序言：寫作是分享個(gè)人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了1篇的初中物理液體壓強(qiáng)教學(xué)難點(diǎn)的形成樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

摘要：初中物理液體壓強(qiáng)教學(xué)難點(diǎn)形成的原因有：知識(shí)本身的抽象性，學(xué)生頭腦中錯(cuò)誤的前概念，呈現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)裝置單一，教科書編排的邏輯體系不足等。對(duì)此，從符合初中學(xué)生的思維習(xí)慣和認(rèn)知規(guī)律的角度，設(shè)計(jì)了3個(gè)自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生經(jīng)歷了體驗(yàn)、豐富了經(jīng)驗(yàn)，從而有效地突破了液體壓強(qiáng)的教學(xué)難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：初中物理；液體壓強(qiáng)；自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

液體壓強(qiáng)是義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中認(rèn)知層次達(dá)到理解要求的4個(gè)知識(shí)點(diǎn)之一，可見液體壓強(qiáng)是初中物理教學(xué)的重點(diǎn)。從以往的教學(xué)實(shí)踐來看，液體壓強(qiáng)教學(xué)也是初中物理教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)[1][2]。為此，我們探尋了液體壓強(qiáng)形成教學(xué)難點(diǎn)的原因，同時(shí)從符合初中學(xué)生的思維習(xí)慣和認(rèn)知規(guī)律的角度設(shè)計(jì)了3個(gè)自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)，來讓學(xué)生經(jīng)歷體驗(yàn)，豐富表象，形成經(jīng)驗(yàn)，提升素養(yǎng)，從而有效地突破了液體壓強(qiáng)教學(xué)的難點(diǎn)。

一、液體壓強(qiáng)教學(xué)難點(diǎn)的形成原因

1.知識(shí)本身的綜合性和抽象性

液體壓強(qiáng)的綜合性是指液體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)和理解過程中涉及到的物理思想因素，包括轉(zhuǎn)換的思想（液體壓強(qiáng)大小轉(zhuǎn)化為橡皮膜的凹陷程度和Ｕ型管中液柱的高度差），等效代替的思想（深入水中靜止的平底試管底部受到的壓強(qiáng)等效于液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)），理想模型（計(jì)算液體壓強(qiáng)公式時(shí)選取理想的圓柱形液柱）。涉及到的知識(shí)點(diǎn)有：力的作用效果、密度、質(zhì)量、體積、重力、深度、面積、壓力和壓強(qiáng)、二力平衡等，甚至波及到玻意耳—馬略特定律（有助于理解U型壓強(qiáng)計(jì)的原理）以及大氣壓強(qiáng)（有助于明晰液體壓強(qiáng)和液體內(nèi)部壓強(qiáng)）[3]。這些知識(shí)對(duì)剛剛接觸物理的初二孩子來說足以眼花繚亂。而形成液體壓強(qiáng)抽象的主要原因有：初中生不了解它的起因[4]，對(duì)液體的流動(dòng)性和液體的壓縮性認(rèn)識(shí)不足[5]，加之液體壓強(qiáng)知識(shí)鏈條上沒有“帕斯卡定律”作為認(rèn)知基礎(chǔ)的支撐，學(xué)生在邏輯思維上很難深入透徹地理解液體對(duì)容器壁有壓強(qiáng)，液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)且同一深度液體壓強(qiáng)相等。

2.學(xué)生頭腦中錯(cuò)誤的前概念

“學(xué)生在學(xué)習(xí)新的概念時(shí)，一定會(huì)受到前概念的影響”[6]。學(xué)生在學(xué)習(xí)液體壓強(qiáng)之前，頭腦中已經(jīng)有了力、壓力與壓強(qiáng)等知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)不自覺地遷移到生活和學(xué)習(xí)中，再與液體的質(zhì)量、重力、體積、密度等物理量相結(jié)合，很容易把固體壓強(qiáng)的觀念套用于液體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)，形成一些前概念。如液體的質(zhì)量越大，液體的壓強(qiáng)越大；液體也會(huì)等大地傳遞力；裝水的容器底面積越大，壓強(qiáng)也就越大。這些錯(cuò)誤的前概念在思維上會(huì)阻礙科學(xué)概念的建構(gòu)和深入理解。

