基于核心素养的实验教学实践研究

任振颖 张东林

摘 要：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力.本文以“流体的压强与流速”一节课的教学设计为例，探索通过发挥实验作用将发展学生学科核心素养的任务落实在教学的各个环节中.

关键词：核心素养;实验教学;流体压强

中图分类号：G633.7     文献标识码：B     文章编号：1008-4134（2021）20-0024-04

基金项目：北京物理学会2020-2021年度教育教学科研立项课题“基于物理学科核心素养的实验教学实践研究”（项目编号：WLXH202059）.

作者简介：任振颖（1975-），女，北京昌平人，本科，中学高级教师，研究方向：物理教学实践与教育;

张东林（1971-），男，北京昌平人，本科，中学高级教师，研究方向：物理教学实践与教育.

1 教材教法分析

本节课是在学生学习固体压强、液体压强、大气压强的基础上引入的，与“液体压强”和“大气压强”不同的是：其液体和气体所处的状态不再是静止的，而是流动的，即要探究“液体和气体在流动时压强的特点”.在教学中，从学生的认知能力出发，尊重和突出学生的主体地位，设计一系列情境新奇、有趣的实验活动，让学生在观察实验现象和自己亲自操作实验的过程中，经历体验、发现的过程，从中获得最直观的、鲜活的科学事实，为理解和应用物理概念、规律做好铺垫、打好基础;自制教具突破本节课历来实验的局限性，为学生进行科学的探究活动提供物质条件，并有助于提升学生的科学探究意识，促进学生科学探究能力的发展;通过广泛联系并解释生活、自然和科技中的“流体压强与流速关系”的现象，可以激发学生的求知欲，学有所用，体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念.

2 学情分析

流体压强与流速有关，该知识在日常生活中有较广泛的应用，但学生这方面的生活经验并不多.笔者在学习本节内容之前的调研中发现，学生对固体压强有感知也有一定的认识.但是，学生对液体压强、大气压强的感受不多，对流体压强更显懵懂.因此，在教学过程中选取生动有趣的小实验，引导学生将流体压强与流速建立起联系是本节的教学重点.

学生经过密度、重力、摩擦力以及压力、压强等内容的学习，已经具备初步的科学探究意识和能力;初步掌握用对比、分析、归纳等一些科学方法获取新知的能力，但还不能灵活运用.初中生的思维特点是以“形象思维”为主，对直观现象比较感兴趣，欠缺对问题深入的思考及理性思维.这些都尚需教师创设更多的新情境，使学生在经历不断解决问题的实践中，进一步提升能力、锻炼思维.

3 教学策略

本节课的教学重点：感悟流体压强与流速有关;探究流体压强与流速的关系.教学难点：运用流体压强与流速的关系，定性分析生活中的一些相关现象.重、难点都涉及探究过程，因此本节课的教学策略主要是科学探究.教师在教学中应重点关注以下三个方面.

3.1 从抽象到形象

创设情境：将学生难以理解的内容用生动、形象的方式展示出来，使学生积极主动地投入到情境中，发现问题，将流体压强与流速建立联系.

3.2 从特殊现象到普遍规律

利用自制教具进行科学探究：学生经历“发现并提出问题—有依据的猜想—设计—进行实验—分析并得出结论”的过程，进一步培养学生科学探究的意识和能力以及学生用科学的语言进行完整表达的能力.

3.3 注重应用

创设系列的生活、自然、科技情境和问题情境，学生经历“问题—实验—结论—应用”的过程，逐步培养学生应用物理知识解决实际问题的能力.

4 教学目标

知识与技能：了解流体压强与流速的关系.

过程与方法：

（1）通过感悟流体压强与流速有关的实验和探究流体压强与流速的关系的实验，提高以观察、比较和实验的方法研究物理问题的能力、收集证据对探究过程进行交流评估的能力;

（2）通过解释生活中的一些现象，提高应用知识解决实际问题和用科学的语言进行表述的能力.

