创新实验设计 突破教学难点

华连凤

摘要：利用液体压强概念知识点，设计了创新实验及其拓展实验，以“进阶”式教育策略阐述了创新实验设计在概念教学中的重要意义。本文以液体压强实验教程为例，用循序渐进的认知方式来设计实验，并拓展该概念的生活运用，突破教学中的重难点，从而使学生熟练掌握该知识点。

关键词：液体压强;创新实验设计;概念教学

在以“学习进阶”理论为趋势的大概念教学中，实验教学作为培养学生动手能力、提升学生自身科学素养的有效方式，对学生理解概念、熟练运用概念的衍生知识起到了关键作用。然而在初中科学教程中，其存在着许多比较抽象的概念，这对于抽象思维形成还不够完善的初中生而言具有较大的难度。因此，对于教师如何开展实验教学、创新实验设计来突破教学重难点，则提出了更高的要求。

一、设计创新实验突破概念难点

教育心理学的研究成果显示，学生在形成概念的初级阶段，必须先有一定的感性认识，然后再上升到抽象的理性认识上。在某一概念的学习过程中，学生首先接触到的是教材的知识点，其中不乏一些相对比较模糊的概念，例如本文的液体压强概念等。因此如果把抽象的、模糊的概念通过教学方式来实现其具体化、形象化，那便可以有效地帮助学生深刻理解各大概念。而在这一“进阶”式的认知过程中，实验教学手段就体现出了其明显的优势。

1.构建概念

浙教版七年級下册第三章中的液体压强概念，是初中物理教材的重点之一，同时也是难点之一。学生在学习该概念时，首先需要对其有一定的感性认识，即知道什么是压强，液体压强产生的原因及其计算公式、影响因素有哪些等等。其中，压强的定义是物体单位面积上所受力的大小，其定义公式为：

而对于液体来说，其推导公式则为：

而且液体压强主要是由自身重力产生的，受到液体密度、深度的影响。

从“进阶”式思维方式角度出发，学生首先需要从零碎的知识碎片中组织出完整的概念，即概念的构建。通过课堂学习，学生能够对该概念形成一个初步的记忆。但是教师一般在讲解概念的时候，主要是按照书本内容来讲解的，学生也因为缺乏抽象思维想象能力而只能生硬的去记忆，从而导致无法彻底理解该概念。为了更深刻的理解该概念，实验教学便起到了关键性作用。

2.初步实验

在新教材的液体压强实验中，一般是以水作为主要的液体，其中主要的学生探究实验有两个，分别是：液体对容器底部和侧壁的压强探究实验（图1）;液体内部各个方向的压强探究实验（图2）。

这两个实验分别证明了液体对容器底部和侧壁均存在压强，同时在液体内部同一深度时，各个方向的压强均相等。学生能够通过该实验实现对概念的基本了解，加深对其的记忆。但由于学生的思维能力不同，对其的理解程度也存在差异，同时也会产生各种疑问，因此需要对改实验进行一个定性的对比实验，主要从其影响因素p、g、h来考虑分析。由于参数g在相同环境条件下是相同的，因此只需要考虑剩余两个参数。下图3所示为装有酒精溶液的试管，其试管口处有橡胶薄膜覆盖，并将其缓慢插入装有水溶液的容器中，其中h1为试管内酒精溶液的高度，h2为试管插入水中的深度。在该实验中，当试管未插入水中时，由于酒精溶液受到自身重力的影响，对薄膜产生压强，使其向外凸出，如图3-3所示;当试管慢慢向下插入时，薄膜会逐渐恢复，当h1和h2达到一定比值时，薄膜将如图3-2所示;如果试管继续深入，则会出现图3-1所示情况。

通过对该实验的现象进行分析，学生可以相对容易的理解液体压强的影响因素，有助于整合自身相对完整的概念。

3.创新实验加深理解

根据新课标所指出的，对于概念的学习不仅需要对其记忆并理解，同时还需要熟练掌握如何运用。利用定性对比实验能够加速学生对概念的理解，为了能够熟练运用，本文设计了针对液体压强应用的实验。

连通器原理以液体压强为基础，被广泛应用于各个行业中，生活中比较常见的有：茶壶的设计，下水道的设计等等。连通器的定义是上端开口、下部连通的容器，最为基本的容器如图4所示：

当容器内的液体相对静止时，由于液体内部各个方向的压强相等，根据液体压强公式可以得出，试管左右两边高度h1和h2是相等的。根据这个原理，本文设计了一个简易的连通器装置，如图5所示：