3.實(shí)驗(yàn)裝置單一而實(shí)驗(yàn)原理復(fù)雜

在當(dāng)前使用的各種版本的義務(wù)教育初中物理教科書中，關(guān)于液體壓強(qiáng)教學(xué)主要編排了微小壓強(qiáng)計(jì)1個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。該裝置在探究液體內(nèi)部有壓強(qiáng)、液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，以及液體內(nèi)部同一深度壓強(qiáng)相等的知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)上是特別有成效的?？梢院敛豢鋸埖卣f，到目前為止沒有一個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置可以優(yōu)越于它的教學(xué)效果，我想這也是所有教科書中都編入該實(shí)驗(yàn)裝置的緣由。但我曾經(jīng)問過很多學(xué)生和老師微小壓強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)原理是什么，學(xué)生幾乎說不出原理是什么，而老師也不能完全說得很清楚。這是因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)裝置從研究對(duì)象液體作用于實(shí)驗(yàn)源的橡皮膜上，再通過“空氣傳遞”，最后使實(shí)驗(yàn)效果顯示在Ｕ形玻璃管中左右液柱差上。實(shí)現(xiàn)上述過程要經(jīng)歷如下3次轉(zhuǎn)換：水施力使橡皮膜形變（力使物體發(fā)生形變）→在橡膠管內(nèi)封閉的空氣體積減少壓強(qiáng)增大（玻意耳—馬略特定律）→增大壓強(qiáng)的空氣柱推動(dòng)有色液柱一端下降，另一端上升（力可以改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）。其中玻意耳—馬略特定律的內(nèi)容，初中物理還沒有涉及到，因此從實(shí)驗(yàn)裝置的原理上來看有些復(fù)雜。

4.教科書中液體壓強(qiáng)編排的邏輯體系不足

在當(dāng)前使用的各種版本的義務(wù)教育初中物理教科書中，除滬科版外[7]，在編排液體壓強(qiáng)內(nèi)容時(shí)均缺失帕斯卡定律的內(nèi)容。通過教學(xué)實(shí)踐來看，沒有編排帕斯卡定律導(dǎo)致思維邏輯上出現(xiàn)斷層與缺漏。從認(rèn)知邏輯角度來看，帕斯卡定律是正確理解液體對(duì)容器壁周圍有壓強(qiáng)、液體內(nèi)部有壓強(qiáng)、液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，以及液體壓強(qiáng)可以等大地傳遞等知識(shí)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。因此，液體壓強(qiáng)知識(shí)的學(xué)習(xí)總是在思維認(rèn)知上有斷層，學(xué)生不能深入透徹地理解。從學(xué)科邏輯的角度來看，帕斯卡定律是組成流體力學(xué)系統(tǒng)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來而形成一定邏輯結(jié)構(gòu)所不可或缺的知識(shí)點(diǎn)。

二、突破液體壓強(qiáng)教學(xué)難點(diǎn)的策略

1.以自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)獲得的豐富經(jīng)驗(yàn)彌補(bǔ)抽象知識(shí)學(xué)習(xí)的不足

