(4)了解活塞式抽水机的工作过程和工作原理。

3.2 科学思维

(1)通过演示实验和学生实验感知大气压强的存在，理解通过实验现象得出结论的科学思维方法。

(2)通过观看托里拆利实验视频，了解实验过程，体会物理实验的设计思维。

3.3 科学探究

(1)通过演示实验和学生实验了解实验的一般过程。

(2)通过课后实验探究大气压强与液体高度的关系。

3.4 科学态度与责任

(1)通过本节课的学习，让学生体会到物理与生活息息相关，启发学生善于发现生活中的问题并运用物理知识解释其原理。

(2)通过观察实验现象得出结论，培养学生观察、分析的能力和实事求是的态度。

4 教学重点、难点

教学重点：通过实验证明大气压强的存在，通过托里拆利实验掌握计算大气压强大小的方法。学会利用所学知识解释与大气压强有关的现象。

教学难点：由于水银有毒，不便在课堂上直接演示托里拆利实验，所以通过观看视频，掌握测量大气压强大小的方法。

5 教学资源

自制魔术瓶、塑料量杯，带孔的饮料瓶、吸盘、不锈钢盆、打火机、纸片、胶带、自制抽水机、透明收纳箱、麻绳等。

6 教法与学法

根据“注重科学探究，提倡学习方式多样化”的理念，在本课教学中采用以下教法和学法。

启发式教学：通过有趣的魔术瓶实验引入课堂，激发学生的学习兴趣，启发学生思考现象产生的原因。

演示实验：教师通过演示魔术瓶实验“奇怪的瓶子”“拉不开的盆”以及自制活塞式抽水机抽水实验，给学生以直观的视觉冲击。

学生实验：学生亲自做“拉吸盘”实验，经历实验过程，感受大气压的大小。

7 教学流程

整节课以“验证大气压强的存在，大气压强的大小以及大气压强的应用”为思路，通过演示实验和学生实验，从现象中得出结论，环环相扣，层层递进。教学流程如图1所示。

图1 教学流程图

7.1 创设情境，导入新课

魔术表演：利用自制魔术瓶表演魔术。如图2所示，教师往魔术瓶里倒一大杯红色的水，让学生猜想会流出来多少水。学生看到流出来一小杯水。接着教师继续往魔术瓶中倒一小杯水，让学生再次猜想。结果却流出来一大杯水。

图2 自制魔术瓶实验

设计意图：通过有趣的自制魔术瓶实验演示，形成认知冲突，引发学生思考现象产生的原因，激发学生的好奇心和学习兴趣。

接着，教师带领学生回顾旧知：固体与其接触的物体会产生压强，液体与其接触的物体也会产生压强，那大气会对处在其中的物体产生压强吗？

设计意图：通过回顾压强和液体压强的知识，引导学生思考：大气会对处在其中的物体产生压强吗？

7.2 实验探究，新课教学

新课教学思路如图3所示。

图3 新课教学思路

演示实验1：“奇怪的瓶子”。

如图4所示，教师演示带孔的透明饮料瓶装满红色的水，盖上瓶盖，没有水流出来。教师在任意方向旋转瓶子，依然没有水流出来。拧开瓶盖，水从瓶子侧面的小孔流出来。引导学生思考为什么会出现这样的现象。

图4 “奇怪的瓶子”实验

实验揭秘：当瓶中装满红色的水，盖上瓶盖，此时可以近似认为瓶中没有大气，而瓶子侧面的小孔外面与其接触的是大气。这说明大气压着水不让水流出来，由此可以证明，大气压强的确是存在的。教师在任意方向旋转瓶子，依然没有水流出来，这说明大气压强的方向是朝各个方向的。当教师把瓶盖拧开，水在大气压强和自身重力的作用下就从瓶子侧面的小孔流出来了。

学生体验“拉吸盘”实验：如图5所示，学生将吸盘扣在桌面上，排尽吸盘和桌面间的空气，再拉吸盘，发现吸盘很难拉开。

图5 “拉吸盘”实验

设计意图：通过新奇有趣的“奇怪的瓶子”实验，激发学生学习兴趣。通过“拉吸盘”实验，学生不仅亲自感受大气压强的存在，而且感受到大气压强之大，为接下来学习大气压强的大小作铺垫。

演示实验2：“拉不开的盆”

如图6(a)所示，教师展示两个不锈钢盆，盆底分别焊了一个不锈钢管，两根绳子分别穿过不锈钢管。教师把两个盆扣在一起，很轻松就拉开了。接下来教师在其中一个盆中点燃纸片，再将两个盆扣在一起，(实验完毕)请学生上台拉盆，如图6(b)所示，学生发现两个盆很难拉开。

图6 “拉不开的盆”实验

探究原因：如图7(a)所示，刚开始两个盆扣在一起，盆内的大气压强等于盆外的大气压强，两个盆很容易就拉开了。接下来，教师点燃纸片，由于纸片燃烧消耗了盆内的大气，如图7(b)所示，盆内的大气压强小于盆外的大气压强，盆外的大气压强就将两个盆紧紧的压在一起。刚才两位同学尝试用很大力气都没将这两个盆拉开，这说明大气压非常大。

