关于教材中蚊子和骆驼有关压强问题的再思考

成峰

图1为人教版教材八年级物理下册第九章第一节《压强》中，为对比说明压力的作用效果不仅跟“压力的大小”有关，还应跟“受力面积”有关所作编排.笔者认为此处安排不当.

1缺乏科学性，对比无效

蚊子叮人时，蚊子口器对皮肤施加了压力.骆驼站在沙漠上，骆驼对沙子施加了压力.二者压力均对受力面产生了一定的压强，所产生的“效果”对比明显.可细细想来，这个对比过程难免让人心生疑惑.完全不同的两种“效果”究竟是什么原因造成的呢？你可以认为是压力作用的结果，难道学生不能认为“皮肤没有沙地结实”吗？承受压力作用的对象完全不同，对比变得毫无意义.比如探究“八年级女生和男生物理学习能力，哪个更强？”我们选一组八年级男生解答一道大学物理题，另一组八年级女生解答一道八年级物理题.结果前者解错了，后者解答完全正确.结论：男生的物理学习能力不如女生.这种结论难以让人信服.

2逻辑关系不清，结论牵强

以下为教材所作分析：

以上述事例可以看到，蚊子的口器对皮肤的压力虽然不大，但由于口器十分尖锐，因而能轻易刺穿皮肤；骆驼虽重，但脚掌面积很大，因而不会深陷沙中.这使我们想到：压力对物体作用的效果不仅跟压力的大小有关，还应该跟受力面积有关.让我们尝试通过实验来检验上述想法.

在这段分析中，教材通过“刺穿”与“不会深陷”对比出压力效果的不同.细细品读，笔者认为教材在特别强调“尖锐”与“脚掌面积很大”，突出强调“受力面积”对压力作用的效果的影响.文中虽然也提及了“蚊子的口器对皮肤的压力虽然不大”、“骆驼虽重”，压力的大小对压力作用的效果究竟存在何种的影响并无体现.“这使我们想到：压力对物体作用的效果不仅跟压力的大小有关”，真的令人难以接受.

3蚊子叮人的过程并不简单

蚊子口针刺入皮肤时最关键的两个部件：上唇和下颚.上唇尖端部位很尖，曲率半径约为100～200纳米，而普通缝衣针的针尖曲率半径约为100微米.如果简单地将截面看成一个圆，上唇尖端约为普通缝衣针尖的百万分之一.

蚊子的下颚尖端同样锋利，曲率半径同样约为几百个纳米.下颚的外侧和内侧均长着一排微小而精致的锯齿状结构（如图2），这些锯齿的齿尖曲率半径约为50～150微米.吮吸人类血液的蚊子一般长着14个以下的锯齿.微纳锯齿数目越多，刺入皮肤能力越强.蚊子上唇与下颚的弹性模量与聚合物材料相当，表面硬度则可媲美金属材料，并且越接近尖端表面硬度越高.正是这个内柔外刚的力学特质使得蚊子口针不但能轻易刺入皮肤，还可以在皮下自由弯曲以寻找毛细血管.

用高速摄像机观察发现，蚊子口针刺入皮肤的过程并不是简单刺入.刺破前蚊子会将其口器绷直，快速地刺向皮肤.这是一个动态冲击的过程：上唇尖端首先刺破皮肤表面，此后，随着刺入深度的增加，伴有周期性的振动，从而驱动带有微纳锯齿的下颚锯开皮肤.在振动刺入初始阶段，蚊子头部振动频率较高，约为10～15赫兹；在中间刺入阶段，振动频率逐渐降为6～8赫兹；振动末期阶段振动频率仅为3～5赫兹左右.

鉴于以上考虑，笔者建议教材选用其它更贴近学生生活、直观形象、易读易思易懂的实例帮助学生建立抽象的压强概念.比如，在学生的生活体验中，一根针扎在手上该是多么的疼，而一把针扎在手上？学生的神经都要紧张的崩断了，实际情况如何？学生简直不敢相信自己的眼睛.实际实验的结果与学生体验的巨大反差一定可以激发学生浓厚的学习兴趣，学生对“压力的作用效果与受力面积有关”的结论刻骨铭心.作为一线教师，我们热切期待教材真正的改变.