杨洪云 李秀燕
摘 要：以八年级物理“空气的‘力量”中的“大气压强的存在”这一教学片断的设计为例，运用PBL教学模式，采用层层设问的方式引导学生通过分组合作探究的方式，在贴近生活的问题情境中解决问题、获取知识，从而培养学生的科学探究能力。
关键词：初中物理;大气压强;PBL教学模式;科学探究
1 引言
《义务教育物理课程标准（2011年版）》的课程性质中指出：“义务教育阶段的物理课程应注意让学生经历实验探究的过程，学习科学知识和科学探究的方法。”[ 1 ]基于此，有学者提出PBL（Problem-Based Learning）教学法，它是于1966年由Evans与Mustard等人提出的一种教学法，是以问题式或项目式学习为基础的教学方法[ 2-4 ]。它强调把知识的学习设置在贴近生活的“问题”情境中，学生通过分组合作探究的方式，解决创设的问题并提出新的问题，学生在一系列问题的探究过程中学习了隐含在问题背后的科学知识，构建了物理知识框架，发展了合作探究的能力，培养了科学探究的意识和科学探究的能力，从而提高了学生的科学素养，可见这一教学模式符合课标要求，是进行物理教学的有效手段。
空气的“力量”是沪科版初中八年级第八章压强第三节的主要内容，课标对该节的要求是：知道大气压强及其与人类生活的关系[ 1 ]。这一节内容与日常生活紧密联系，适合开展PBL教学。
2 教学设计
基于以上分析，现以“大气压强的存在”的教学片断为载体，围绕如何开展PBL教学法设计了如图1所示的教学流程。其中，最关键的步骤是如何层层设问以及如何引导学生针对问题进行有效的合作探究、排疑解惑。
2.1 创设情境，引入新课
首先以抗击“新型冠状病毒”，医护人员用针管将药瓶中的药液吸入针筒运用了什么物理知识作为新课引入。
师：为什么注射器能将药液吸起？
生：受大气压强的作用。
提出问题：如何证明大气压强的存在？
为了探究问题的需要，教师可根据学生的学习情况，进行合理分组，并让学生自行选择实验器材和实验方案来验证大气压强的存在。
经组内讨论以及资料的查阅后，不同组别的学生可设计出不同的简易实验来证明大气压强的存在，部分个案如图2所示，有大气压压扁易拉罐实验、收纳袋被压扁实验、吸盘实验、瓶口吞蛋实验以及覆杯实验等。学生通过在组内成员间的讨论与实践，以及组间成员的分享与交流，触类旁通，对大气压强的存在以及大气压强的作用有了真实的体验，加深了对概念的理解。
而学生科学探究能力的培养还涉及能否通过实验现象的观察，提出有效问题、进行合理的猜想与假设、设计实验并从实验中进行分析与论证所提出的问题。因此，結合PBL教学法，通过层层设问，可正确引导学生通过有效的合作探究发现新问题，提出新方案，共同寻找问题的答案。
2.2 层层设问，鼓励尝试
PBL教学法中的设问应提出具有一定的挑战性、趣味性和可操作性的问题，因此，教师可针对学生提出的“覆杯实验”做进一步的分析与探究，先让学生对静止在矿泉水瓶瓶口的乒乓球进行受力分析，知道乒乓球不会掉下来，是因为上下压力相等的缘故，此时教师再提出相关问题。
师：乒乓球是被水黏住了呢？还是被大气压强托住了呢？如何证明呢？
针对老师提出的问题，通过师生共同分析，有了如表1所示的探究过程。
而要营造一个真空的环境，却存在实验操作繁琐、真空不容易实现等问题。因此，教师需要和学生另辟蹊径。因此教师又抛出一个问题。
师：不用真空装置，能否排除大气压强的干扰？
针对这个发散的问题，教师先要鼓励学生尝试不同的方案，寻找解决问题的突破口。但是，为了能提高课堂效率，需要教师进行有效的指导，将学生及时带到“正确轨道”上来。
2.3 适时点拨，正确引导
首先，如图4（a）所示，教师先让学生拿起一个气球在空气中轻松吹鼓起来;接着如图4（b）所示，让另一个学生尝试能否将放置在矿泉水瓶内的气球吹鼓起来。结果发现，在矿泉水瓶的气球无法吹大。原因何在？与本节课知识点是否相关等问题，就需要教师进行适时点拨，正确引导。
师：为什么置于矿泉水瓶内的气球吹不大？
生：可能与压强的作用相关。
师：能否将矿泉水瓶进行适当的改造，使气球能成功被吹鼓？
在探究如何将瓶中的气球吹鼓起来的过程中，学生会尝试不同方法，但并不一定会成功。此时，教师可适时提醒。
师：如果提供一个工字钉，能否实现呢？
