在物理课程教学设计中引入中国元素*
——以倒注壶与连通器为例

张念依 李国榕 邓楚楚 林琪

(福建师范大学物理与能源学院 福建 福州 350117)

李海彬

(福建省南安第一中学 福建 泉州 362300)

叶晴莹

(福建师范大学物理与能源学院 福建 福州 350117)

教育专家指出：中国学生发展核心素养应植根于中华优秀传统文化土壤中[1]．物理学科的教学设计应在学生学习科学知识的同时，引入优秀中国元素，从而提升学生的人文底蕴，达到全面平衡发展．现人教版八年级物理教材中的第九章的内容为“压强”，连通器为该章第2节液体的压强中的内容．关于连通器的教学，作为连接液体压强和大气压强的一节课，很多教学设计往往只是在用实验室的连通器进行演示之后直接得出结论．但是初中阶段的学生身心发展不平衡，还需要用具体实物来支撑习得的内容和结构．仅仅采用演示后直接进行概念教学的方式，如果不给予更深层次的巩固，就会使学生对知识的掌握不牢并对后续的应用造成消极影响．针对这些问题，本文对连通器这一节课的教学进行了设计，将极具中国特色的传统器具“倒注壶” 巧妙地引入课堂教学，从而提升教学效果．

在初中阶段的物理教学中，教师应当根据学生所学的内容，为学生创造条件，让学生经历科学探究和思维加工，保证物理概念和规律的内化[2]．当课程讲解完连通器的原理和特点后，学生往往还没达到可以清晰自主地进行运用的阶段．对此，我们通过引入“倒注壶”模型，对此知识点进行巩固，提升对连通器这一知识点的理解和应用能力．

1 利用认知冲突 激发学习兴趣

首先，教师可展示青釉提梁倒注壶实物，如图1所示，并向学生介绍倒注壶的历史：倒注壶最早见于五代时期，是一种储水容器，展示给大家的倒注壶是一个现代的仿品．接着，教师介绍倒注壶的外观特点：倒注壶有着跟平时生活中所见的壶一样的壶嘴结构，但是壶盖与壶身连为一体，向其中注水时并不能打开顶部的壶盖．

图1 青釉提梁倒注壶

如此奇特的构造，与学生的认知产生了冲突，必会引起学生的注意和疑问：这壶怎么装水？

教师此时顺势翻转壶体，露出壶底梅花状小孔，如图2所示，原来，倒注壶装水时，是要从壶底的小孔向内注水的！这也是这种水壶叫做“倒注壶”的原因．学生此时的疑问更深了：这个壶装水后，水不会从壶底的小孔流出来吗？

图2 倒注壶底

而后，教师演示倒注壶的注水过程：倒置壶体，从小孔中向壶内注水，而后迅速翻转壶体，使壶体正放，并让学生观察是否有水从壶底漏出．学生惊奇地发现，倒注壶装水正放后，几乎滴水不漏！认知冲突使学生的好奇心被完全激发：为什么会这样？教师可请学生猜测倒注壶的构造．此时学生的学习动机已被充分地调动，纷纷积极猜测壶体的构造．

2 层层深入剖析 深化知识学习

在学生猜测的基础上，教师向学生展示倒注壶的实物剖面，如图3所示，倒注壶内部有一个中空的圆柱形漏柱与注水口相接[3]．向注水口内注水时，水经由注水口，通过漏柱进入壶内．除此之外，壶身还有一条弯壁隔出壶口通道，如图4所示．

图3 倒注壶内部结构图

图4 倒注壶剖面图

学生了解倒注壶的内部构造之后，教师让学生开展分组实验，亲手操作倒注壶的储水过程．在此过程中，引导学生思考、分析、讨论倒注壶的储水、倒水的原理.

