費志明

摘? ?要：培養(yǎng)學生的思維品質是中學物理重要的教學目標之一，而教學設計就是“思維品質”在課堂落地的施工圖。因此，做好教學設計是有效培養(yǎng)思維品質的關鍵。文章基于思維品質的五個方面展開教學設計，特別在培養(yǎng)學生類比推理、研究方法、逆向思維、科學史實、證據(jù)意識與嚴謹?shù)膽B(tài)度幾個方面進行突破，從而幫助學生發(fā)展智力、培養(yǎng)能力、體驗情感。

關鍵詞：思維品質;大氣壓強;教學設計

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2020）9-0032-4

林崇德認為：“培養(yǎng)思維品質是發(fā)展智力和能力的突破口，思維品質包括：靈活性、敏捷性、批判性、深刻性、創(chuàng)造性?！?/p>

基于科學思維品質，筆者完成了“大氣壓強”一節(jié)的教學設計，內(nèi)容如下：

1? ? 實驗引入，發(fā)展學生思維的靈活性

靈活性思維品質，是指思考問題、解決問題隨機應變的程度。在科學教學中表現(xiàn)為多角度思考問題、用多種方法解決問題，即舉一反三、觸類旁通，能迅速地引發(fā)聯(lián)想，建立聯(lián)系。

演示實驗：大氣壓將易拉罐壓扁 。

教師：你們相信是我具有氣功，隔空將易拉罐捏扁的嗎？是誰讓易拉罐變扁了？

學生：空氣。

評析：

與瓶吞雞蛋實驗相比，易拉罐在熱水中受熱變扁的實驗，具有如下優(yōu)勢：①實驗現(xiàn)象具有沖擊力，能吸引學生的注意力，激發(fā)他們的學習興趣;②加熱易拉罐時前排學生能看到易拉罐口“冒煙”，可以形成瓶內(nèi)空氣“跑出去”的直觀感受，便于學生理解“大氣壓強”;③易拉罐從各個方向迅速、徹底地變扁這個現(xiàn)象，能為后面“大氣壓很大”“大氣向各個方向都有壓強”提供證據(jù);④通過實驗激趣，讓學生的思維處于活躍狀態(tài)，從多角度思考問題。

2? ? 類比推理，發(fā)展學生思維的敏捷性

敏捷性思維品質是指思維活動的速度，具有一種正確且迅速的特征，它反映了智力的敏銳程度。思維的敏捷性即為思維過程的速度，是在處理問題時能適應迫切情況，正確判斷，迅速采取措施。

（1）類比“液體壓強”，實現(xiàn)從“液體壓強”到“大氣壓強”的知識遷移。

我們周圍的空氣和水有很多共同特征，都具有流動性。就像魚兒生活在水中，受到液體給它的壓強，在大氣中的物體也會受到大氣給它的壓強，我們稱之為大氣壓強。

評析：影響學習最重要的因素是學生的知識遷移能力，教師應當根據(jù)學生原有的知識狀況進行教學。學生學習本節(jié)課的起點是液體壓強，液體和氣體的諸多共同點是學生所熟悉的。用學生已經(jīng)掌握的液體壓強知識進行類比推理，尋找知識的生長點，學生容易接受，能順利實現(xiàn)知識遷移、為學生認識“流體壓強”打下基礎。并且，在這個過程中，學生在教師的引導下經(jīng)歷了類比推理的過程，可以領悟這種思維方法。

（2）大氣壓強是否真的存在呢？尋找科學實證來證明。

評析：體現(xiàn)科學實證思想，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度。

（3）回顧舊知，液體壓強存在是如何被證明的？

通過橡皮膜形變。（板書畫圖）

評析：通過回顧探究液體壓強的方法，讓學生領悟證明大氣壓存在的方法，實現(xiàn)方法遷移。同時，進一步認識橡皮膜形變的本質原因是存在壓強差，為分析和解釋接下來的實驗做好鋪墊。

