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091025《大气压强的测定》(陈敏)

从物理学史中挖掘学科德育素材

上海师大附中附属龙华中学  陈敏

20091125,我代表徐汇区初中物理学科在徐汇区第三届学术节期间,进行了教学展示。我的课题是《大气压强的测定》

其实,这节课的准备工作可以追溯到一年多以前。在2008年的10月,也同样是这节课,我在金山区向金山区的全体初中物理老师也进行了展示。而对于这节课的反思和改进则一直没有停过。

记得一年前,张越老师在听完我的这节课后,在肯定的同时也指出了一些不足,其中一条就是没有充分挖掘出托里拆利实验中所蕴含的科学精神。

其实我自己在备课的时候也意识到了这个问题,但是我当时感觉到自己对于挖掘其中的学科德育的内容无从下手。在这种情况下,张越老师建议我去了解一下物理学史上最美的10个物理实验。在查找了相关资料后,我惊讶地发现,被美国的物理学家们在2002年所评选出来的这10个最美丽的物理实验,绝大多数是科学家独立完成的,最多有一两个助手。所有的实验都是在实验桌上进行的,没有用到什么大型计算工具,比如电脑一类,最多不过是直尺或者计算器。而与此相对的是,那些在加速器中裂解亚原子粒子或是测序基因序列,或分析一颗遥远恒星的摆动,这些让世界瞩目的实验常常动辄耗资百万美元,产生出洪水般汹涌的数据,并需要超高速计算机处理几个月。一些实验小组因此成长为一个个的小公司,这些实验均榜上无名。

这是为什么呢?因为,这些实验虽然所用的仪器和设备很简单甚至是简陋,但是科学家们用这些最简单的仪器和设备,得出了最根本、最单纯的科学结论,将人们长久的困惑和含糊一瞬之间一扫而空,使人们对自然界的认识更加清晰,从实验中我们可以感受到科学家们睿智的头脑,敏捷的思维,丰富的想象力。同样的,在托里拆利实验中,托里拆利仅仅用了一根玻璃管和一个水银槽,就不仅证明了大气压强的存在,还测出了大气压的值,这实在是一个非常了不起的实验啊。

后来,教研员赵谊伶老师又给我提供了许多关于托里拆利实验的资料,使得我对于这段历史的认识更加清楚。原来,在17世纪,人们发现抽水机所抽的水最多只能达到10多高,为此请教了托里拆利的老师-----当时的科学权威:伽利略。而伽利略给出的解释是:自然畏惧真空。是抽水机不断形成的真空具有一种“力”的作用,抽起了水。而托里拆利为了证老师的观点,就进行了托里拆利实验。可是,通过这个实验,他却发现老师的观点并不正确,并勇敢地提出了自己的观点,那就是:地球表面存在着大气压强,是大气压把水压了上去。而托里拆利不畏惧权威,尊重实验事实,实事求是的科学态度也永远被后人所称颂。

通过这些准备工作,使得我对于托里拆利实验有了更加深入的认识,也让我有能力进一步挖掘这个实验所蕴含的德育价值。于是,在正式上课的时候,我在课堂小结阶段,向学生简短地介绍了关于这个实验的那段历史,并说了自己的感受。从学生们的眼睛中,我看见了他们的共鸣,看来我的学科德育目标落实到位了。

一直以来,我和许多其他物理老师一样,对于在物理课堂教学中如何对于学生进行学科德育的教育感到困惑和困难,也发现在物理学中贯彻学科德育容易陷入“贴标签”的尴尬境地。而通过开设这节展示课,我发现:在物理学史中蕴含着丰富的学科德育内容,需要我们每一位教师静下心来,好好品读,好好挖掘!

 

《大气压强的测定》课后点评

时间:20091125

地点:龙华中学

执教:陈敏

点评:

位育初中陈明华:

今天听了陈敏老师上的“大气压的测定”一节课,上的非常好,感触很深,也得到了很多启发和教育,下面谈谈我对这节课的看法和观点:

1、  “大气压的测定”在教材大纲中属于A级课程标准,但陈敏老师在课堂中对教材的设计、对学生的启发、对教学内容的安排和严密的推理,都是非常到位的;她通过复习前面的知识慢慢的引导学生到这节要上的内容上来,整节课容量大,把前面的二力平衡的受力分析、固体压强、液体压强等内容都巧妙地串联在一起,起到了对学生温故而知新的复习作用,又为下面的托利拆利实验的原理作了好的铺垫。