学生尝试后发现如图4（c）所示，用工字钉在瓶子底部打上小孔后，就可将气球吹起来。正当学生兴奋之余，教师又适时提出新的问题让学生尝试。
师：用工字钉堵住小孔并停止吹气
生：看到被吹大的气球能保持体积不变。
师：再次拔出工字钉后，会观察到什么现象？
生：气球立即又变小了。
师：如何利用压强的知识点来解释这两个现象的原因？
通过教师引导，学生对该问题的认识不断深入，最终理解：在矿泉水瓶里套进气球以后，瓶子内部空间被气球分成如图5所示的两部分，把它们分别叫作“球内空间”和“球外空间”。当在没扎孔的瓶子内吹气球时，由于“球外空间”的空气不能被排出矿泉水瓶外，相当于一个密闭的空间，此时球内空间的压力不能达到超过球外空间的压力，气球就鼓不大;而在瓶底扎出一个小孔后，“球外空间”的空气可以自由地排出瓶外，内部压力大于大气压，从而能把“球内空间”吹得几乎和瓶子一样大。而如果用工字钉将小孔堵上，会再次阻断了空气自由进出的通道，从而使“球外空间”再次回到密闭，而导致“球外空间”的气体压强保持不变，迫使“球内空间”必须保持在原先吹大的状态;而当再次将工字钉拔出，空气又能从小孔自由进出瓶内，“球外空间”的气体压强可以达到和外界相同，而气球也能靠自身的弹性收缩力将“球内空间”的一部分气体排出来，使“球内空间”和“球外空间”的气体压强相同。37DAB6FE-B559-41FB-96A7-25F1D2F163B0
通过对“吹气球”现象的解释，解决了如何不用真空装置，就能排除大气压强的干扰这一问题。转而思考如何将该思维方法迁移到“覆杯实验”，引导学生不用真空装置就能排除大气压强干扰，从而探究是不是水黏住了乒乓球。
2.4 合作探究，排疑解惑
通過对“瓶内吹气球”现象分析论证，学生获悉：当工字钉拔出后，空气能自由从小孔进出瓶内，使吹好的气球的“球内空间”和“球外空间”保持相等的大气压强。引导学生将思想扩展到覆杯实验。
提出猜想：当水充满了矿泉水瓶，此时瓶内没有空气，瓶外的大气压强将大于瓶内水的压强。当用工字钉在矿泉水瓶上扎一个小孔，空气能从小孔自由进出瓶内，此时瓶内压强和瓶外的大气压强相同，使得乓乓球与放在空气中的情形无异，利用工字钉扎孔、拔出，观察乒乓球的状态就可以分析该问题。
进行实验：先把工字钉扎在矿泉水瓶底部，接着将矿泉水瓶装满水，并在瓶口放一个乒乓球，再将矿泉水瓶倒置过来，将工字钉拔出，发现乒乓球下落。
得出结论：确实是大气压强托住了乒乓球，而不是水黏住了乒乓球。
对于本片断的教学，常规的做法是由教师罗列出相关的实验现象，直接点明这些现象与大气压强的存在相关，属于“输入”式的教学方式，学生在被动接受知识的过程中，只能对相应的课程内容形成粗浅的认知层次。而本案例采用的是PBL教学法，学生通过自已动手、合作探究、现象观察、理论解释等一系列活动之后，经历了认知冲突，激发了求知欲望，从而在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上都高质量地实现了相应的教学目标。
3 结束语
本教学设计采用PBL教学法，将“大气压强的存在”这一知识点的学习设置在贴近生活的一系列“问题”情境中，让学生通过观察到的现象去分析其中的物理原理，通过分组合作探究的方式，逐一解决教师创设的问题并发现新的探究点。学生在一系列问题的探究过程中不仅学习了隐含在问题背后的物理知识、构建了与大气压强的存在相关的清晰的知识框架、加深了对知识的深层理解，培养了学生善于质疑和勤于思考的学习习惯，而且还提高了学生的科学探究的意识和科学探究的能力、从而提升了学生的科学素养，也加强了学生之间的团队协作能力。
参考文献：
[1] 中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2011年版）[S]. 北京：
北京师范大学出版社， 2012.
[2] 谭东丽. PBL活动设计的探讨——以大学物理为例[J]. 钦州学院学报， 2011， 26（6）：
41-43.
[3] 刘燕辉. PBL教学模式在高中物理教学中的应用研究[D]. 广州：
广州大学， 2017.
[4] 周新， 肖青. PBL教学法在物理课程教学中的应用[J]. 物理通报， 2015（5）：
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