李詩(shī)嘉 陳航燕 袁海泉

[摘 要]氣體壓強(qiáng)是初中物理學(xué)習(xí)的一個(gè)重難點(diǎn)。將新加坡O?Level物理與我國(guó)蘇科版物理八年級(jí)下冊(cè)氣體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求以及考查情況進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其中存在較大的差異，學(xué)習(xí)及考查的層次邏輯特點(diǎn)均不同。以此為基礎(chǔ)，再對(duì)比分析新加坡O?Level物理考試以及蘇州物理中考關(guān)于氣體壓強(qiáng)的考題的特點(diǎn)，并給出了我國(guó)初中物理氣體壓強(qiáng)的兩點(diǎn)教學(xué)啟示。

[關(guān)鍵詞]O?Level物理;蘇科版物理;氣體壓強(qiáng);教材;大綱;考題

[中圖分類號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2022）05-0044-04

GCE O?Level全稱為General Certificate of Education Ordinary Level Examinations（劍橋普通水準(zhǔn)考試，簡(jiǎn)稱O?Level）。它是由新加坡教育部和英國(guó)劍橋大學(xué)考試局共同主辦，為14至16歲中學(xué)生所設(shè)計(jì)的普通教育證書(shū)考試，也是劍橋國(guó)際AS & A級(jí)考試、劍橋AICE（Advanced International Certificate of Education）證書(shū)考試、劍橋大學(xué)預(yù)科和其他教育課程（如美國(guó)大學(xué)預(yù)修課程和國(guó)際學(xué)士學(xué)位證書(shū)課程）的基礎(chǔ)課程，其課程所處階段類似我國(guó)的初中教育階段。

本文從教材、大綱以及考題三個(gè)方面著手，針對(duì)氣體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)要求對(duì)O?level物理教材與我國(guó)蘇科版初中物理教材進(jìn)行比較研究。并以2016 — 2020年O?Level物理試卷、2010 — 2019年蘇州市中考物理試卷為例，深入對(duì)比剖析O?level物理教材和蘇科版初中物理教材中氣體壓強(qiáng)相關(guān)知識(shí)的考題設(shè)置情況。在此基礎(chǔ)上，給出關(guān)于氣體壓強(qiáng)的教學(xué)啟示。

一、O?Level物理考試簡(jiǎn)介

O?Level物理考試按題型和考查內(nèi)容分為三部分：卷1、卷2、卷3或卷4，其中卷1為單選題、卷2為簡(jiǎn)答題、卷3或卷4為實(shí)驗(yàn)題。卷1及卷2為必考卷，旨在考查學(xué)生的基礎(chǔ)理論知識(shí);卷3及卷4為實(shí)驗(yàn)卷，其區(qū)別在于卷3為實(shí)驗(yàn)操作題，卷4為實(shí)驗(yàn)理論題，考試中心可根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件的差異以及考生的實(shí)際情況任選其一。卷1至卷3或4，每份試卷單獨(dú)考查計(jì)分。卷2所占分值最多，其次是卷1、卷3或卷4，學(xué)生成績(jī)?yōu)槿糠值暮嫌?jì)總評(píng)，試卷細(xì)節(jié)情況介紹見(jiàn)表1。

二、教材內(nèi)容教學(xué)、大綱對(duì)比

（一） 教材內(nèi)容對(duì)比

根據(jù)教學(xué)大綱所編排的O?Level物理教材，氣體壓強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)出現(xiàn)在第七章第三節(jié)“大氣壓”以及第九章第三節(jié)“氣體的壓強(qiáng)”[1]。蘇科版物理教材氣體壓強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)僅出現(xiàn)在八年級(jí)下冊(cè)第十章第三節(jié)“氣體的壓強(qiáng)”[2]，兩版本教材氣體壓強(qiáng)知識(shí)點(diǎn)對(duì)比如表2。

蘇科版物理教材中的氣體壓強(qiáng)主要圍繞大氣壓展開(kāi)，內(nèi)容與O?Level物理教材中“大氣壓”一節(jié)相對(duì)應(yīng)，比O?Level物理教材篇幅更簡(jiǎn)潔，突出了流體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系這一部分的學(xué)習(xí)。而O?Level物理教材在這一節(jié)中突出的是簡(jiǎn)單水銀氣壓計(jì)測(cè)量大氣壓的方法及原理，并針對(duì)相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)置了相應(yīng)的例題及大量圖片。O?Level物理教材在第九章“分子運(yùn)動(dòng)理論”中單獨(dú)列出第三節(jié)，從微觀層面解釋氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因，并探討了三種不同條件下，氣體的溫度、體積與壓強(qiáng)之間的關(guān)系。這些內(nèi)容編排在我國(guó)的人教版高中物理選修三中，在初中階段并無(wú)要求。由此可見(jiàn)，O?Level物理教材中關(guān)于氣體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)范圍更廣，內(nèi)容更全面。

