基于6E学习模式的“流体压强与流速关系”教学实践案例分析

施育峰

(南通市海门区东洲国际学校首开校区,江苏 南通 226100)

1 教学内容分析

苏科版教材“流体压强与流速关系”是在学习完固、液、气压强的基础上,对流体压强的特点进行探讨,与前面的内容构成完整的知识体系.

依据《义务教育物理课程标准(2022年版)》课标要求,[1]结合教材内容,本节课应达到4个方面的物理核心素养培养目标：

(1) 物理观念.通过实验,观察流体流速越大压强越小的现象;知道流体流速、流体压强的概念.

(2) 科学思维.能对生活中现象进行科学推理,提出合理猜想.通过科学推理和归纳,获得流体流速越大压强越小的结论.

(3) 科学探究.通过对流体压强与流速的探究,掌握科学探究方法.

(4) 科学态度与责任.培养学习物理的兴趣,实事求是的态度,与他人合作的精神;感受物理规律的双面性.

2 基于6E学习模式的设计

6E学习模式包括6个学习环节： 吸引(engage)、探索(explore)、解释(explain)、深化(enrich)、工程(engineer)和评价(evaluate).[2]吸引环节,再现生活中的情境,引起学生认知冲突,吸引学生的注意力,激发学生主动探究欲望.探究环节设置小组实验探究任务单,学生经历力学分析过程,得到正确的结论,从而解释认知冲突,并建立起物理规律.在解释环节,分析日常生活现象背后的原因,帮助学生消化教学内容.工程环节设计制作飞机机翼模型,分析产生升力的原因,以提升学生的知识运用能力.深化环节是对流速越大压强越小中的速度大小是以谁为参照物的深度理解.通过评价环节,了解学生对于概念的掌握情况,从而调整教学方式和进度,以改善教学的效果.

基于6E学习模式的教学流程图如图1所示.

3 6E教学法的教学实践

3.1 吸引环节

演示实验.

教师在课堂上演示“窗帘”向哪里飘.第1次把吹风机对准“窗帘”吹.

师：同学们预测一下,“窗帘”向哪里飘. 为什么?

生：向室内飘. 因为吹风机吹出的气体对“窗帘”有向室内的力.

师：很好,同学们能从力的角度分析问题.如果吹风机吹出的气流平行“窗帘”,“窗帘”向哪里飘?

图2 吹风机吹“窗帘”

生：呃……

师：究竟如何?请看实验,如图2所示.

生：咦!为什么“窗帘”向室外飘?

3.2探索环节

师：我们刚刚学过力与运动的关系, “窗帘”不动还是动,或者怎么动,应该由它受力情况来决定.我们就以“窗帘”为研究对象,研究吹气前它受几个力作用?这些力有什么关系?

生：受重力、拉力,还有左右两侧的大气压力,如图3所示.

生：左右两侧都是大气压力,可以抵消掉.

师：那其他力应是什么关系呢?

生：应该是平衡的.

师：很好!再来研究开始吹气瞬间,哪些力不会发生变化?

生：重力肯定不会变化.

师：因为开始吹气瞬间,我们可以认为竖直方向上的拉力不变化.

生：那就只有大气的压力发生变化了.

生：因为“窗帘”面积不变,由F压=p0S可知,更本质的应该是大气压强发生变化.

师：很好!现在我们能肯定吹气瞬间,哪侧大气压强发生变化吗?

生：吹气的这一侧大气压强变化.另外一侧前后没什么变化,所以另外一侧的大气压强应该不变.

师：吹气的这一侧大气压强怎么变?

生：因为“窗帘”飘向吹气的这一侧,由力与运动的关系可知,应该是吹气这侧的力变小了,所以是吹气这侧的大气压强变小了.

师：很好,吹气就是空气发生流动,换句话说,就是气体具有速度,称为流体的流速.我们能将刚才我们讨论的结论用一句话表述吗?

生：流体流速大的地方压强小.

师：这个结论只是通过一个实验得到的结论,不具有普遍意义.如何才能证明结论具有普遍意义?

生：多次实验,寻找普遍规律.

师：每个小组有3个实验任务,请小组合作,按照要求做实验,完成任务单.

图3 受力分析图

图4 任务1

图5 任务2

图6 任务3

任务1：如图4、表1所示,把纸条的一端按在嘴唇的下方,向前吹起,看到什么现象?

任务2：如图5、表2所示,装有水的盆中放有两只静止的纸船,用笔划动两船之间的水,看到什么现象?

任务3：如图6、表3所示,水平平衡的杠杆,左右两侧粘贴卡片,用小电风扇沿平行卡片方向,吹任意一张卡的上方或下方,看到什么现象?

表1

表2

表3

师：你的实验结果说明什么?

生：流体中流速大的地方压强小.

师：大量的实验证明,流体的压强与流速有关,流速越大的地方压强越小.

3.3 解释环节

图7

教师活动：组织学生观看自制吸尘器和喷雾器的视频,小组讨论以下问题,(1) 自制吸尘器的原理.(如图7所示)(2) 自制喷雾器的原理.(如图8所示)(3) 高速列车进站时,为什么旅客必须站在安全黄线后面(如图9所示)?

图8

图9

学生活动：小组讨论3个问题,推选小组发言人汇报讨论结果.

3.4 深化环节

匀速行驶的汽车,拿一张A4纸靠近车窗 ,打开车窗,A4纸飘向车窗哪侧?结果显示,A4纸飘向车窗外.

师：请同学们根据实验现象思考问题,流速越大的地方压强越小,这里的流速是以什么为参照物?

生：是以地面为参照物.

生：不对.如果以地面为参照物,车窗外的气体静止,车窗内的气体运动.车窗内的气体流速大,压强小, A4纸应该往车窗内飘,与实验现象不符.

生：是以A4纸为参照物, 车窗内气体相对它静止,车窗外气体相对它向后运动,车窗外流体流速大,压强小,所以A4纸往车窗外飘.

师：分析得有道理.我们判断哪里流体流速大的时候,是以研究对象为参照物.

3.5 工程环节

把硬纸按如图10所示的尺寸剪下来,折成机翼模型.

图10

教师活动：将机翼模型置于讲台上,讲解实验注意事项和要求.

图11

学生活动：准备好提前自制的机翼,用吹风机平行吹向机翼,如图11所示,观察实验现象,完成现象背后的力学分析.

师生共同总结机翼上升的原因.

3.6 评价环节

评价方案如表4所示,分为4个维度,分别是学生课堂表现、思政表现、课堂任务完成情况、课前作业完成情况,采用结果评价、过程评价、综合评价相结合的方式,对学生学习效果进行评价及检验.[3]

表4 评价方案

4 结语

“流体压强与流速关系”很好地反映了“理论和实际”“工程和物理”的有机结合.本节内容能够帮助学生经历科学探究过程从而建立抽象思维、运用知识解释生活现象并处理相关问题. 在“流体压强与流速关系”教学中采用6E学习模式进行教学设计和教学实践.教学内容设置吸引、探索、解释、深化、工程和评价6个教学环节,培养学生从物理学的角度认识自然,从生活走进物理,建立起物理科学思维,有效培养学生的物理学科核心素养.