當(dāng)前使用的各種版本的義務(wù)教育初中物理教科書，包括微小壓強(qiáng)計(jì)在內(nèi)，整個(gè)液體壓強(qiáng)教學(xué)最多編排了3個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（人教社版編排了2個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置）。教科書中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容偏少地編排呈現(xiàn)液體壓強(qiáng)知識(shí)，很難實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)所要求的通過實(shí)驗(yàn)探究經(jīng)歷體驗(yàn)，形成經(jīng)驗(yàn)，建立有助于思維的直觀表象。如液體壓強(qiáng)公式P=ρgh都是“空降”一個(gè)理想的直液柱模型來理論推導(dǎo)。對(duì)多數(shù)抽象思維能力和理論推理能力不足的學(xué)生來說，這個(gè)從液體中想象劃分出來的假想的“直液柱”很難理解，因?yàn)槿粘Ｉ钪袑W(xué)生沒有這一方面的經(jīng)驗(yàn)作為思維的支撐，加之初二學(xué)生剛剛適應(yīng)從具體到抽象的教學(xué)過程。為此，我們自制機(jī)械壓強(qiáng)計(jì)來直觀呈現(xiàn)現(xiàn)象，豐富具體表象，從而提供符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的思維變化過程：感性上的具體→抽象的規(guī)定→思維中的具體。

（1）實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)

如圖1所示，A是將方形透明飲料瓶的上部和下部去掉后得到的一個(gè)長(zhǎng)方體容器；B是用螺絲與方形透明飲料瓶固定在一起的支點(diǎn)；C是硬質(zhì)塑料剪成的針狀指針，用來顯示液體壓強(qiáng)大??；D是用兩面膠粘貼在方形透明的飲料瓶上的刻度盤，用來標(biāo)度液體壓強(qiáng)大小；E是“U”型的金屬細(xì)絲，一端與指針C相連，另一端與玩具氣球橡膠膜F相連，為了更好地反映橡皮膜形變程度，連接時(shí)將橡膠皮這端的金屬絲頭彎曲成小圓后，再用透明膠布粘接。

（2）實(shí)驗(yàn)過程的說明

①用手指輕輕地向上擠壓橡皮膜，學(xué)生會(huì)觀察到受力后發(fā)生形變的橡皮膜帶動(dòng)金屬絲使指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，壓力越大指針偏轉(zhuǎn)得越明顯，從而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)和理解該實(shí)驗(yàn)裝置的原理。②用手握住該裝置的上部，將橡皮膜那端朝下直接壓入水中，從飲料瓶貼紙刻度尺上讀出浸入液體中的深度越大，指針?biāo)傅目潭戎翟酱?。這說明在液體中深度越大，壓強(qiáng)越大。再把該裝置分別放入與水一樣深度的鹽水中，學(xué)生可觀察到指針?biāo)傅目潭戎当人械目潭戎狄笠恍?。從而說明深度相同時(shí)，液體的密度越大，液體的壓強(qiáng)就越大。

③往該實(shí)驗(yàn)裝置的筒里面加適量的水，會(huì)觀察到筒中形成的“直液柱”所產(chǎn)生的壓力，使橡皮膜發(fā)生形變帶動(dòng)指針偏轉(zhuǎn)。說明橡皮膜受到水柱向下的壓力。再把該裝置慢慢地放入水中，橡皮膜受到水向上的壓力凸起程度減小，從而觀察到指針示數(shù)在變小。當(dāng)該裝置進(jìn)入水中的深度與筒中的“直液柱”的深度相平時(shí)，觀察到指針恢復(fù)到?jīng)]有加水的平衡位置，說明“直液柱”向下的壓力與向上的壓力相等。我們通過實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境提供了具體、真實(shí)、直觀的“直液柱”這個(gè)理想模型的原型。這有助于學(xué)生頭腦中建構(gòu)“直液柱”的表象，為學(xué)生的思維和推導(dǎo)液體壓強(qiáng)公式給予了最基本的起點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。教師再?gòu)亩ζ胶獾慕嵌葘?duì)橡皮膜作圖進(jìn)行受力分析，使學(xué)生明確“直液柱”產(chǎn)生的壓強(qiáng)與橡皮膜所在位置液體產(chǎn)生的向上的壓強(qiáng)相等。此時(shí)再進(jìn)行理論推導(dǎo)，液體壓強(qiáng)公式P=ρgh便水到渠成，從而避免了學(xué)生“無緣無故”地出現(xiàn)“看不見，摸不到”直液柱的困惑和不解。