2、  实验的处理和引导非常成功,托利拆利实验是一个难以实际操作的实验,陈敏老师先重点引导学生认识实验的原理和操作方法,用常见的水代替有毒的水银通过假设、猜想层层设计小实验让学生操作,然后通过录像的方式展示实验真正的过程,令人耳目一新。最后,提出问题:托利拆利实验如用水来做,那么水柱的高度应多高?在学生多次实验都无法成功的情况下,通过录像向学生演示实验过程,使一个在实验室中无法完成的实验成为了可能。对学生有很大的吸引力,取得了很好的课堂效果。

3、  整节课陈敏老师教态自然,向学生提问亲切和蔼,提出的设问由浅入深,层层递进,推理严密。老师的课堂语言精练到位,设问巧妙,很好的体现了以学生为主体,教师起引导的课改方向;活跃了课堂气氛、激发了学生的探究欲望,培养了学生的间接测量能力和逻辑推理能力。

下面谈谈我个人认为这堂课的小缺憾:

1、  这堂课中的真正实验多是通过录像向学生展示的,而学生的实验都未获得成功。对学生的成功教育和学生实验成功后的喜悦感未能很好体现。

2、  课堂中有关“杯子内外的受力面积的讨论”花时过多,导致课时紧张,未能很好的将最后的教学内容上完。

 

市四中学  陈蔚:

今天在龙华中学听了陈老师的“测定大气压的值”这节课。首先觉得在引入如何测定大气值上处理的非常好,先想到用最常见的水,然后为了能得出实验结果,不断更换高的瓶子,直到没有更高的容器时,学生自然的想到了密度更大的液体──汞,在探究过程中体现了物理学的逻辑性和严谨性,学生经过亲身参与、层层推进,当他们看见实验成功时,不由的发出了喜悦的惊叹。在这一过程中学生除了学会知识本身外,还学会了研究物理的方法和态度,并体验了成功的快乐,培养了学生物理研究的兴趣。从用水开始进行大气压的测定,到最后计算出要多高的水柱才行,并通过录像首尾呼应,解决了一开始用水实验为什么不行的问题,圆满的解决了这一疑问。这节课的各项知识点也落实到位,比如管子上有个小孔,水柱会如何?请同学当场扎个孔看结果,要比我们原来瓶上事先有个孔(加个塞子)的实验有震撼力的多。最后关于托里拆利实验的物理学简史介绍,所进行的德育渗透更是一个不可多得的亮点。

但是在处理76厘米汞柱是多大气压、多高水柱时,我觉得让学生自己计算,老师问结果的方法并不太好。主要觉得这是节物理课,与其进行烦琐的计算,不如让学生写出公式并代入数据,一起复习一下液体压强的计算过程,结果可以用计算机来得出。

 

徐教院附中    方志洁

今天,听了陈敏老师的这节课,觉得本节课有以下几个方面做得比较好:

1.陈敏老师的教态很好,听了觉得很亲切,给人一种淋沐春风的感觉。

2.本节课的实验安排适当,给了学生很强的震撼力,例如:学生看到了录像中大气压强能支持10的水柱,都发出了惊叹;以前在上这节课时,有的学生会认为,托里拆利管的上方破了一个小洞,水银会从上方喷射出来,陈敏老师做了一个实验,在饮料瓶上扎了一个小孔,结果水迅速下降了,相信这个班的同学以后做这种选择题应该不会出错。

3.本节课的细节方面也处理得很好,例如在解释大气压支撑的水柱是h时,老师让学生将饮料瓶不离开水槽的情况下上升和下降,让学生充分感受h不变。

 

提一个个人疑惑的地方:

以前在做大气压支撑杯中水的实验时,往杯中放了很多的水,一直到杯中的水有了表面张力后,再把垫板压上去。今天的学生实验,一个是觉得垫板似乎大了点,二个是在想会不会有空气漏入饮料瓶中?

