“项目+阶梯+探究式”教学方法在“流体压强与流速的关系”教学中应用

金行泽 沙琦波

（1.浙江省宁波市镇海蛟川书院，浙江 宁波 315000；2.浙江省宁波市四眼碶中学，浙江 宁波 315000）

“流体压强与流速的关系”是在液体、气体压强知识的基础上的拓展和应用，为之后浮力学习奠定基础.它是在对液体和气体静态压强学习之后，对流体动态压强的进一步探讨和学习，是对液体和气体静态压强知识的延伸和拓展.新课程标准对“流体压强与流速关系”的要求是通过实验，能总结出流体压强与流速关系，能利用流体压强与流速关系解释升力产生的原因，能利用流体压强与流速的关系解释生活中有关的现象.［2］从课程标准来看，本节课体现了“从生活走向物理，从物理走向社会，再从生活回归物理”的教学理念.因此，本节课教学设计以实验为主线，从创设情境、合作探究、拓展应用、点睛升华4个方面设置阶梯情境，助推学生思维进阶，基于以上分析设计了如图1所示的教学流程.

图1 教学流程

1 以具体情境引入新课，养成学生的问题意识

真实的情境源于现实生活，对学生来说是真实可感的情境.需要指出的是，使用“真实”的描述，［3］并非仅指现实生活中真实发生的事件，而是强调情境要与学生的经验相联系，要与学生的真实好奇相联结，强调所学知识、能力的真实运用和学生在复杂情境中的真实思维.

教学的源泉很多时候是来自于生活.在日常生活中，流体压强与流速的关系的相关现象及应用十分常见，但其中所包含的科学原理是很多学生不知道或者是解释不全面的.因此在教学过程中，教师要通过创设具体物理情境，联系生活实际，从而激发学生好奇心，引导学生思考其中所蕴含的科学原理.因此本环节，笔者设置了两个情境：海上船只相撞以及隔空点火.

设计情境1：海上船只相撞.

笔者选择了动画片：海尔兄弟中的“两船相撞”片段.通过片中人物的对话和行为以及两船相撞前所呈现出来的效果，形象地展现两船相撞的情景.

设计意图：通过该片段，让学生在学习新课前先简要阐述其中所涉及的物理知识.学生会依据原有知识答出：惯性、浮力等物理知识.教师再进一步设疑：那为什么在船员发现两船即将碰撞之前，迅速进行“转舵”也无济于事呢？ 进而激发学生的求知欲.

设计情境2：隔空点火

（1）点燃其中的1支蜡烛，用1根吸管向火焰的一侧吹气，观察到火焰向吹气的一侧倾斜.

（2）将3只蜡烛并排靠近，如图2，点燃两边的蜡烛，用吸管向中间未点燃的蜡烛芯方向水平吹气，可观察到中间的蜡烛被点燃.

图2 隔空点火

设计意图：在传统观念认知中，熄灭蜡烛的一种方式就是“吹”，而在这个实验中，却用“吹”的方法点燃了蜡烛，与学生已有认知产生强烈冲突，激发学生的好奇心和求知欲，从而引出流体概念，进而引导学生探究流体压强与流速的关系.

2 以创设问题引出探究，培养学生的探究能力

以问题为导向的教学模式，围绕知识和能力两条主线展开教学过程，强调学生在真实情境中自主发现问题、以小组合作方式探究问题，并能够借助教师提供的支架解决问题.科学教师运用问题为导向的教学模式时，要注重在课前分析教材内容，引导学生在原有知识的基础上建构新知识，形成解决问题的技能和自主学习的能力.

教师引导：物理学中把具有流动性的气体和液体统称为流体，气体和液体流动时的速度称为流速.在前面的学习中已经学过了液体内部的压强和大气压，它们都是流体静止时的压强，当液体或气体流动时，它们的压强又会怎样？ 接下来我们通过几组演示实验来探究流体压强与流速的关系.

合作探究1：两纸相吸.

取两张白纸，用手抓住上端，使两纸平行，使另一端自由下垂，如图3，用嘴向两纸中间部分使劲吹气，观察现象.

图3 两纸相吸

实验现象：吹气时，两纸下端向中间靠拢，吹气越用力，两纸向中间靠拢越多.

设计意图：取材简单，学生可亲身体验、直观感受，培养了学生的动手操作能力，加强学生对气体流动与压强之间关系的感性认识.［4］另外，物体运动状态改变的原因是受到了力的作用，先从力的角度去分析：不吹气时，两纸周围的气压都相等，纸受力平衡.吹气时，纸下端向中间靠拢，说明纸受到不平衡力的作用，且左纸合力向右，右纸合力向左.从而说明吹气的地方气压变小了，加强了学生对气体流动与压强之间关系的理性认识.

合作探究2：吹不走的乒乓球.

将乒乓球放在漏斗中，从漏斗底部向漏斗吹气，如图4，漏斗正放、倒放都做一次，观察实验现象.

图4 吹不走的乒乓球

实验现象：乒乓球吹不走.

合作探究3：跳动的“音符”.

取流体压强与流速关系的演示器，如图5，让学生在一端吹气，观察实验现象.

图5 演示器

实验现象：U 形管一端液面上升，另一端液面下降.

合作探究4：模拟两船相撞.