展示器材（蒙有橡皮膜的漏斗）。

[思考]為什么空氣中的橡皮膜受到大氣壓強沒有發(fā)生形變？

學生：因為橡皮膜兩側受到了相等的大氣壓強，二者相互抵消。

而研究液體壓強時橡皮膜一側有液體，另一側沒有液體，兩側存在壓強差，因此發(fā)生形變。

[思考] 怎樣才能看到大氣壓強的作用？去除一側空氣或減小一側氣壓。

評析：教師引導學生借鑒液體壓強的研究方法，在領悟實驗設計思路的同時，實現(xiàn)知識遷移。

[學生演示] 抽去漏斗中的空氣，橡皮膜形變，如圖1所示。

（4）用一個現(xiàn)象證明大氣壓強存在說服力還不夠，需要尋找更多的證據(jù)。

[分組活動] 以小組為單位，用提供的器材設計實驗證明大氣壓強的存在，要求說出用到的器材和操作要點。（提供器材：集氣瓶、硬紙片、水、套塑料袋的燒杯、滴管、針筒）

學生匯報：覆杯實驗;杯中取袋;用手堵住針筒前端很難拉出活塞;針筒、滴管吸水……

針筒、滴管吸水實驗學生較難想到，教師可以引導學生聯(lián)想到壓強差。

評析：學生多用針筒和滴管裝水以完成覆杯實驗。但是，對針筒和滴管的作用視而不見。這也體現(xiàn)了科學就在身邊，但我們常常忽視各種科學現(xiàn)象，更是很少對現(xiàn)象背后蘊含的科學道理進行理性思考。同時，也體現(xiàn)出課堂教學過程中教師對分組實驗的引導和指導不到位。在分組實驗過程中，教師可以通過提問引導學生對吸水這個過程進行觀察和思考。結合有目的的觀察和思考，效果要好于在匯報階段拋出問題，讓學生根據(jù)回憶進行思考。

小結：實驗現(xiàn)象初步證明大氣壓強的存在。

評析：教師進行啟發(fā)教學，層層深入，引導學生利用類比推理，使學生處理問題時能適應迫切的情況。

3? ? 再找證據(jù)，發(fā)展學生思維的深刻性

深刻性思維品質，是指思維活動的廣度、深度和難度。它表現(xiàn)為智力活動中深入思考問題， 善于概括歸類， 邏輯抽象性強， 善于透過現(xiàn)象抓住事物的本質和規(guī)律， 開展系統(tǒng)的理解活動， 善于預見事物的發(fā)展進程。

[思考] 如何證明上述實驗現(xiàn)象確實是由于大氣存在壓強而產(chǎn)生的？ 以膠頭滴管能吸取液體為例。

評析：這個問題體現(xiàn)了科學的嚴謹性，通過對這個問題的思考，有利于學生嚴密邏輯思維的發(fā)展。但正是因為這個問題需要較高的邏輯思維能力，所以對學生來說有一定的難度。課堂上很多學生并不理解這個問題，或是沒有思考的方向。教學中教師結合膠頭滴管吸水這個實例對問題進行了解釋、說明，幫助學生理解和思考。如果在提出問題時能結合實際問題進行分析，學生的思維一定會更流暢，教學效果也會更好。

[思考] 假如沒有大氣壓……

[演示實驗] 將吸有紅墨水的膠頭滴管放在玻璃鐘罩內(nèi)，用抽氣機抽去鐘罩內(nèi)的空氣，滴管內(nèi)液面降低。打開閥門使空氣進入鐘罩，滴管內(nèi)液面升高，如圖2所示。

實驗證明，如果大氣壓強不存在，膠頭滴管無法將液體吸入管內(nèi)。因此，由膠頭滴管能吸取液體則可以證明大氣壓強存在。

如果大氣壓強不存在，膠頭滴管無法吸取液體，我們能不能人為施加一個力將液體吸上來？

[學生演示] 吸取密封玻璃瓶內(nèi)的牛奶;打開橡膠塞再吸一次。

教師鼓勵學生解釋吸取牛奶的過程。

小結：眾多實驗事實證明“大氣壓強存在”。

評析：利用逆向思維進一步尋找證據(jù)，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，使學生的思維活動更有廣度、深度和難度。