情感态度与价值观：

（1）通过探究活动，养成观察习惯，乐于探索生活中的物理现象;

（2）紧密联系实际，提高对自然和科学技术的兴趣，形成合作交流、实事求是的科学态度.

5 教学过程

5.1 玩得明白——创设情境，发现问题，提出问题

学生实验：（1）乒乓球放在漏斗下，用手托住，撤去手，球会掉下来;（2）用较小的力在漏斗的管口向下吹气，撤去手，球依然会掉下来;（3）用大力在漏斗的管口向下吹气，撤去手，球不会掉下来;（4）当学生气息不足，或停止吹气时，乒乓球又会掉下来;（5）用实验用鼓风机在漏斗的管口向下吹气，撤去手，球不会掉下来，因为风是持续的，乒乓球像是被吸住一样;（6）改变漏斗口的方向，上、下、左、右，用鼓风机在漏斗的管口持续吹风，球都不会飞出去.

教师：乒乓球没有掉下来，这是什么原因？

学生分析：向下吹气时，乒乓球虽然受重力，却没有掉下来，说明乒乓球除了受到竖直向下的重力，肯定还受到一个向上的力，因此就存在向上的压强.当气流方向改变时，只要气体流动，这个压强就存在.

学生有依据的猜想：实验现象对比，没吹气，气流小;吹气，气流大，改变的是空气流动的速度，这个压强是否是由于吹氣产生？气体产生的这个压强的大小和气体流动的速度大小有什么样的关系？

设计意图：乒乓球实验，很常见，对它进行充分挖掘、小小改进，将这个实验的营养发挥到极致，最大限度提高它的作用和价值.学生认真体会这六个过程，（1）（2）（3）步的体验引发学生的认知冲突，激发学生强烈的好奇心和求知欲，（4）（5）（6）步学生的思维开始从表象进行跃迁，从“有感”到“有思”，通过实验现象的对比和分析引发学生的问题和思考.六步连贯的体验，使学生清晰地感悟到有、无气流和气流流速的变化使球的状态发生改变，从而顺畅地把流体压强与流速建立起联系.这六步连贯的体验，为学生的思维找到立足点，也为学生的思维递进铺设了台阶，有利于学生科学思维的发展.

5.2 探得清晰——自制实验器材，进行科学探究

学生：分组实验，分四个组，分别用四套实验器材进行科学的探究实验.

学生：学生进行科学的探究实验，实验器材、实验现象、实验数据见表1.通过观察、分析、交流，归纳总结出结论：流体流速大的地方，压强小;流体流速越大，压强越小.

设计意图：以往这个环节一般会采取让学生吹纸条或吹硬币等有趣的小实验，但这些实验现象无法显示压强的大小，也无法完成三次实验对比，得出因变量和自变量之间大小关系的结论.教师自制教具，为学生进行科学探究提供条件，并且操作方便、现象明显，化抽象为形象，将抽象的过程显性化，降低思维难度，便于分析、归纳出结论，使学生获得成功的喜悦并激发学生的创新思维.实验过程培养学生科学探究的能力和用科学的语言进行完整表述的能力;采取小组合作、大组交流的方式进行，培养学生的团队意识，感悟与他人合作的重要性.

5.3 用得喜悦——小实验，大应用

5.3.1 是真是假

师：给出四个现象如图1所示，让学生用刚刚得出的结论去进行判断真假.

（1）将两张自由下垂的纸平行放置，在两张纸的中间向下吹气，两张纸会向外飞起，这是真的吗？

（2）火车站或地铁站的站台上都画有黄色的安全线.是為了警告乘客，当火车经过时，不要越过此线，否则会有生命危险.这是真的吗？

（3）将塑料软管的一端放在彩色的纸屑上，使劲摇动软管的另一端，彩纸会被吸入管中，这是真的吗？

（4）在水中平行放置两条小船，在两条小船中间水平喷水，两条小船会被水冲向两边，这是真的吗？

学生：学生分组实验如图2所示，并进行分析判断.