2.利用自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)的認(rèn)知沖突糾正錯(cuò)誤前概念

對(duì)于液體對(duì)容器壁有壓強(qiáng)、液體內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，以及液體壓強(qiáng)與深度和密度等有關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)，一般來說學(xué)生還是比較容易接受的。然而對(duì)知識(shí)點(diǎn)“液體壓強(qiáng)與液體的質(zhì)量和體積無關(guān)”的認(rèn)知，學(xué)生具有“液體的質(zhì)量越大，液體的壓強(qiáng)越大”的錯(cuò)誤前概念。因此，利用自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的事實(shí)與學(xué)生頭腦中原有認(rèn)知的差異，引發(fā)認(rèn)知上的沖突，使學(xué)生在經(jīng)歷和實(shí)踐中自我覺醒，在反思和內(nèi)化過程中重構(gòu)認(rèn)知結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的順應(yīng)學(xué)習(xí)。

（1）實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)

裝置如圖2所示。A是透明飲料瓶，在其下部用自行車內(nèi)胎上的氣門空心螺絲固定出一個(gè)接口；B是水；C是娃娃營(yíng)養(yǎng)快線的瓶蓋（比其他的飲料瓶瓶蓋稍大些），在蓋子圓心處用自行車內(nèi)胎上的氣門空心螺絲固定成一個(gè)接口，然后在瓶蓋C的開口面用橡膠膜包裹住，并用細(xì)線系好（保證氣密性好），最后將瓶蓋C用軟鐵皮半包后，用螺絲固定在刻度盤F上；D是約1m長(zhǎng)的乳膠管；E是用螺絲固定在刻度盤F上的指針，用兩面膠將指針E與橡皮膜粘牢，實(shí)現(xiàn)指針隨橡皮膜變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。由C、E、F組成了一個(gè)液體壓強(qiáng)計(jì)[8]。

（2）實(shí)驗(yàn)過程的說明

①一只手拿著壓強(qiáng)計(jì)的刻度板F，另一只手往飲料瓶中倒入水，學(xué)生會(huì)觀察到壓強(qiáng)計(jì)上的橡皮膜凸起，觀察并記錄指針?biāo)傅目潭戎档奈恢茫ɑ驍?shù)值），從而說明液體對(duì)容器壁有壓強(qiáng)。

②用手舉高有水的透明飲料瓶A，學(xué)生會(huì)觀察到橡皮膜凸起，指針的示數(shù)越來越大。反之，學(xué)生會(huì)觀察到橡皮膜凹陷，指針的示數(shù)越來越小。從而直觀地說明液體的壓強(qiáng)與液體的質(zhì)量無關(guān)，同時(shí)也說明了液體的壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大。該實(shí)驗(yàn)在保證液體質(zhì)量不變（飲料瓶中水的質(zhì)量不變）的前提下，通過提升飲料瓶的高度來改變液體的深度，從而影響液體壓強(qiáng)的大小，使學(xué)生更加信服，同時(shí)也更深刻地理解液體深度的內(nèi)涵。

3.利用自創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新性彌補(bǔ)教科書編寫的不足

帕斯卡定律的學(xué)習(xí)有助于液體壓強(qiáng)知識(shí)之間的銜接，使知識(shí)脈絡(luò)更清晰，更有助于學(xué)生深刻地理解液體內(nèi)部向各個(gè)方向有壓強(qiáng)，液體對(duì)周圍的容器壁有壓強(qiáng)，液體同一深度壓強(qiáng)相等以及目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)的液壓傳遞等知識(shí)。因此，我們認(rèn)為有必要教授液體壓強(qiáng)的傳遞規(guī)律。

（1）實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)

