搭建问题支架 驱动思维进阶

郭丽君

人教版物理八年级《大气压强》的教学目标是：学生经历物理活动过程，逐步认识大气压；了解大气压的客观存在，并会解释生活中的大气压强现象；借助相关器材，掌握粗略测量大气压的不同方法。为实现以上目标，笔者通过演示“玻璃瓶吞鸡蛋”实验引入教学，让学生在好奇心的驱使下完成以下挑战性任务：证明（感知）大气压的存在；体验大气压的大小；粗略测量大气压的值；探究大气压与高度的关系。同时，教师在这些任务中嵌入基于SOLO分类评价法设计的引导问题和持续性评价，引领学生思维逐层进阶。

一、解构实验细节，让思维动起来

对比实验是认识事物、掌握规律的一种有效方法，是物理教学中激发兴趣、启发思维、培养能力的有效策略。教师可以引导学生解构对比实验细节，并进行关联思考，让学生思维动起来。

教学中，为让学生充分感知大气压强的存在，笔者先出示任务情境一：如图1所示的“覆杯实验”，先用硬纸片盖住平口烧杯瓶口，迅速倒立；再将平口烧杯装满水，用硬纸片盖住瓶口后迅速倒立；最后将竖直向下的烧杯口旋转90°（使烧杯口朝侧面），再以自己为圆心旋转一周。每次倒转，笔者都让学生先猜测纸片会不会掉、水会不会洒出来，再认真观察，解释原因。

学生思考的过程中，笔者提供了如下问题支架：①为什么将平口烧杯装满水？②瓶口迅速倒立时纸片不会掉、水不会洒是什么原因？③瓶口旋转一周时纸片不会掉、水不会洒又说明了什么问题？④如果杯子再加高一些、变细一些（换成一根玻璃管），情况会是怎样？⑤能否用这个实验解释“玻璃瓶吞鸡蛋”的原因？此处，笔者通过层层递进的问题（其中，①②属于单点结构问题，③属于多点结构问题，④⑤属于关联结构问题），引导学生思维逐步进阶。前三个问题让学生明白：杯中装满水是为了排除空气，纸片和水被大气压托着掉不下来，此时大气压强的方向是竖直向上的；将竖直向下的烧杯口旋转90°，纸片仍不会脱落，水不会洒，说明大气压强是朝着各个方向的。笔者进一步引导学生设想杯子（玻璃管）继续层层加高，纸片总有掉下来的时候，纸片刚要掉下来时，如果忽略纸片的重力，应有P气=ρ水gh ，所以只要测量出此时水柱的高度h，计算出水柱的压强，大气压强就等于这段水柱所产生的压强，从而引出后续的托里拆利实验。最后，教师让学生解释“玻璃瓶吞鸡蛋”的现象，使学生举一反三，实现问题解决能力的迁移。

二、体验探究过程，让思维实起来

探究既是科学学习的目标，又是科学学习的方式。教师充分关注学生获取知识的思维过程，给学生提供科学探究的机会，让学生亲身经历知识探究过程，可以充分调动学生学习的主动性和积极性，提升其实践能力、创新思维和创造潜能，从而实现思维进阶。

教学中，为让学生掌握粗略测量大气压的方法，笔者给学生提供了吸盘、光滑的玻璃板、弹簧测力计、钩码等器材，让他们利用这些器材设计实验粗略测出大气压的值。学生分组讨论后，一个小组想到的方法如图2所示：将蘸水（使空气排得更彻底）的吸盘按压在光滑的玻璃板上，挤出吸盘内的空气，用弹簧测力计与玻璃板垂直的方向（使吸盘受到的拉力与大气压力在同一直线上）缓慢拉动拉环，直到吸盘脱离板面，记录刚刚拉脱时弹簧测力计的示数F；也可以在吸盘下面悬挂重物或细沙，测出刚刚拉脱吸盘时的力，再测量出吸盘与桌面的接触面积S，根据P=[FS]算出所测得大气压的大小。

笔者让其他组的学生针对该组学生的实验过程提出自己的疑问。学生提出以下问题：①吸盘紧贴玻璃之前为什么蘸上水？②实验时应测出哪些物理量？如何测这些物理量？③为了测出大气压力的方向，拉吸盘的力与玻璃板板面的关系如何？④实验中利用弹簧测力计测拉力时，什么时候读数？用弹簧测力计刚刚拉脱吸盘的力与大气压力的关系如何？⑤除了用弹簧测力计拉吸盘，还有其他方法吗？⑥实验存在的误差有哪些？⑦你还能用其他器材粗略测出大气压强的大小吗？如何设计实验？该实验存在哪些误差？这样逐步深入，促进学生深入思考测量大气压强的具体方法及注意事项。其中，①属于单点结构问题，②⑥属于多点结构问题，③④⑤属于关联结构问题， ⑦属于拓展抽象结构问题。这些问题涉及粗略测大气压的原理、测量方法、实验过程中需要注意的细节，以及科学实验中极为重要的实验设计和减小误差等方面的问题。

三、课外拓展探究，让思维活起来

教师引导学生把所学知识运用到新情境中解决新问题，能够提升学生的科学思维能力。开展物理课外实践和实验活动，不但可以让学生用课堂上学到的解题方法解决现实生活中的问题，以强化知识应用、培养学科核心素养，而且可以践行“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念，激活学生思维。

课外拓展环节，笔者让学生在爬楼过程中完成探究大气压与高度的关系的学习活动。活动内容是：将瓶中装适量带色的水，使两端开口的细玻璃管穿过橡皮塞插入水中，用密封胶将玻璃管四周密封，从管子上端吹入少量气体，使瓶内气体压强大于外界大气压强，水沿玻璃管上升到瓶口以上，觀察从一楼到五楼的过程中，玻璃管内水柱高度的变化。活动结束后，笔者先让学生汇报问题①（从一楼到五楼的过程中，玻璃管内水柱高度是上升还是下降？），然后补充问题②“为什么在珠穆朗玛峰上用敞口锅煮不熟鸡蛋”和问题③“大气压与海拔高度是什么关系”。其中，①是单点结构问题，②是关联结构问题，③是拓展抽象结构问题。这三个问题引导学生思维从具体到抽象、从个别到一般，驱动学生思维逐步进阶。

（作者单位：十堰市竹溪县教师学习与资源发展中心）