大气压强教学设计，本文主要内容关键词为：压强论文,教学设计论文,大气论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
培根说：“读史使人明智”，但当下中学物理教材的编排却不能很好地反映这一点。一个明显的例证便是，在中学物理教材中，所谓的“物理学史”多是物理学家的姓名、生卒年月及一些简单的故事，甚至是传奇等，而这些并不能给学生学习物理带来实质性的帮助，甚至有时还会起到误导作用，譬如牛顿被落下的苹果打中头的故事很可能让学生误认为科学研究成果只是源于一些意外而忽略了问题的艰巨性、复杂性与长期积淀性。自然而然的，也少有物理课堂能体现物理学史发展的厚度。
如果承认教师的工作与学生的学习具有同样的探究性的话，那么，如何为物理课堂增加一点历史厚度就是一个值得教师去探究的问题。笔者不揣浅陋，进行了一些思考与实践，现以“大气压强”的教学设计为例探讨如下。
一、教学设计
1.自然界害怕真空
设计意图：大气压强始于人们对“真空”问题的研究。所以，本节课设计以“真空”问题为教学起点，并重点讨论两个问题（见下）。通过对问题1的讨论，旨在让学生认识到“真空吸力”在一定程度上的合理性；通过对问题2的讨论，让学生推理得出“如果活塞一直往上提，则水就能一直上升”的结论，一方面为下面的矛盾冲突打下基础，另一方面培养了学生的推理能力。
物理学史：真空，通常意义上是指没有任何物质的空间。在2300多年前的古希腊学者亚里士多德看来，自然界中是不可能出现“真空”这样一个空间的，就算会出现，也会立即被其他物质填满。这一观点被当时的所有人所认同，再加上亚里士多德被认为是当时最智慧的人之一，人们非常乐意相信他。最终将他的这一观点演变成“自然界害怕真空”的流行说法，并一直延续了近二千年……
用这一流行说法可以解释生活中的一些现象，最典型的就是对“抽水”现象的解释。当时的人们是这样理解的：活塞向上抽动时，假如水不动的话，就会留下一段空隙，而这就会形成真空。而自然界又是不允许真空出现的，所以水必须马上去填满真空，于是水就上升了。人们还把这个使水上升的力叫做“真空吸力”。
问题1：你觉得用“真空吸力”解释抽水的现象有道理吗？
问题2：设想它是合理的，则我们可以推出什么结论？
2.“真空吸力”遭遇困境
设计意图：通过进一步的史料呈现，让学生注意到“真空吸力”理论与新的事实的矛盾，从而催生学生新的思考，顺势提出问题1。而问题2的设计目的则是希望让学生在思考与交流中形成一种尊重他人看法但不盲从他人的潜意识。
物理学史：1640年，在古老的意大利城市佛罗伦萨，人们造了一台抽水机，准备把深矿坑里的水抽走。抽水机建成后，人们大失所望，因为他们发现，水被抽到离矿井中水面约10米时，无论活塞向上提多高，水面都不再上升了，技师们千方百计改进抽水机，以保证活塞不漏气，但结果依旧如此。由于水面上方“顽强”地存在着一段真空，使得“自然界害怕真空”的说法不攻自破，“真空吸力”在这个现象面前显得解释乏力——真空为什么不把水继续往上吸呢？
人们就去找已是76岁高龄的伽利略，伽利略听到这件事时也非常奇怪，由于条件的限制，他也没有能给出解释。在去世之前，他把这个问题留给了他的学生——托里拆利……
问题1：如果你是托里拆利，你会怎么想、怎么做？
（教师作必要的提醒：当理论与实际不符时，我们肯定不能责怪实际。科学的态度有两种：一是修正原来的理论，使其符合新的实际；二是放弃原有的理论，去寻找新的解释。选择÷还是选择二，请同学们自己决定。）
问题2：在刚才的选择中，选择一的同学是什么感想？选择二的学生又是什么感想？选择对（错）了的同学对那些想错（对）了同学又是什么看法呢？
3.托里拆利的猜想与实验
设计意图：本环节中问题1的设计目的，一方面是让学生对问题本身进行思考，另一方面也有暗示学生不要盲从他人观点的意图。问题2则是试图让学生能够将事实进行简化、纯化，从而设计出能够证明托里拆利猜想的实验。
物理学史：托里拆利选择了第二种思路，他放弃了“真空吸力”这一解释，大胆提出了新的猜想：大气存在着压力。抽水时，水不是被管内的真空吸上去的，而是被管外的大气压上去的，至于水只能被抽到约10高的地方，则可能是由于大气的压力是有限的缘故。
他决定用实验来证明自己的观点……
问题1：你们认为托里拆利的猜想怎么样？
