《液体的压强》实验反思研究

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  自从“反思”的相关理论被引入我国教育界,教学反思已受到越来越多的教育工作者的青睐.心理学家林崇德曾提出:“优秀教师=教学过程 反思”的成长模式.实践发现,不少中学老师虽然能进行一些简单的反思,但是反思的质量值得商榷.为了更好地促进教师成长,有必要探讨和研究如何提升教师教学反思的品质,尤其是如何结合物理学科的特点对教学进行更加有效的反思.为了提升反思的品质,课题组推崇“团队合作”,逐渐探索出一套行之有效的“五步曲策略”.本文以《液体的压强》教学反思为例,与同行交流.
  1第一步曲——上课老师整理实验教学过程,做好课堂实录
  本节课是苏科版(八下)第十章第二节内容,以“液体内部压强规律”为重点.笔者在教学设计中,将本节课教学过程分为四个实验环节.为了方便整理反思,对整个教学过程进行了录像.
  1.1片段1——液体压强的存在
  师:如图1所示,在一端开口另一端包有橡皮膜的空瓶中放入一个固体,你发现橡皮膜有什么变化(图2)?说明了什么?
  生:橡皮膜向下凸,说明固体对橡皮膜产生了向下的压强.
  师:请猜猜看,装在烧杯里的液体是否会对烧杯底部有压强呢?并说出猜想依据.
  生:液体也应该会对烧杯底部产生向下的压强,因为液体和固体一样受到重力作用.
  师:猜想要通过实验验证,如何验证你的猜想呢?
  生:向包有橡皮膜的容器中倒水.
  教师向学生展示容器的底部和侧壁都包有橡皮膜的装置(图3).
  一位学生上台将液体倒入容器中,出现如图4所示的现象.
  师:你观察到了什么现象?说明了什么?
  生1:橡皮膜向下突出,说明液体对容器底部有向下的压强.
  生2:液体对容器侧壁也有压强,因为侧壁的橡皮膜向外凸出.
  ……
  板书学生结论:液体对容器底部和侧壁都有压强.
  1.2片段2——体验液体内部压强的存在
  师:液体对容器底部和侧壁有压强,液体内部是否存在压强呢?
  生:有,因为游泳时会感到胸闷.
  媒体展示实验任务:
  今天,我们在课堂上来模拟一下游泳时的情境.把透明薄膜手套戴在手上,手逐渐伸入装有水的桶中,体会手在水中的感觉,注意观察手套的形状,请描述你的感受和观察到的现象(图5).
  观察到__________________
  感受到___________________
  说明__________________
  学生分组实验,体验后回答.
  生:观察到手套紧贴在手上,感受到了水的压力,说明液体内部有压强.
  师:你感觉液体内部压强向哪个方向?
  生:向各个方向,因为手套的各个部位都被紧压在手上.
  师:为了让大家更直观地认识液体内部的压强,请同学们再观察一个实验,将一个四面蒙有橡皮膜的仪器慢慢放入水中,如图6所示.
  问:你看到了什么?说明了什么?
  学生注意观察并思考.
  生1答:橡皮膜发生了形变,说明液体内部存在压强.
  生2答:底部、侧壁、上面的橡皮膜都向内凹陷,说明液体内部向不同方向都有压强.
  教师请学生说出每个橡皮膜受到液体压强的方向.
  板书学生结论:液体内部向各个方向都有压强.
  1.3片段3——探究影响液体内部压强大小的因素
  师:液体内部压强大小可能和哪些因素有关呢?根据你的生活经历和我们今天的体验,请你猜猜看,并说出你的猜想根据.
  生1猜想:与深度有关,因为手伸到水里时,越往下手感受到的压强越大.
  生2猜想:与液体的密度有关,因为不会游泳的人在“死海”里也不会沉下去,说明“死海”里的海水对人向上的压强大.
  生3猜想:与方向有关,因为向不同方向的橡皮膜形变程度不同.
  生4猜想:通过一开始的实验发现往容器里倒的水越多,橡皮膜向下凸得越厉害,液体压强可能与质量有关.