(1)注水过程

开始注水时，水由注水口流入壶内，如图5(a)所示．随着注水量的增多，水逐渐充满壶内，只要壶中液面高度不超过壶嘴弯管中的A点，如图5(b)所示，壶内的液体就不会由壶口流出[3]．

图5 注水过程示意图

(2)翻转过程

将壶体翻转，这时有细心的学生发现，在翻转壶体的过程中，有部分水从壶底的注水口流了出来！为什么会发生这一现象？教师适时提问，引导学生自行分析这一现象的原因．学生在前面的课程中已学习过连通器原理，因此，他们可以很快得出壶体翻转时漏水的原因：翻转过程中，如果水面的高度高于中央漏柱的所处位置,如图6(a)所示，根据连通器原理，水就会从注水口流出来．

教师在褒奖这部分学生的同时，更加深入地提问：怎么样才能避免壶体在翻转过程中漏水？

为了解决这一问题，学生们再次动手重复上述壶体翻转的过程．在动手实验的基础上，通过讨论分析，学生可得到以下两种解决方法：

1)快速翻转壶体，尽量缩短壶体处于图6(a)这一状态的时间，这样，水就几乎不会漏出；

2)减少注水量，如图6(b)所示，当壶体倾斜时，让漏柱顶端高于液面，根据连通器原理，水也不会漏出．

图6 壶翻转过程示意图

(3)正置过程

将壶体放正之后，如图7所示，壶嘴与壶身构成了一个连通器，只要壶内的液体不高于漏柱顶端，如图7的B点，壶内的水便不会从底部的注水口流出．即达到了倒注壶的储水功能．

图7 壶体正置示意图

(4)倒水过程

装好水正置之后，倒注壶类似一个正常的茶壶．向外倒水时，壶嘴和壶身部分液面的高度相同，如图8所示，根据连通器原理可知，当壶内的水位持平于或高于壶嘴时，壶内的水便流出来了．

图8 倾斜倒水示意图

分析完倒注壶储水、倒水的过程，教师再次引导学生思考：这种倒注壶能装满吗？

这一问题把学生的求知欲又一次调动起来，于是他们再次积极动手实验．在实验中，学生们发现：这种倒注壶在倒置注水的过程中，水不能超过壶嘴弯壁的高度，即不能超过图5(b)中的A点；而壶体放正时，水也不能超过漏柱的高度，即不能超过图7中的B点．因此，这个壶是不可能被装满的．这说明，在用倒注壶储水时，注水需要把握一个度．此时教师可适时地引入“凡事满则溢，亏则损”的道理，于无形中对学生进行课程思政的教育，教给学生为人处世的道理．

3 实物简易复原 理论联系实际

在分析完倒注壶的结构特点和注水、储水、倒水的原理后，教师可以让学生亲自动手制作一个“简易倒注壶”．实验材料如下：透明塑料杯两个、软管一根、吸管一根(或用两根吸管亦可)、剪刀一把、热熔胶若干．

通过课堂教学发现，学生经过上述的深入学习后，大部分可以自主完成简易倒注壶的制作．少数动手能力较弱的学生，在教师的引导和学生的帮助下，亦可完成制作．

制作方法如下：

(1)将塑料杯甲的杯底穿孔，另一个塑料杯乙侧壁穿孔；

(2)将吸管截取适宜长度从甲杯的杯底穿入，将软管从乙杯的侧壁穿入，软管的一端穿出乙杯的侧壁作为壶嘴，其余部分留在杯中；

(3)用热熔胶将甲杯和乙杯的穿孔处封住；

(4)将两个杯子杯口边缘对齐，用热熔胶使两个杯口固定，并封住边缘缝隙．

课程中，学生对制作倒注壶的过程和简易倒注壶的成品(图9)非常感兴趣．制作完成后，学生间相互对比谁的倒注壶在翻转时不会漏水，谁的倒注壶更能储水——在此过程中，教师可引导学生思考：为什么有的学生的倒注壶能装的水多，有的学生的倒注壶能装的水少？为什么有的学生制作的倒注壶在翻转中会漏水而有的学生不会？并将此作为课后探究的内容留给大家，鼓励大家在课余时间制作“不漏水、多储水”的倒注壶．

图9 简易倒注壶

4 结束语

通过以上案例的学习，学生在教师的引领下，自主思考、主动探索，将理论知识与实践操作结合起来，通过层层递进，步步深化的探究过程，将课本上抽象的概念具体化，并转化为自身的深刻认知．课程将动脑学习与动手学习相结合，不仅使学生的实践能力得到锻炼，也拉近了物理这一学科与生活的距离，使物理真正源于生活，助于生活．在物理课程教学设计中引入中国元素，学生在学习物理知识的同时，感受到了先人的智慧，并体会到中华民族文明成果的独特魅力，提升了学生的文化自信．同时，教师也将课程思政隐含在课堂之中，对学生的为人处世进行潜移默化的教育，达到了教书育人、润物无声的目的．