设计意图：通过动手操作，观察真实实验现象，再根据探究得到的规律，判断真假.其目的不仅是巩固所学知识，深化解决问题的能力，也适时地对学生进行安全教育，增强安全意识，使学生知道不能跨过站台的安全线、不能靠近高速行驶的列车、不能让两船并列行驶等规定是建立在物理规律的基础上，不尊重规定是很危险的.另一个重要方面是通过鉴别出两个伪现象，使学生体会“学科学”“用科学”“信科学”的价值，只有形成科学价值观，才能有效破除各类骗术，提高全民族科学素养.

5.3.2 任务驱动，问题引领

给每个小组派发任务单，上面有任务也有一些资料，学生通过阅读和实验，完成任务单上的任务.简要内容如下：

（1）上升的水柱.你是否能用今天学习的规律使管中的水柱升高？你能解释生活中一些喷雾器的原理吗？

（2）管中的小球.自制模拟洞穴，当两个管口相平时，对管口吹气;观察管内的小球运动情况;提高一侧管口，让风分别从两侧管口各吹过一次，对比观察管内的小球运动情况.非洲草原犬鼠的洞穴有两个出口，一个是平的，而另一个则是高高隆起的圆形土堆.当地面上有风吹过，就会给犬鼠带去习习凉风，你是否能解释其中的原因？

（3）谁飞得高.一个平的泡沫板，一个流线型的泡沫板，用专用器材对其吹风.观察平的泡沫板、流线型的泡沫板正、反放置时泡沫板的情况.几十吨重的飞机可以升空，自由地飞翔，是什么力使庞大而沉重的飞机攀升到空中，并能保持在空中飞行？汽车尾翼、暴风时灰雁的倒飞姿势又与之有什么相同和不同之处？

学生：进行分组实验如图3所示，认真观察，积极思考，尝试解决问题.

设计意图：三组小实验现象明显，对比强烈，易于激发学生的思维，引起学生的好奇心和探索自然的愿望.这些丰富的实验器材都是身边的物体，如：塑料软管、泡沫、纸盒、乒乓球、纸张、吸管等.学生用身边熟悉的废旧物品，却能做出很多有意思的实验，也强烈地激发学习的兴趣，同时也为他们的再创造、创新进行无形的引领.小组讨论用所学结论去解释现象，从犬鼠洞穴的通风问题，暴风时灰雁的倒飞姿势，感叹大自然的神奇，并以物理学视角认识自然、理解自然，建构关于自然界的物理图景.而飞机机翼、灰雁倒飞、汽车尾翼又有内在联系，灰雁倒飞、汽车尾翼是对飞机机翼倒置的应用，具有相似性.在使学生保持对自然界好奇的基础上，发展对科学的探索兴趣，从而产生将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识，使学生欣喜地发现物理无处不在，真的是既有趣，又有用.

6 结语

本节课通过一系列实验情境的创设、实验过程的改进、实验器材的创新与丰富的教具，增强学生的体验，使学生的注意力紧紧凝聚在课堂，促进学生在观察和实验中发现问题、提出合理猜想、设计实验方案和获取证据等能力的发展，激发学生的思维，并感悟“流体压强与流速关系”与“社会、技术及环境”之间的关系.将核心素养与新课改理念落实在教学各个环节，设计理念与整体框架如图4所示.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社， 2018.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准（2011年版） [M].北京：北京师范大学出版社， 2012.

[3]周莹，冯华.深度学习视域下的单元教学任务设计——以初中物理为例[J].基础教育课程，2021（08）：56-61.

[4]郁保安，何忠盛.“流体压强与流速的关系”教学设计[J].中学物理，2013，31（20）：65-66.

[5]周晓涓，付丽萍.开发校本实验 发展科学思维——以“流体压强与流速的关系”教学为例[J].中学物理，2018，36（18）：14-16.

（收稿日期：2021-05-19）