总之,在今后的教学中,我们每位老师都应集众家之长为己所用,使自己的教学工作能上一个新的台阶。

 

上师大三附中  陆雯寅

在陈敏老师《大气压强的测定》一课中,学生几乎经历了整个托里拆利实验的思维过程,再现了当年科学家在设计实验时碰到的问题以及难点的突破,在经过问题分析和动手实验后,得到了测定大气压强的方法和大气压强的具体数值。

陈老师这节课主要分为引入课题,实验分析,巩固理解和情感输入四个环节。在第一个环节的13分钟里,陈老师利用前一节课所习得的“马德堡半球”实验引入课题“如何测定大气压强?”。继而通过假想,对“覆杯”实验中的二力分析得到公式F向上= F向下,即P向上S=P向下S。紧接着经过教师的引导,学生解决了从力相等到压强相等的难点,提出了可以通过测量液体内部压强间接测量大气压强的方法。在第二个环节中的15分钟里,前后进行了学生的水柱实验和教师的水银柱实验。在学生实验中,通过思考“向下压水瓶,水柱是否会上升?”这个问题,学生解决了在计算液体内部压强时所用水柱高度h的问题。而在教师实验中,老师运用一段视频,解决了实验可视性的问题,并且得到了大气压强托起水银柱的高度,继而计算出了大气压强的具体数值。在第三个环节的10分钟内,在老师运用大量生活中的或是实际体验的实验后,学生加深巩固了对于大气压强的认识。比如用6~7人的叠罗汉做类比,使学生对大气压强的大小有了更为具体的认识。又比如水瓶破洞的实验,学生对于这样的现象有了感性的认识。而在最后的一个环节中,短短的2分钟时间陈老师给学生介绍了托里拆利实验的背景,但对于学生情感上造成的震撼确是巨大的。学生得到了去质疑权威的支持,学会了用事实证明一切的道理。

 

教院附中马艺林:

陈敏老师的课让我受益匪浅,她花了大量的时间在课题的引入。通过受力分析让学生把液体内部压强和大气压强结合起来。知识点由浅入深,设问的问题也恰到好处。最后通过物理学史的故事培养了学生尊重实验事实,不迷信权威的科学态度。
   
我个人认为这节课是相当成功的,但有几处想和大家分享和探讨下。

1.在进行受力分析时,对于公式里水对纸的受力面积和大气对纸的受力面积可以约去这一点上我觉得可以再给学生讲细一些。

2.课后作业里有一题是提到了在做托里拆利实验时,管内有点空气的情况。上课的实验中也有学生的瓶子里有残留的空气,可以告诉学生这样测出的液体高度产生的压强要小于外界的气压。
   
谢谢!

 

田林三中张美兰:

本节课是一节新授课,教学过程中包含了三维学习目标。教学目标清晰,符合学生的实际。本节课注重物理原理的形成过程和物理规律的获得过程。而教师在新授课过程中,循循善诱地引导学生由浅入深地完成教学内容。本节课中,用多媒体来展示托里拆利的实验过程并用水替代水银完成此实验的过程。充分显示了多媒体的直观作用,完成了传统教学课堂上不能完成的内容,对理解大气压的大小起到了很好的作用。做到了信息技术和课堂教学的整合。

如果观看后能把真实的实验装置拿给学生看看,是否更好一点。

                                         

汾阳中学戴蔚勤:

1、  陈老师很好地突破了本节课的两个难点。

本节课的难点之一是:学生对托里拆利实验的原理:p 0=p不理解。陈老师在处理中采取了3个有力的措施。一是通过假想实验,使学生在覆杯实验的基础上,想象玻璃管逐渐变长,托在杯底的塑料片会怎样,并结合图片,帮助学生很顺利地想到:知道了水银柱产生的压强也就测出了大气压。二是让学生进行受力分析,学生通过应用已有的知识很好地解释了为什么p 0=p汞。三是通过几个逐步深入的设问,逐渐引导了学生思维的进一步发展:“当杯(管)子逐步变长,是不是塑料片一直不落下来?”“塑料片什么时候落下来?”……包括用不同颜色来区分液体压力和大气压力的受力面。

本节课的难点之二是:究竟用怎样的器材来做实验?为什么要用水银?理论上的假想实验要转化到实际的实验操作问题,又有一个难度。陈老师在以往课的基础上做了进一步的改进。先是通过学生实验和演示实验让学生体验,瓶子(管子)逐步变长,使学生对于“高度”问题有一个认识,进而由于实际操作上的困难顺理成章地引出学生的设想,即用密度大的水银代替水来进行实验。这样难点就迎刃而解。