（二）教學(xué)大綱對(duì)比

O?Level物理教學(xué)大綱中，通過(guò)劃分三項(xiàng)評(píng)估目標(biāo)，反映學(xué)生在課程結(jié)束時(shí)需要掌握的知識(shí)、技能和能力。這三項(xiàng)目標(biāo)分別為AO1知識(shí)與理解、AO2處理信息和解決問(wèn)題的能力、AO3實(shí)驗(yàn)技能與探究。與之相對(duì)應(yīng)，我國(guó)的《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中明確給出了知識(shí)與技能、過(guò)程與方法以及情感態(tài)度與價(jià)值觀這三項(xiàng)課程目標(biāo)作為學(xué)生學(xué)習(xí)初中物理的科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)[3]。在氣體壓強(qiáng)學(xué)習(xí)要求方面，我國(guó)初中物理對(duì)氣體壓強(qiáng)相關(guān)內(nèi)容要求掌握的程度較低，僅要求“知道”“了解”大氣壓強(qiáng)與人類生活的關(guān)系及使用水銀柱測(cè)量大氣壓。而O?Level物理教學(xué)大綱中，詳細(xì)給出了氣體壓強(qiáng)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容要求，其中不僅涵蓋了我國(guó)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的學(xué)習(xí)要求，還將學(xué)習(xí)內(nèi)容擴(kuò)展至氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化的微觀原因解釋。

分析表3得知，O?Level物理教學(xué)大綱將氣體壓強(qiáng)的相關(guān)內(nèi)容分別設(shè)置在壓強(qiáng)模塊、物質(zhì)的熱特性模塊以及物質(zhì)的動(dòng)力學(xué)模型模塊。其中不僅要求學(xué)生掌握使用氣壓計(jì)、水銀柱測(cè)量氣體壓強(qiáng)的方法，還要求學(xué)生理解并掌握[p1V1=p2V2]公式在一定條件下的計(jì)算，并對(duì)其相應(yīng)的壓強(qiáng)與體積發(fā)生變化的物理過(guò)程進(jìn)行解釋;定量解釋壓強(qiáng)不變的條件下，溫度的改變?nèi)绾斡绊憵怏w體積的變化;通過(guò)分子運(yùn)動(dòng)理論，解釋氣體壓強(qiáng)發(fā)生改變的微觀過(guò)程。由此可見(jiàn)，O?Level物理教學(xué)大綱中對(duì)氣體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)要求，高于我國(guó)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的要求。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)，不僅知道、了解氣體壓強(qiáng)的定義、內(nèi)容，更能從微觀視角理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因，并給出氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化的微觀解釋。這類學(xué)習(xí)要求，不僅強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，更引導(dǎo)學(xué)生在初次接觸氣體壓強(qiáng)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)會(huì)用探究的精神深入理解其深層次的物理原理。O?Level物理教學(xué)大綱中，還將氣體壓強(qiáng)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容與微觀視角下分子運(yùn)動(dòng)理論相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用動(dòng)量定理分析壓強(qiáng)、力、容器壁受力面積三者間的關(guān)系及溫度變化所引起的分子動(dòng)能變化等知識(shí)點(diǎn)，多角度理解氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化的原因。這些知識(shí)的掌握，有助于引導(dǎo)學(xué)生深入思考，融會(huì)貫通各種知識(shí)內(nèi)容，為今后更為復(fù)雜的物理學(xué)習(xí)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)，培養(yǎng)良好的思維習(xí)慣。接下來(lái)，筆者對(duì)近五年O?Level物理考試的題目關(guān)于氣體壓強(qiáng)的考查特點(diǎn)進(jìn)行分析，并將其與蘇州市近十年的物理中考題中氣體壓強(qiáng)相關(guān)考查內(nèi)容作對(duì)比，以體現(xiàn)O?Level物理考試對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用物理知識(shí)解決問(wèn)題能力的特點(diǎn)。