问题2：托里拆利的猜想是值得研究的，如果我们现在身处当时，我们可以设计出什么样的实验进行研究呢？（在教学中，可以用抽水的实例引导学生设计“托里拆利实验”。这个实验设计的关键是两个问题的解决；一是如何将近10米的水管变短以便实验——以水银代替水；二是如何保证水银上方是真正的真空——先装满，再倒置。）
物理学史：1643年，托里拆利和伽利略的另一个更年轻的学生维维安尼一起在佛罗伦萨做了著名的“托里拆利实验”。托里拆利在一根四英尺（1米左右）长的一端封闭的玻璃管内注满了水银，用手堵住开口的一端，然后将管子倒立着放入水银槽中，松开手后，他们看到了猜想中的现象——水银往下落，而且，当水银落到高度约30英寸（760毫米）时，水银就不再下落了。
托里拆利的实验完全验证了他自己的猜想，根据这一实验还能计算出大气压强的数值，这是一个了不起的成就。后来，人们为了纪念这一实验的意义，将此实验称为“托里拆利实验”，将这根玻璃管称为“托里拆利管”，将上面的那段真空称为“托里拆利真空”……
演示实验：托里拆利实验。（实验现象及分析略）
4.怎样才能让公众相信
设计意图：本环节中问题1的设计目的在于，一方面培养学生的设计实验的能力，另一方面也让学生体会到科学与公众的关系。传统教学中只将这一知识的兴奋点局限在激发学生的兴趣上，这显然是不够的，因为马德堡半球实验在历史上的最大意义在于让公众接受大气压这一概念，兴趣只是一种衍生。
物理学史：事实上，就算托里拆利做了实验，可公众仍然无法接受大气存在压力这一事实，因为人们无法相信：如果大气压强真的如此之大，那自己怎么会安然无恙？一直到11年后，有一位名叫盖里克的德国青年，他认为只有用实验，才能解除人们心中的疑惑……
问题1：如果是你，你准备怎样设计实验呢？
物理学史：盖里克知道，要想让更多的人相信空气是存在压强的，必须做一个让公众相信的实验。首先，他发明了一个抽气机，这样可以直接通过抽气的方法获得真空。1654年，他当着德国皇帝斐迪南三世和国会议员们的面，演示了一个至今让人赞叹不已的实验：他将两个直径约1.2英尺的铜制半球涂上油脂并对接，再把球内抽成真空。然后让两个马队分别拉一个半球，两边各一匹马、两匹马、四匹马……直到两边各八匹马，随着“啪”的一声巨响，铜球终于被拉开了。
人们惊叹不已，纷纷提出疑问：“是谁用这么大的力压住半铜球呢？”盖里克的回答很简单：“空气。”
这个实验以无可辩驳的事实证明了托里拆利的猜想——大气压不仅是存在的，而且确实很大。这个实验以其设计精妙、现象明显，至今令人赞不绝口。由于是在德国的马德堡市进行的，所以人们称之为“马德堡半球实验”，那两个半球也被叫做“马德堡半球”。
5.大气压是变化的（略）
二、教后记
这节课用了两课时。上完后有这样一些感觉：
1.物理学史可以给学生带来兴趣与思考。在我呈现物理学史的过程中，学生听得非常认真，包括那些物理成绩不是很理想的学生。同时，以物理学史为载体而设计的问题是具有一定的思考价值的，从学生的反应来看，这些问题都不是那种一看就会的问题，需要学生凝神静气地思考，这在客观上避免了肤浅理解下的合作探究带来的表面的热闹。
2.学生对“真空吸力”的普遍认同引起我的深思，因为这是一个找不到施力物体的力，如果从此角度分析应该是可以看到这一解释的不合理之处的，但为什么学生却表示认同呢？（两届的学生都是如此）作为一种客观事实，必然存在其合理的一面，我翻阅相关资料，看到这样一句话“儿童一般能够基于最近的结果得出恰当的结论，但往往忽视比较早的结果……”，这或许是该现象的恰当注解，而这一注解也为我们以后的教学带来有益的思考。很多时候，我们对学生不能运用已有知识解释新的现象而苦恼甚至是愤怒，其实平心想来，这很可能是不科学的，儿童心理发展有其固有的特点，学生的学习“像生命一样广泛而复杂”（帕克·帕尔默），指望学生一学就会、举一反三很多时候只是违背科学规律的一厢情愿，而对客观现实的承认与把握别成了实施有效教学的必要前提。
3.如何发挥物理学史在物理教学中应有的作用，本节教学只是迈出了探索的第一步。如何让学生认识到物理学史并非掸去灰尘的陈旧事件；如何让学生感觉到物理学史的厚重，而不只是以其引发学生的表面兴趣；如何以物理学史为载体创设一个有利于培养学生思维能力的情境；如何借助于物理学史培养学生客观看待科学研究的态度、情感并形成科学的价值观等问题都是需要认真持久地思考的问题。
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