陈雯歆
摘 要：本文基于教学背景分析，结合实验创新教具组的创新实验，将“压力”概念的核心素养目标设定为具体的任务、情境、问题和活动，并就“实验创新”教具组在教学中的使用提出建议，力图帮助学生建构物理概念，促进学生深度学习，培养学生的创新意识.
关键词：核心素养;实验创新;复习课;压力
中图分类号：G633.7 文献标识码：B 文章编号：1008-4134（2021）12-0043-03
1 案例背景
1.1 教材分析
沪科版物理教材八年级全一册中“压力”一节，从压力的产生原因以及力的三要素几个方面来对比并区别压力与重力，为压强的教学扫除知识障碍.教材指出：“当物体静置在水平面上且无其他外力作用时，它所受的重力与施加于另一物体的压力大小相等.”在实际课堂教学中，教师如果不经历实验探究直接告知学生压强概念，将导致学生的学留于表面，部分学生不加思索地将装有物体的固体容器对水平面的压力大小与容器自身受到的重力大小画等号，不利于学生形成物理规律有适用条件的意识.由于《义务教育物理课程标准（2011年版）》對“相互作用力的大小”并无具体要求，所以若仅从二力平衡条件及牛顿第三定律对物体进行受力分析，将会增加学生的学习障碍.
1.2 学情分析
经历了疫情期间的线上教学，在线下复课后展开的问卷调查与访谈中，发现学生对于“压力”这一物理概念的建立是欠缺的.对于压力，学生无法将施力物体和受力物体区分开来，学生作图时经常将压力的作用点误画在施力物体上，压力的方向错画成竖直向下.关于压力的大小，学生易将在不受外力时静置在水平面上装有物体的容器对水平面产生的压力，误认为只有固体容器自身受到的重力.对接触面不是水平的情况，学生只有机械记忆，脑海里缺少对应情况图式，难以正确地完成同化，仍认为压力大小即重力大小.但液体具有流动性，容器侧壁对其也存在力的作用，所以，液体对容器底部产生压力的大小与容器的形状有关，并不一定就等于液体受到的重力大小.这与学生原有的经验冲突，学生产生认知冲突.
为了在复习课上学生能够完成对前概念的重组，提高元认知，起到温故知新的作用，教师在复习课上应合理地设计、组织教学内容，使得学生主动参与知识的再建构过程，使所学的知识系统化、脉络化、网格化.所以，笔者站在单元整体的视角下，带领学生通过创新实验对压力展开一场教与学的活动.
2 “实验创新”的设计、制作与教学实施
2.1 创新教具组的设计与制作
教具1（如图1所示）需要木板、铁条、重物、贴纸、钉子和重垂线.
教具2（如图2所示）需要计算机、拉（压）力传感器、数据采集器、朗威数字化信息系统实验室（DISLab8.0）、角度盘、旋转杆、细绳、透明容器和3个200g的重物、两个强磁铁.
教具3（如图3所示）需要电子秤、透明塑料袋、可变形状的透明容器、夹子和红墨水.
2.2 指向核心素养的“实验创新”教学实践
任务一：压力的产生原因、作用点与方向（见表1）.
基于“实验创新”的教学建议：
基于学生已有的“力的作用效果”这一知识背景，教具1利用长铁条受到压力时产生形变，明确压力的受力物体，同时说明压力属于弹力.学生还易将压力的方向误以为和重力方向一致，误认为压力的方向也总是竖直向下.因此，教具1利用重垂线明确重力的方向，使之与长铁条发生形变的方向进行对比.从水平开始缓慢改变接触面倾斜程度，可同时观察到两者方向、对比压力与重力方向，帮助学生突破压力的方向与重力方向不同这一难点，让学生认识到压力的方向并非总是竖直向下，而是垂直于接触面指向受力物体.
任务二：压力的大小（见表2）.
活动：根据自身计算结果进行判断，提出“液体对底部产生的压力不一定等于液体所受重力大小”等观点.
活动：利用教具3改变容器的形状进行实验探究，并结合液体压强、物体的受力多角度进行理论分析，寻找本质原因
物理观念：知道电子秤测量原理.了解对于固体，水平面上在无外力作用时，物体对接触面的压力大小等于物体的总重.而对液体，液体对水平的容器底部产生的压力大小与液体受到的重力不一定相等.当盛装液体的容器是柱状的时候，F=G;当盛装液体的容器上端横截面积大于下端时，F
科学思维与科学探究：在活动中引导学生自主发现并提出一系列问题.能依据已有的压力作用下铁条形变的模型和规律，进行合理推理，支持其观点或反驳相异观点.能设计并完成实验来得出结论.还能运用液体压强与压力的关系进行计算分析，也能运用二力平衡知识对液体进行受力分析，来解释论证液体对水平的容器底部产生的压力大小与液体自身的重不一定相等的原因.针对研究成果进行整理归纳与反思，总结出关于液体压力压强与固体压力压强这一类计算题的解题程序
科学态度与责任：养成主动积极尝试解决问题习惯，经历科学模型不断修正的过程，得出“水平面上在无外力作用时，固体对接触面的压力大小等于物体总重”的结论，形成尊重事实、敢于质疑、善于反思、勇于创新的科学态度
基于“实验创新”的教学建议：
教具2借助朗威数字化信息系统实验室，使压力的大小可视化，从大量的定量实验得到普遍规律，既遵循初中生的认知特点，又达到促进学生对复杂概念理解的目的.