三、考題對(duì)比

（一）考題內(nèi)容分類對(duì)比

筆者分析了2016 — 2020年O?Level物理考試中氣體壓強(qiáng)的考查。參考O?Level物理教學(xué)大綱，將考查內(nèi)容分為9類，相對(duì)應(yīng)的考查頻次如圖1所示。以蘇州市物理中考題為例，分析2010 — 2019年物理中考試卷中氣體壓強(qiáng)的考查內(nèi)容及考查頻次如圖2所示。其中，除2012年蘇州物理中考沒(méi)設(shè)置有氣體壓強(qiáng)相關(guān)題目外，其余年份均設(shè)置了氣體壓強(qiáng)類題，但所占比重極小，基本上是以一道選擇題或者填空題的形式呈現(xiàn)。

如圖1所示， 近五年的O?Level物理試卷中，關(guān)于氣體壓強(qiáng)的內(nèi)容，考查頻次最高的分別為公式[p1V1=p2V2]的靈活應(yīng)用、分子運(yùn)動(dòng)與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系、溫度對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響?？疾榉绞揭赃x擇題居多，其次是簡(jiǎn)答題和計(jì)算題。其中，公式的靈活應(yīng)用類試題，均結(jié)合分子運(yùn)動(dòng)理論與氣體壓強(qiáng)變化關(guān)系出題。可見(jiàn)O?Level物理試題中，對(duì)氣體壓強(qiáng)的微觀層面解釋以及綜合應(yīng)用物理知識(shí)能力的重視。根據(jù)圖2蘇州近10年的中考物理題分析可見(jiàn)，關(guān)于氣體壓強(qiáng)的知識(shí)只考查了11次。除2017年有3道題考查了兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)以外，其余年份都只設(shè)置了1道題。不僅如此，反復(fù)考查的知識(shí)只有三項(xiàng)，范圍小，且較為簡(jiǎn)單。其中，考查頻次最高的知識(shí)內(nèi)容為氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。下面，筆者將舉例分析O?Level物理考題中三類與氣體壓強(qiáng)相關(guān)的典型題目，將其與蘇州市物理中考中具有代表性的三類題目進(jìn)行對(duì)比，以呈現(xiàn)各自的考查特點(diǎn)。

（二） 典型考題分析

1. O?Level物理高頻次考點(diǎn)分析

（1）公式[p1V1 = p2V2]的靈活應(yīng)用

[例1]10米深的水產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)。一個(gè)氣泡從20米深的湖底開(kāi)始上升，當(dāng)氣泡到達(dá)表面時(shí)，體積為6.0 cm3。氣泡在湖底時(shí)體積是多少？（ ）

A. 2.0 cm3 B. 3.0 cm3 C. 12 cm3 D. 18 cm3

該題主要考查公式[p1V1=p2V2]的應(yīng)用，并結(jié)合大氣壓強(qiáng)值隨深度變化的關(guān)系和液體壓強(qiáng)隨深度變化的關(guān)系兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)。為了得到氣泡在湖底時(shí)的體積，需要知道湖底壓強(qiáng)、湖面氣泡體積、湖面壓強(qiáng)三個(gè)條件，運(yùn)用公式[p1V1=p2V2]求解。但題干中并未直接給出湖面及湖底壓強(qiáng)的具體數(shù)值。將湖底20 m深處的壓強(qiáng)值以隱含條件的形式，通過(guò)湖中10 m深處壓強(qiáng)值與大氣壓強(qiáng)相關(guān)聯(lián)。題目看似簡(jiǎn)單，但對(duì)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)的能力要求很高。公式[p1V1=p2V2]的靈活應(yīng)用，在O?Level物理氣體壓強(qiáng)中考查頻次最高，出題范圍最廣，選擇題、簡(jiǎn)答題和計(jì)算題中均有涉及，題目?jī)?nèi)容和形式多樣。

（2）分子運(yùn)動(dòng)與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系

[例2]圖3是一個(gè)裝有氣體的有活塞的氣缸?；钊苿?dòng)時(shí)氣體體積從[V1]變到[V2]，使得壓強(qiáng)從[p1]升高到[ p2]，此時(shí)溫度保持不變。用分子的概念解釋為什么氣體的壓強(qiáng)會(huì)發(fā)生變化。