裝置如圖3所示。A是500ml的玻璃廣口瓶（也可是玻璃罐頭瓶）；B是加入廣口瓶中的水；C是包裹在飲料瓶瓶蓋開口面上的橡膠膜，用于感受廣口瓶中液體壓強(qiáng)大小的探頭；D是用于連接玻璃管的乳膠管，主要便于連接不同方面的探頭；E是通過橡膠塞子的“U”型玻璃管；F是塞在廣口瓶上的橡膠塞子，用來密閉廣口瓶中水；G是夾在乳膠管上的止水夾，用于控制廣口瓶中水的進(jìn)出；H是乳膠管；I是“U”型玻璃管中的液柱，不僅用來封閉由C、E、I形成一個(gè)封閉的氣體系統(tǒng)，還通過液柱差來顯示廣口瓶中橡皮膜受水傳遞壓強(qiáng)的大小，從而構(gòu)成一個(gè)微小壓強(qiáng)計(jì)；J是橡膠膜向下深度不同的微小壓強(qiáng)計(jì)；K是橡膠膜向上深度不同的微小壓強(qiáng)計(jì)。

（2）實(shí)驗(yàn)過程的說明

①拔掉帶有微小壓強(qiáng)計(jì)的廣口瓶上的橡膠塞子F，小心放置于桌面上。②往廣口瓶A中倒入水至瓶口。③將夾在乳膠管H上的止水夾G夾在玻璃管上（或取下），然后將橡膠塞子塞緊在廣口瓶上，廣口瓶中多余的水從乳膠管H中流出，再把止水夾夾在乳膠管H上，這樣就在廣口瓶中獲得了密閉的充滿的液體系統(tǒng)。④醫(yī)用注射器中吸入適量的水，再連接上細(xì)軟塑料管（用打吊瓶的塑料細(xì)管中連接針頭的部分即可）后伸進(jìn)“U”型玻璃管，推動(dòng)注射器的活塞使水進(jìn)入“U”型玻璃管中形成“U”型液柱。若形成的液柱左邊高于右邊液柱不相平時(shí)，將注射器的細(xì)管伸過左邊的液柱表面，吸出些氣體即可實(shí)現(xiàn)相平。最后達(dá)到3個(gè)微小壓強(qiáng)計(jì)中的液柱相平。⑤注射器中吸滿水后與乳膠管H相連（注射器圖3中未畫出）。將止水夾G夾在玻璃管上，推動(dòng)注射器的活塞作用于水，使水產(chǎn)生的壓強(qiáng)傳遞施加于密閉的廣口瓶中的水，從而使廣口瓶中的微小壓強(qiáng)計(jì)的探頭受到大小不變傳遞的液體壓強(qiáng)。此時(shí)學(xué)生會(huì)觀察到3個(gè)微小液體壓強(qiáng)計(jì)中的“U”型管液柱差相同。以上現(xiàn)象直觀地說明：加在密閉液體上的壓強(qiáng)大小不變地向各個(gè)方面?zhèn)鬟f。該實(shí)驗(yàn)裝置在密閉液體上的壓強(qiáng)能夠由液體以相同的大小向各個(gè)方向傳遞，彌補(bǔ)了以往我國(guó)教科書中實(shí)驗(yàn)裝置以密閉的水和空氣共同傳遞壓強(qiáng)（一直以來沒有得到解決—）的不足[9]。若想得到定量的傳遞壓強(qiáng)的大小值，可在注射器（最好是玻璃注射器摩擦?。┑幕钊戏胖靡阎|(zhì)量的砝碼，通過測(cè)量注射器活塞的面積，利用P＝F/S可計(jì)算出活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)大小。再用刻度尺測(cè)量出“U”管中液柱差深度，通過P=ρgh計(jì)算出產(chǎn)生的壓強(qiáng)值相等得到驗(yàn)證。

作者：王愛生 包萬(wàn)鳳 單位：吉林省松原市前郭縣蒙古族中學(xué)