图7 原因分析

设计意图：通过“拉不开的盆”实验，使学生切实感受到大气压强之大。

教师借机设问：如果想拉开这两个盆，同学们开动脑筋想一想有什么好的方法吗？引导学生相互讨论，解决问题。

初中学生思维活跃，有很多不同的想法，比如：可以找更多人或者马来拉，或者在盆上钻个孔，让空气进入盆内。教师展示其中一个盆有一个小孔，刚才用胶带堵上了，现在教师把胶带撕掉，让大气进入盆内，使盆内的大气压强等于盆外的大气压强，盆就可以拉开了。

设计意图：从“拉开的盆”到“拉不开的盆”再到“如何拉开盆”，设置疑问，环环相扣，加深学生对“大气压强”的理解，并达到学以致用的目的。

教师介绍历史上著名的马德堡半球实验，“拉不开的盆”其实是模拟马德堡半球实验。

设计意图：通过有趣的物理故事培养学生学习物理的兴趣，同时启发学生在生活中多观察多思考多动手，尝试用生活用品做实验，可能会达到意想不到的效果。

接下来，教师播放托里拆利实验视频，并带领学生探讨以下问题：①为什么灌满水银；②管内水银面为什么会下降；③水银下降后，管内水银柱上方是否有空气；④水银面为什么下降一段距离后又不再下降了；⑤怎样通过计算得出大气压强的大小？

学生在教师的引导下解决以上5个问题，并得出大气压强的大小就等于760 mm水银柱产生的压强，结合前面一节学习的液体压强的计算公式P=ρgh，得出大气压强的大小为P0=ρgh=1.36×104kg/m3×9.8 N/kg×0.76 m=1.013×105Pa。

设计意图：由于实验条件的限制，不可能每一个实验都做到在课堂上演示。教师可以借助视频、图片等方式，尽可能的将实验过程呈现给学生，培养学生的科学思维能力。

7.3 学以致用，深化理解

大气压强与生活密切相关，请同学们举例说明大气压强在生活中的应用，并相互分享，如用吸管喝饮料、钢笔吸墨水。

科学世界：活塞式抽水机就是利用大气压强工作的,其主要构造如图8(a)所示，教师展示自制活塞式透明抽水机，如图8(b)所示，并演示抽水过程,如图8(c)所示。

图8 活塞式抽水机

工作原理：如图9(a)所示，教师将上面的瓶子记为1号瓶，下面的瓶子记为2号瓶。教师巧妙地将1号瓶塞进2号瓶，它们就组成了活塞，同时1号瓶又可作为圆筒。这根弯的吸管作为出水管。两个带孔的瓶盖和两枚硬币作为两个阀门,教师分别把这两个阀门记为A阀门和B阀门。当教师上拉1号瓶时，A阀门关闭，B阀门打开，由于2号瓶内的空气体积增大，导致大气压强减小，小于外界的大气压强，外界的大气压压着水从B阀门进入到2号瓶。如图9(b)所示，当教师下按1号瓶时，A阀门打开，B阀门关闭，2号瓶内的水从A阀门进入到1号瓶。这样反复按拉1号瓶，就可以将水抽出来了。

图9 工作原理

设计意图：从生活中的活塞式抽水机到利用生活用品自制透明的活塞式抽水机，简单明了，形象直观地展示了抽水机的抽水过程，帮助学生更好的理解其工作原理，同时让学生深切体会到物理从生活中来，到生活中去，对培养学生的科学态度与责任有重要价值。

教师展示魔术瓶的内部构造，如图10所示，揭示其奥秘。

图10 魔术瓶内部构造

揭秘魔术：魔术瓶里面其实还有一个瓶子，教师把它记为A瓶，魔术瓶外面的瓶子记为B瓶。当教师把一大杯水倒进瓶中，一部分水流入A瓶，一部分水流入B瓶，这就解释了为什么往瓶中倒一大杯水却流出来一小杯水。当教师往瓶中再加一小杯水，同样一部分水流入A瓶，一部分水流入B瓶，由于上一次加水A瓶已经储存了适量的水，此时A瓶中的液面高于A瓶内细管上端的位置，A瓶内的水在大气压强和自身重力的作用下就顺着软管流入B瓶，一直流到A瓶内软管下端的位置，因此，流出来一大杯水。魔术瓶实验其实利用的就是虹吸原理。

设计意图：通过揭秘魔术真相，巩固上节课学习的液体压强和本节课学习的大气压强，解开了学生心中的疑惑，同时引导学生在生活中多思考，多实践，将会发现物理带来的意想不到的奇妙现象。

7.4 布置作业，巩固提高

请学生结合教材上的“想想做做”自制气压计，并探究大气压随高度的变化的奥秘。此外，完成本节教材中的“动手动脑学物理”。

设计意图：美国教育家杜威提出“在做中学”，通过“做”，促进学生思考，从而获得知识。学生通过体验自制气压计的过程，培养学生的动手能力，体验科学探究的过程。通过“动手动脑学物理”，巩固本节课所学知识。

8 评价

整个教学设计符合学生认知特点，紧紧围绕培养学生的物理核心素养，将物理核心素养的四个要素渗透到教学活动的各个环节。通过自制魔术瓶、利用不锈钢盆模拟马德堡半球实验等激发学生学习兴趣，将“看不见摸不着的大气压强”转化为可以看到的现象，为学生营造了符合认知水平的物理情境，从而有助于帮助学生破除思维障碍。通过自制活塞式抽水机，使抽水机的原理和结构简单、明了，更贴近生活，学生更容易感受、体验和深化理解，既联系生活实际，培养学生从生活中发现物理规律的精神，又在生活经验的基础上，促成学生正确物理观念的形成，促进科学思维水平的提升。