O?Level物理考試中的這類試題，主要考查學(xué)生綜合運(yùn)用分子運(yùn)動(dòng)理論知識(shí)，從微觀上解釋氣體壓強(qiáng)隨體積變化的原因。氣體分子不斷運(yùn)動(dòng)，且與容器內(nèi)壁發(fā)生碰撞。這種持續(xù)的碰撞將對(duì)容器內(nèi)壁產(chǎn)生平均力的作用，單位面積的平均力就是氣體對(duì)容器壁所施加的壓強(qiáng)。當(dāng)容器體積減小時(shí)，單位體積的分子數(shù)目增多，單位面積的碰撞頻率增加，因而氣體壓強(qiáng)增大。分子運(yùn)動(dòng)與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系是簡(jiǎn)答題?？嫉闹R(shí)點(diǎn)，這類解釋型題目更具開(kāi)放性。

（3）氣體壓強(qiáng)變化受溫度變化影響的微觀解釋

[例3]如圖4所示，一個(gè)連接壓力計(jì)的氣體容器，壓力計(jì)中管的橫截面積是恒定的，容器中的氣體會(huì)產(chǎn)生壓強(qiáng)。在圖4中，壓力計(jì)左邊的水銀高度比右邊的低，當(dāng)容器內(nèi)的氣體被加熱，兩邊的水銀高度則變得相同。從氣體分子的角度，解釋是什么導(dǎo)致了水銀的高度相同。

題干隱含了氣體壓強(qiáng)隨溫度的升高而增大的條件，考查了學(xué)生結(jié)合溫度對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響，從微觀層面上解釋氣體壓強(qiáng)變化的原因。氣體被加熱時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈，平均動(dòng)能增加、速度增大，因此與容器壁碰撞更頻繁，單位面積的平均力，即壓強(qiáng)隨之增大。該題從溫度變化出發(fā)，再到對(duì)分子運(yùn)動(dòng)的影響，進(jìn)而使氣體壓強(qiáng)發(fā)生變化，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，層層遞進(jìn)，利于學(xué)生遷移運(yùn)用知識(shí)。

2. 蘇州市中考物理三大類考題分析

（1）氣體體積變化與壓強(qiáng)變化的關(guān)系

[例4]小明用礦泉水瓶和小玻璃瓶制作了一個(gè)“浮沉子”（如圖5），他將裝有適量水的小玻璃瓶瓶口朝下，使其漂浮在礦泉水瓶?jī)?nèi)的水面上，礦泉水瓶?jī)?nèi)留有少量空氣，擰緊瓶蓋使其密封，用力擠壓礦泉水瓶側(cè)面時(shí)“浮沉子”下沉，松手后“浮沉子”上浮。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（ ）。

A.“浮沉子”下沉?xí)r，所受重力大于它受到的浮力

B.無(wú)論怎樣擠壓礦泉水瓶側(cè)面，“浮沉子”不可能懸浮在水中

C.“浮沉子”上浮時(shí)，小瓶?jī)?nèi)的壓縮空氣會(huì)將內(nèi)部的水壓出

D.潛水艇與“浮沉子”浮沉的原理相同

相較于O?Level物理關(guān)于公式[p1V1=p2V2]靈活應(yīng)用類的考題，蘇州中考物理著重考查學(xué)生對(duì)氣體體積變化引起壓強(qiáng)變化現(xiàn)象的理解。它把氣體壓強(qiáng)及體積變化間關(guān)系的知識(shí)點(diǎn)融合在學(xué)生不太熟悉的“浮沉子”中，增加了題目難度。但此類題在氣體壓強(qiáng)考題中占比很小，只出現(xiàn)過(guò)一次，并且考查內(nèi)容并未涉及微觀解釋及計(jì)算。

（2）大氣壓強(qiáng)的綜合應(yīng)用類

[例5]下列圖例能說(shuō)明大氣壓強(qiáng)存在的是（ ）。

A.書(shū)包帶較寬? ? ? ? ? ? ? B.熱氣球升空

這類題多是結(jié)合生活場(chǎng)景考查大氣壓強(qiáng)的綜合應(yīng)用。要求學(xué)生分析選項(xiàng)中提到的物理情境，結(jié)合對(duì)應(yīng)的物理知識(shí)，從而確定答案。和O?Level物理綜合類考題相比，并未涉及綜合應(yīng)用分子運(yùn)動(dòng)理論從微觀角度解釋氣體壓強(qiáng)隨體積變化而變化的原因，而是要求學(xué)生知道大氣壓的存在，從而理解生活中的現(xiàn)象，較為簡(jiǎn)單。