4? ? 經(jīng)典呈現(xiàn)，層層深入，發(fā)展學生思維的批判性

批判性思維品質，是思維活動中獨立分析和批判的程度，是思維活動中善于嚴格估計思維材料和精細地檢查思維過程的智力品質。

（1）類比液體壓強，對大氣壓強的方向進行猜想、假設。

[思考] 液體向各個方向都有壓強，那么大氣壓強呢？

（2）大氣在各個方向都能產(chǎn)生壓強，這需要尋找證據(jù)來證明。

[思考] 剛才的實驗中有沒有能證明大氣朝各個方向都有壓強的？

覆杯實驗向各個方向轉動杯子，硬紙片都不掉下來。

易拉罐從各個方向變扁了。

評析：讓學生經(jīng)歷類似于從常見生活現(xiàn)象中尋找證據(jù)的過程，引導學生養(yǎng)成留心生活、仔細觀察、勤于思考的習慣。

[學生演示] 將漏斗蒙上橡皮膜，并在塑料瓶的各個方向上插好漏斗，隨后吸去瓶內(nèi)氣體，各個方向的橡皮膜都凹陷，如圖3所示。

小結：實驗事實證明“大氣向各個方向都有壓強”。

（3）我們生活在大氣中，時刻受到大氣的壓強。生活中與大氣壓強有關的現(xiàn)象隨處可見，你能舉幾個例子嗎 ？

[追問] 能不能試著用大氣壓強的知識來解釋？

評析：通過直觀的現(xiàn)象加深學生的印象和理解，讓學生體會科學就在身邊，使科學知識生活化。

（4）日常生活中，你能感覺到大氣壓強對我們的作用嗎？

評析：讓學生親身感受科學探究中舉證的必要性，領悟馬德堡半球實驗的歷史價值和意義。進一步培養(yǎng)學生實事求是、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

今天我們用大量的事實證明了大氣壓強確實存在，兩百多年前，人們感覺不到大氣壓，更無法相信大氣壓強的存在。那么，當時是怎樣才讓人們相信大氣壓強確實存在的呢？

（5）馬德堡半球實驗。

[學生演示] 重現(xiàn)馬德堡半球實驗，兩位大塊頭男生拉不開“馬德堡半球”，打開閥門讓空氣進入馬德堡半球，一位瘦弱的女生輕松拉開 。

[小結] 馬德堡半球實驗證明了大氣壓存在且很大。

評析：

這里的“經(jīng)典再現(xiàn)”包括兩個實驗：一是各個方向插有蒙橡皮膜的漏斗的塑料瓶，吸去瓶內(nèi)氣體后，各個方向的橡皮膜都凹陷;二是經(jīng)典的馬德堡半球實驗。

5? ? 反向思考，自主學習，發(fā)展學生思維的創(chuàng)造性

創(chuàng)造性思維品質，是指個體思維活動的創(chuàng)新精神或創(chuàng)造性特征。在實踐中， 除善于發(fā)現(xiàn)問題、思考問題外， 更重要的是要創(chuàng)造性地解決問題。

教師：大氣壓強這么大，為什么我們沒有感受到壓迫感？

學生：人體內(nèi)也有壓強。

教師：太空中沒有空氣，沒有大氣壓強， 我們?nèi)祟愂遣皇遣荒艿教罩腥ィ?/p>

評析：在反證法證明大氣壓存在的環(huán)節(jié)設計中，由學生提出太空中沒有大氣壓，可以到太空中重復實驗，以驗證上述實驗現(xiàn)象是由于大氣壓存在而產(chǎn)生的。但由于問題設置不當打亂了預設的教學節(jié)奏，因此該問題由教師直接提出，但對整體教學影響不大。

[視頻] 2008年9月航天員翟志剛太空行走（解說：我國自主研發(fā)的宇航服）。

[圖片] 太空行走的航天員和“天宮一號”內(nèi)授課的航天員。

[思考] 為什么兩位航天員都在太空中，穿著卻不一樣？

評析：在假設沒有大氣壓的情況下將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象，讓學生思考航天員在太空出艙行走會遇到的情景？從而讓學生創(chuàng)造性地思考問題，同時在學習的過程中了解我國航天事業(yè)的發(fā)展前沿，增強學生的愛國熱情和民族自豪感。

大氣壓強很大，到底多大呢？我們需要進行測量。

[自主學習] 閱讀教材并回答問題：

（1）大氣壓的測量工具和各自的優(yōu)點？

（2）標準大氣壓的數(shù)值？

（3）大氣壓與高度的關系？

思維品質的五個特點并不是孤立存在的，而是互相融通連接的。科學教學不僅是針對其中一個思維品質的培養(yǎng)與提升起作用，也是對思維品質五個特點的協(xié)同發(fā)展起到積極的促進作用。

本設計的亮點：

① 經(jīng)歷類比推理的過程，尋找知識生長點，領悟多種思維方法;

② 借鑒液體壓強的研究方法，實現(xiàn)知識遷移，真正揭示大氣壓的存在;

③反證證明大氣壓的存在，開展逆向思維，培養(yǎng)實事求是、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度;

④多種證據(jù)證明大氣壓的存在，培養(yǎng)實事求是、嚴謹?shù)目茖W態(tài)度;

⑤科學史實中看科學方法、實證思想;

⑥注重培養(yǎng)學生的思維品質。

參考文獻：

[1]沈偉云.初中科學思維教學[M].杭州：科學技術出版社， 2018：36-46.

（欄目編輯? ? 鄧? ?磊）