2、  本节课在学习的训练形式上做了有意义的尝试。

以往课堂练习的形式只是做题,为应试而做题。陈老师在做题的同时配以相应的实验验证。这样使丰富多样的教学形式贯穿于整节课,从导入到新课,一直到反馈练习。这样的形式学生更喜爱,更生动。

3、  本节课在完成了过程与方法目标的同时,很好地达成了情感态度价值观目标。

其中让我印象最深的是本节课在中间有一次高潮。学生在两次尝试测量大气压失败,其后老师的一次演示也失败后,第四次当学生看到用水银做实验成功时,学生们发出了感叹,最高潮出现。在“测量大气压”这样一个任务驱动下,学生经历了几次失败后再体会到成功的喜悦,这种体验是很宝贵、很重要的。作为老师,我们除了要教给学生知识和方法,更重要的底线是要让学生喜欢物理,体验成功,体验快乐,而不是讨厌物理、憎恨物理。这样的课学生会喜欢。

南模初中  杨秀琴

1.陈敏老师的这节课符合新课标的教学理念,充分体现知识与能力,注重了过程与方法,渗透了情感态度与价值观。教学目标切合教材要求和学生实际。主要体现在以下几个方面:

1老师这节课的知识目标是知道托里拆利实验,知道一个标准大气压。这一节课围绕托里拆利实验设计,解决了学生认知的冲突。

2)注重了过程和方法,陈老师在这节课中应用了许多的科学方法:间接测量、分析、推理,类比、假想等,这些方法有助于学生对托里拆利实验的理解。

3)科学方法的渗透,老师采用了“润物细无声”的方法,通过伽俐略和托里拆利的思想对比,教育学生不崇拜专家,要有批判精神。

2.陈老师在难点解决上采用了一些方法,符合学生的认知发展,主要体现在以下几个方面:(1)将不可触摸的大气压转化为可视的液体压强;(2)将大气压的|“压”转化为“托”; 3)将可视的纸片的“托”转化为不可视的液面的“托”; 4)将密度小液体的不可做的实验转化成密度大的液体的可做的实验。这样设计,环环相扣,层层递进,使学生的思维得到一步步的发展。

3.陈老师的环节设计流畅、全面,符合学生的认知发展,主要体现在:在分析托里拆利实验时,她从各个方面分析:玻璃管倾斜放置,高度如何变化、玻璃管的粗细对实验又有何影响、换成水做实验玻璃管需要多长、换煤油玻璃管又需要多长等等,使学生对托里拆利实验的认识更全面。

4.亮点: 陈老师的这节课是从力的分析入手,将大气压转化为液体压强,这样把不可测的量变为可测量的量。另外,力学从受力分析入手,这是力学的本质,但由于受力分析在初中没有考核,因此初中老师对学生的力的分析很少训练,这是初高中内容有所脱节的一个表现,陈老师从力的分析入手,给我们带来了启示。间接测量是初中物理经常用到的方法,但在教学中没有给学生指出什么是间接测量,陈老师在这节课中,让学生明确测量分为直接测量和间接测量,而且也让学生明确间接测量的内涵,这些都值得我们借鉴。

另外,陈陈老师教学手段运用得当,充分利用现代化信息技术来整合学科教学。她用多媒体展示用水做实验,水柱可以升高10,激发了学生的好奇心,形成了一个教学的高潮。

我认为美中不足之外有两点:一分析覆杯中受力面积时过于复杂,反而使学生糊涂了,把图画出来就可以让学生明白,外面的面积上下都有,可以抵消。二是整节课教师以讲为主,没有发挥学生的主体性,可以在学生实验时让其稍微自由些,使其产生认知冲突。

总之,老师的这节大气压测定课,让我们学习到了一些新的东西,有了新的收获。

徐汇教师进修学院  赵谊伶

本节课的教学中很好的体现了新课程提出的三个维度的培养目标,使德育与学科教学内容有机结合,与学生的成长需要有机结合,在教学过程中对学生进行科学方法、科学态度、科学精神的渗透与教育。

1、从学生感兴趣的问题引入。

课的引入用了一个学生感兴趣的图片,把学生的思绪带到了17世纪的马德堡半球实验,伴随着画面的出现,教师提出了问题:“通过马德堡半球实验深刻感受到了在我们身边有着一位看不见的大力士,那就是大气压强。可是,这位大力士的力气到底有多大呢?老师很好奇,相信各位同学也很想知道”。陈敏老师的教学语言,自然流畅、亲切大方,富有感染力。几句看似一般的开场白,一下子就拉近了教师与学生之间的距离,而且激发学生强烈的探究欲望 “本节课,我们就来研究:大气压强的测定”。教师揭示课题,请同学们做好准备。