针对这一问题，教具2将研究对象换成固体容器，通过在容器中装入其他物质，让学生了解到该容器对水平面的压力是容器及容器内物体受到的总重力.该教具可以在不改变施力物体重力大小的情况下，通过改变斜面的倾斜程度，定量测量压力的大小.通过与施力物体的重力大小进行对比，帮助学生辨析清楚压力与重力的关系.而对于有外力作用时，固体对水平面产生的压力情况学生没有深入地探索，新内容被错误地同化.该教具在不改变施力物体重力大小的情况下，增加磁力来研究此时压力和重力之间的关系.逆向论证压力等于重力的条件是物体静置在水平面上且无其他竖直方向上的外力（或外力分力）作用.
教具3设计了形状可变的容器用于盛装液体，在容器底部放置电子秤来测量液體对底部的压力.通过实验发现液体对容器底部的压力不一定等于液体自身的重力，引发学生的认知冲突，激发学生的求知欲，再结合液体压强、物体的受力多角度进行理论分析，帮助学生有效完成顺应.
3 基于初中物理“实验创新”实践的思考
3.1 以生为本，“认知冲突”触发深度思考
复习课侧重帮助学生整合构建知识体系，力求在原有知识的基础上，将每一个概念建构完整.所以，学生的认知水平是复习课的出发点和备课基础.课前可以通过问卷调查、访问等方式进行调查，利用大数据精准确定复习课的教学内容与侧重点.针对学生的思维误区进行教学设计，创设能够引发学生认知冲突的情境，使他们产生困惑，触发深度思考.
3.2 循循善诱，“真问题”深化物理概念
物理观念的形成和发展需要通过物理概念、物理规律等系统的反思和迁移应用，使其学会用这些观念解释自然现象，解决生产生活中的实际问题.精心设计问题串，避免学生面对开放性过大的问题思维过于发散而导致教学主题偏离，也避免学生不加思考机械回答“是不是”“对不对”之类的问题使学习流于浅层.明确问题的指向性，通过设问、反问、追问层层递进，结合实验观察和理论分析让学生知其然，更知其所以然.提高问题的视域，找寻到概念与概念之间的关系，明确其中的物理规律，连点成线，由线织网，帮助学生绘制出完整的思维导图，使深度学习发生，提高复习课的有效性.
3.3 技术融合，“真活动”培养创新意识
融合现代信息技术的“实验创新”教具在教学中的指向性更强，更能突出重点、突破难点，同时，提高学生看表识图的能力，彰显信息素养上的优越性，可作为传统实验教具的补充.为了节约课堂时间、提高课堂效益，创新教具中机械操作的部分可以由教师完成，但教师必须在“实验创新”的设计上应起引领作用，而不是全权负责.因此，保留教具的核心设计环节，用于调动学生积极参与，动脑设计、动手制作.同时，课堂中要预留充足的时间给学生交流，充分发挥学生自评和互评的作用，让他们在交流中碰撞思维的火花，培养创新、创造的意识.
对于“研究受外力作用的固体对水平面产生的压力”，学生根据所提供的材料设计出了利用磁铁的相互作用进行探究的方案.而在交流的过程中，学生认为该方案只能定性说明无法定量分析：固体受到外力作用时，它对水平面产生的压力不一定等于其重力大小.针对这一局限，学生运用滑轮部分的知识，提出了如图6的新方案.
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）[M].北京：北京师范大学出版社，2012.
[2]吴昊，朱文军，陶恒.实践创新实验 凸显科学精神——以“液体的压强”实验教学设计为例[J].物理通报，2021（01）：134-136.
[3]曾佑全.创新实验活动模块教学的探讨[J].实验教学与仪器，2012，29（09）：10-12.
[4]林小英.初中物理创新实验教学案例的分析和探讨[A]//《中国教育技术装备》杂志社.第五届中国教育技术装备论坛获奖论文集（下）[C].北京：《中国教育技术装备》杂志社，2014：4.
[5]赵艳娟.创新物理实验教学 构建智慧课堂——以“液体的压强”一节为例[J].中学理科园地，2019，15（04）：23-24.
（收稿日期：2021-03-17）