该实验首先需要准备三个透明的塑料瓶以及带颜色的水溶液，以便用于观察，并用导管将三个瓶子连通起来。首先将1号瓶和3号瓶的瓶盖打开，将2号瓶瓶盖拧紧，如图5-1中所示。然后将绿色的水从3号瓶中注入，这里可以观察到，3号瓶中的水会通过相互之间的导管进入2号和1号瓶中;但是随着越来越多的水注入后，1号跟3号瓶中水的最高液面达到了同一高度，而2号瓶中的液面却比较低，而且在到达一定高度后随着水的注入并未发生改变，如图5-2所示。最后将2号瓶的瓶盖拧开后，则发现三者的液面都达到了相同的高度。

该实验主要考察的是学生对连通器原理的理解与应用：首先，三个瓶子中1、3号瓶子的瓶盖是拧开状态的，而2号瓶子则是拧紧状态的，同时三者之间用导管进行了低处连通，于是便组成了一个连通器，两者的液面高度相同;其次在图5-3中，当2号瓶的瓶盖拧开后，三者便组成了一个复合连通器，三个瓶子的液面都会达到同一高度;然而在图5-2中，2号瓶中的液面在达到一定高度后并未发现变化，这主要是由于瓶中的气体压强与液体液面处的压强达到了一个平衡状态，当打开瓶盖后，大气压强减小，则液面上升。通过该实验，学生能够了解到连通器的不同形态，同时也知道了大气压强的存在，能够为下一节学习大气压强起到铺垫作用。

二、设计拓展实验熟练概念运用

通过探究实验可以发现学生对概念理解存在的疑惑，而解决学生的疑虑、帮助学生熟练掌握概念则是教师的主要任务。在引入连通器原理之后，通过上述创新实验发现学生对该原理的应用的疑问是最多的。发现问题，解决问题是学习道路上的必要手段，因此本文针对该疑问，重新设计了一个延伸拓展实验，以便学生能够完全理解概念。

图6为一个简易的连通器吸水实验，该实验需要准备两个杯子和一根吸管，其中一个装满液体，另外一个则是空的。首先将吸管里面装满液体，用手堵住后一端插入液体液面以下，另外一端则放入空杯中，如图6-1。由于液体在相同高度液面处的压强是相等的，因此吸管将会从装满水的杯子里面把水吸入空杯中，直到两个杯子里面的液面高度差为0时才停止，如图6-2。同时在此基础上，再用手将杯子提起来，使得吸管的左端的出水口与杯内液体之间存在液面高度差，那么水将会继续从出水口流出，如图6-3。

該实验是连通器的一个拓展运用，是在其定义的字面意义上的延伸。两个杯子上端开口，而吸管则代替了其底部相连的问题，实现了一个连通器构造。同时在该实验过程中，存在许多学生无法完全理解该现象并提出了许多的质疑。经过总结后，有以下几点需要着重注意：在图6-1中，空杯里面的吸管出水口液面必须要低于装有液体的杯子里面的液面;吸管的进水口跟出水口必须要浸入平衡后的液体里面;将杯子提起来后，杯中的液体会继续流出直至吸管右端进水口露出液面。这也是学生存在最多的几个误区，这便需要通过老师与学生之间的互动和学生小组讨论等形式来进行探究，用拓展实验等方法把学生从错误的思维方式中指引过来，这样使得学生对概念能够有更深刻的记忆与理解。同时该实验的有趣现象也能够使学生对科学产生兴趣，从而激发出学生的求知欲，能够更深层次的理解概念，从而解决教学中的重难点突破。

三、创新实验教学总结与反思

课堂教学是学生获得理论知识的重要途径，而实验教学则是课堂教学的实践证明，通过大概念教学理念创新设计出恰当的实验，能够使学生在理解并掌握大概念上达到事半功倍的成效。本文通过液体压强为例，从最初的课堂教学初步记忆概念，到教材实验教学逐渐理解概念，最后根据学生提供的质疑反馈来设计出概念教学中的创新实验，利用恰当合理的探究实验，更有效率的解决教学中重难点的突破，最终达到学生理解并熟练掌握概念的目标;同时还引入拓展实验，培养学生独特的发散思维能力，从而提高学生自身的科学素养，最终实现“进阶”式的提升。

参考文献：

[1] 黄建林， 朱春风. 利用创新实验突破教学难点[J]. 中学物理， 2017（5）： 46

[2] 徐建春. 化学创意实验的设计与教学应用[J]. 化学教学， 2008（8）： 32-34

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