一节成功的课堂教学必然应有个好的开头,这节课的开头达到了预期的目的。师生进入一种和谐、宽松、自然,富有情景的学习氛围之中,这样可激发学生的学习兴趣,调动学生学习科学的积极性,促使学生有从知道大气压的存在到想定量测定大气压强的愿望。让学生经历从喜欢上物理课到喜欢物理学科到热爱科学到热爱生活过程。

2、知识目标落实到位

学科教学不能有任何轻视和淡化知识与技能培养目标的倾向。因为知识与技能在三维培养目标中是第一位的,它既是本体又是载体。没有知识与技能的培养,其它方面的教育都是无效的。

这节课要让学生知道托里拆利实验首次测出大气压的值。知道一标准大气压的数值。教学过程中教师并不仅将眼光局限在这一点上,而是利用测定大气压的值这一有利契机,让学生将以前所学知识自觉地运用到本节课中,体现了教师开阔的教学视野。

在突出教学重点,化解难点上陈教师采取了一下列有效的措施。如教师根据学生的实际情况,让学生:

1)对覆杯实验中的纸片进行受力分析。

2)运用压强公式得到:F=PS

3)根据二力平衡的知识,得出间接测量大气压强的方法P大气=P

4)运用液体压强公式,计算玻璃管中液体压强值:P=ρgh

教学过程中难点逐一突破。落实知识的过程中,引导学生参与知识的形成过程,丰富学生的认知背景。

5)适时让学生进行交流,教师进行及时点评。使学生获得成功感,可进一步增强学生学习的自信心。

3、进行德育水到渠成

课上所进行的德育是自然和流畅的,德育过程既有潜移默化的润物细无声,又有水到渠成的掷地有声。学生获得的情感体验是丰富的、是珍贵的、是有价值的、是震憾心灵的。

1)无处不在的德育

课上陈敏老师亲切的语言、和蔼的笑容,对学生发言的悉心倾听、与学生真挚的交流,对学生发言的赞美,请学生参与教学活动,组织学生进行交流,一个“请”的手势,一个鼓励的眼神等等可以说无处不在的蕴含德育。课堂上学生们是愉悦的。

2)进行科学方法的渗透

“事实加假想”即以观察到的事实为基础(背景),加上抽象思维的假想,是伽里略、牛顿等开创的一种科学方法,这种方法标志着物理学的真正开端。爱因斯坦称之为它是人类思想史上最伟大成就之一。

教学过程中从覆杯实验展开假想:“大气可以托起杯中的水柱,如果做实验用的杯子可以一直变长,杯底的纸片是否可以一直不落下来呢?让我们在这个实验的基础上展开想象的翅膀,一起来做一个假象实验:如果做实验用的杯子可以一直变长,那么,是不是纸片可以一直不落下来呢?如果落下,是什么时候刚好落下呢?”

通过逐步深入的设问,引导学生从熟悉的二力平衡入手,对纸片进行受力分析,在学生清楚了纸片受力平衡的情况下,师生共同推理得出测量大气压强的方法P大气=P。即通过测量杯(管)中液体压强,间接测出大气压强。体现了等效替代、间接测量的科学方法。

“模拟到替换”在模拟托里拆利实验中,从覆杯到矿泉水瓶,从矿泉水瓶到玻璃管,实验一步步接近,问题也凸现出来,在玻璃管无法增长的情况下,管内液体要获得等效的液体压强,学生自然想到换用密度更大的液体的方法,这实际上也是当时托里拆利的做法。让学生经历了科学家当时进行实验的过程,科学方法也体现其中。

3)科学精神的培养

关于托里拆利实验历史的简介,体现了科学家尊重事实、不迷信权威的科学精神。

本节课师生是在愉悦的状态下从事学习活动的,德育的渗透收到了很好的效果。德育的内容是经过教师深入挖掘的,与教学内容进行有机的整合后才有效地进行渗透。

 

改进建议:

本节课仍有需进一步改进的地方。如对学生估算管内液体压强的指导;当将托里拆力实验中的玻璃管倾斜时,管内水银面的高度、水银柱的长度要让学生清楚。