（3）氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系類

[例6]如圖7所示，某同學(xué)在探究流速大小對(duì)流體壓強(qiáng)的影響時(shí)，在倒置的漏斗里放一個(gè)乒乓球，用手指托住乒乓球，然后從漏斗口向下用力吹氣，當(dāng)他將手指移開(kāi)時(shí)，乒乓球沒(méi)有下落。該現(xiàn)象可以說(shuō)明乒乓球上方氣體流速 ? ? ? ? ? ? （選填“增大”“減小”或“不變”），壓強(qiáng) ? ? ? ? ? （選填“變大”“變小”或“不變”）。

本題考點(diǎn)為氣體壓強(qiáng)與流速關(guān)系的探究實(shí)驗(yàn)及其現(xiàn)象解釋。這類知識(shí)在蘇州市中考物理氣體壓強(qiáng)中的考查頻次最高，多以填空題形式呈現(xiàn)。題干時(shí)常會(huì)直接提示“流速”或者“速度”等信息，提示考生流速與氣體壓強(qiáng)相關(guān)。相較于O?Level物理考題中常考的氣體壓強(qiáng)與溫度變化的微觀解釋類考題，蘇州中考物理中并未涉及溫度與氣體壓強(qiáng)的關(guān)系，而是引入流體流速這一概念，要求學(xué)生理解氣體壓強(qiáng)與流速的關(guān)系。

綜上所述，O?Level物理與蘇州中考物理對(duì)氣體壓強(qiáng)的考查側(cè)重點(diǎn)極為不同。O?Level物理中氣體壓強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容及考查特點(diǎn)明顯，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：①注重從微觀層面理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因，結(jié)合影響分子運(yùn)動(dòng)的微觀因素綜合考查氣體壓強(qiáng)的變化;②注重氣體壓強(qiáng)、溫度、體積之間的關(guān)系，尤其是恒定溫度條件下，壓強(qiáng)與體積（p-V）之間的關(guān)系;③考查方式靈活，綜合應(yīng)用物理知識(shí)能力的要求高。與之相比，蘇州中考物理關(guān)于氣體壓強(qiáng)的考查多結(jié)合生活現(xiàn)象和實(shí)例，內(nèi)容較簡(jiǎn)單，題型單一，學(xué)生較容易掌握和得分。

四、 教學(xué)啟示

（一）增強(qiáng)氣體壓強(qiáng)學(xué)習(xí)的深度和廣度

關(guān)于氣體壓強(qiáng)的內(nèi)容，O?Level物理教材比蘇科版初中物理教材多安排了5個(gè)知識(shí)點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)的介紹和引導(dǎo)更詳細(xì)具體、覆蓋范圍更加廣泛。在考綱上相較于我國(guó)《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求更高。在習(xí)題設(shè)置上，氣體壓強(qiáng)是O?Level物理必考的知識(shí)，且注重與其他知識(shí)點(diǎn)的結(jié)合，難易程度符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。因此，筆者認(rèn)為，作為高中物理學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課程，我國(guó)初中物理課程可增強(qiáng)氣體壓強(qiáng)學(xué)習(xí)的深度和廣度，為學(xué)生深入理解氣體壓強(qiáng)的宏觀及微觀解釋打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

（二） 融合學(xué)習(xí)進(jìn)階的教育理念

O?Level物理課程對(duì)氣體壓強(qiáng)微觀解釋的學(xué)習(xí)要求，使學(xué)生從公式記憶、宏觀理解的層面深入至微觀視角，以理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因。學(xué)習(xí)層層遞進(jìn)，步步深入。這樣的模式，能夠有效解決初高中物理學(xué)習(xí)跨度大、概念轉(zhuǎn)化困難等問(wèn)題，消除初中階段對(duì)氣體壓強(qiáng)相關(guān)學(xué)習(xí)內(nèi)容的已有認(rèn)知固化，真正使學(xué)生做到“知其然，并知其所以然”。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? Dr Charles Chew，Chow Siew Foong，Dr Ho Boon Tiong.Physic Matters for GCE‘O’Level[M]. 4th ed. Singapore：Marshall Cavendish Education，2017.

[2]? 劉炳昇，李容.義務(wù)教育教科書(shū)物理八年級(jí)下冊(cè)[M].3版.南京：江蘇鳳凰科學(xué)技術(shù)出版社，2012.

[3]? 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

（責(zé)任編輯 易志毅）