准备一水槽，里面装满水，上面放两只纸船，通过橡皮管向两船之间吹气，如图6，观察实验现象.

图6 两船相撞

实验现象：两船相互之间靠拢.

设计意图：以上4个探究活动要求学生4 人小组实验进行探究，培养学生合作、交流的能力，鼓励学生善于与他人合作、分享.以前面的实验作为参考，学生自行设计实验，培养学生自主学习、探究的能力，使学生保持对探究的热情.

通过这4个实验来探究其本质特征，引导学生总结流体的流速与压强之间的关系.在流体中，流速越大的地方，压强就越小；流速越小的地方，压强就越大.学生通过自主地参与知识获得的过程，掌握科学探究所必须具备的科学方法，探究性地获得科学概念，并逐步形成探究能力和科学态度.

3 以合作探究得出原理，促成学生的归纳能力

学生利用身边可利用的实验器材来完成探究实验，亲身体验科学家进行探究实验的过程，有利于引导学生注重探究过程，体会探究的重要性.科学实验教学要充分发挥学科的探究功能，使学生从知识发现的起源进行观察，从而获得完整的知识建构，提高学生科学核心素养.学生通过动手实践、自主思考、科学探究和完成归纳，充分体现了以学生为主体的教学新理念，［5］进而培养学生实验探究总结归纳能力，并把总结出来的知识运用到生活实际.

应用拓展1：飞机升空.

思考：几十吨重的飞机为什么能腾空而起？ 如图7，展示飞机升空模型.

图7 飞机升空模型

设计意图：生活实际与模型相结合，通过动手实践认识机翼的特殊造型，让学生明白机翼有什么特殊的造型，机翼的升力是从何而来.进一步让学生利用所学习的知识对飞机升空的现象进行解释，进而实现理论与实践相结合.

应用拓展2：香蕉球.

假使你是个足球迷的话，一定见过这种精彩的场面：攻方球门发直接任意球时，守方球员五六个人排成一字“人墙”，企图挡住攻入球门的路线，而攻方的主发球员却不慌不忙，慢慢走上前去，把球放正位置，然后起脚一记猛射，只见球绕过“人墙”，眼看要偏离球门飞出界外，却又转过弯来直扑球门，守门员刚要起步扑球，却为时已晚，球早已应声入网了.这就是颇为神奇的香蕉球.因为球运动的路线是弧形的，像香蕉形状，因此以“香蕉球”得名.

设计意图：足球这项运动深受广大学生喜爱，引出“香蕉球”这个概念，旨在吸引学生的眼光，激发他们的求知欲，让学生能用所学知识对日常生活中的一些现象进行解释，进而提高他们对学习科学的兴趣.

根据所学知识，在速度较大一侧的压强比速度较小一侧的压强小，根据伯努利原理，球就受到了一个横向的压力差，使球向旁侧偏离，而球又不断向前飞行，在这种情况下，足球同时参与了两个直线运动，便沿一条弯曲的弧线前进了，如图8.同样在乒乓球运动中，运动员在削球或拉弧圈球时，球的运动线路也会改变，原理与“香蕉球”一样，这样的现象被称为马格纳斯效应.

图8 香蕉球

应用拓展3：自制马格纳斯滑翔机.

设计意图：通过制作马格纳斯滑翔机，如图9，让学生感受亲自动手制作实验教具的快乐，通过发射运动，非常容易观察到其运动轨迹，这样可以让学生进一步探究科学原理，实现实践应用.

图9 马格纳斯滑翔机

应用拓展4：自制简易喷雾器.

设计意图：此项任务为课后回家实践作业.旨在让学生学以致用，通过课堂所学所得，把理论知识实际化，与生活生产相互结合.

4 以理论真知解释自然，提高学生的释疑水平

教师教学的目的就是要让学生能灵活运用所学知识，在原有认知的基础上加以提炼升华，将所学的科学知识科学原理在理解的基础上迁移到未知的情境中，可以批判地进行学习.在迁移和运用知识的过程中，将所学的知识原理转化为解决问题的综合实践能力和创新能力.

点睛升华：茅屋为秋风所破歌.

杜甫在《茅屋为秋风所破歌》当中写道“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”.大风为什么能掀翻屋顶？

设计意图：新课程标准提到，同各分科课程相比，科学课程试图超越学科的界限，统筹设计，整体规划，强调各学科领域知识的相互渗透和联系.这样的课程，有助于学生从整体上认识自然和科学，根据统一的科学概念、原理和各领域知识之间的联系建立开放型的知识结构；有助于学生知识的迁移和学习能力的发展；有助于对学生科学探究能力培养的总体安排，使学生得到全面的科学方法的训练；有助于学生较为全面地关注和分析与科学技术有关的社会生活问题，获得对科学、技术与社会关系的理解.本环节的设计就是试图将科学学科知识与语文学科知识相结合，真正做到学科之间的有效联系.

基于初中科学核心素养背景下的“项目+阶梯+探究式”课堂教学实践研究，初中科学项目化学习可以更好地让学生在生活中发现科学知识的踪迹.这样，学生对于科学知识的学习变得更加主动，学生的科学知识储备变得更加丰富.本文初步探讨了初中科学“项目+阶梯+探究式”教学中的运用，设计和结论都还值得进一步深入.项目化学习作为现代教育发展的趋势，在促进科学教育发展上很有借鉴意义.