  ……
  教师将学生猜想记录在黑板上.
  师:猜想是否正确,需要通过实验验证,为了精确地比较液体压强的大小,我们需要用到一个器材——压强计(如图7).
  教师介绍压强计的结构和使用方法.请学生尝试用大小不同的力按压橡皮膜,并观察U形管两侧液面高度差,说出你观察到的现象.
  学生分组体验后回答:用的力越大, U形管两侧液面高度差越大.
  媒体展示照片:
  师:如图8是某同学两次实验的照片,哪次橡皮膜受到的压强大?
  生:右面一次橡皮膜受到的压强大,因为右面一次液面高度差比较大.
  师:我们通过U形管两侧液面高度差来比较橡皮膜所受压强的大小,这种方法属于转换法,今后物理实验中还有很多情况用到这种方法.
  液体压强可能和这么多因素有关,我们该怎样来探究呢?我们首先探究“探究液体压强与液体质量的关系”.
  (1)液体压强与质量的关系
  师:我们要改变什么物理量,控制什么量不变?老师这里有两个形状相同的圆柱形桶和一个横截面较小的饮料瓶,你打算如何设计?
  学生讨论后回答:“应该改变质量,保证深度、方向、密度不变.在两个相同的桶中装密度相同的液体,一个桶中多一些,一个桶中少一些.”有学生立即反驳:“那样深度也不同.”
  沉思了一会,有学生说:“选两个横截面不同的桶,装入同样深度的水,一次将压强计探头放入大瓶底部,一次放入小瓶底部,观察两次U形管液面高度差”.
  根据学生设计的最佳方案,分组实验后发现液体压强大小与质量无关.   (2)请学生设计“探究液体压强是否与方向有关”的实验方案
  学生思考后答:“控制液体密度与深度相同,改变橡皮膜方向,并记录橡皮膜不同方向时U形管两侧液面高度差”.
  学生分组实验并将实验数据填入表格.
  教师将多组学生的实验数据利用网络上传至白板.
  问:根据实验数据,你能得出什么结论?
  板书学生结论:在液体密度和深度一定时,液体向各个方向的压强大小相等.
  (3)请学生设计“探究液体压强是否与深度有关”的实验方案.
  学生讨论后答:控制液体密度相同,改变橡皮膜的深度,并记录橡皮膜不同深度时U形管两侧液面高度差.
  (4)请学生设计探究“液体压强是否与密度有关”的实验方案.
  学生思考后答:控制液体深度相同,将橡皮膜分别放入水和盐水中,并记录橡皮膜分别在水和盐水中时U形管两侧液面高度差.
  学生根据实验方案,分组实验并记录数据.
  教师将多组学生的实验数据上传至白板.
  学生根据实验数据总结结论,教师板书学生结论:
  在液体密度一定时,液体内部压强大小随深度的增加而增大.
  在不同液体的同一深度处,液体密度越大,压强越大.
  1.4片段4——设计情境归纳总结
  情境1:
  师:桌上有一个饮料瓶,怎样使饮料瓶由静止变为运动?
  生:用手推.
  师:两个注射器之间用挂盐水的塑料管相连,下面注射器的活塞到液面的距离就是活塞所在的深度,请一位同学上台帮忙将另一个注射器慢慢举起(如图9).
  学生发现饮料瓶被注射器活塞推动了,而且举得越高饮料瓶运动得越快.
  师:能否用今天所学的知识解释你看到的现象?
  生:水对注射器活塞有压强,深度越大,水对活塞的压强越大.
  师:如果这个活塞是河堤大坝,当河里的水面上升时,大坝受到的压强有什么变化?
  生:变大.
  师:如果你是设计师,你会选择哪个设计方案(如图10)?
  学生思考后答:深度越深压强越大,底部受到液体压强大,底部要造的比上面宽,增加大坝底部的承受能力.(总结液体压强与深度的关系)
  媒体展示真实的大坝照片.
  情境2:如果河边的植被遭到破坏,造成水土流失,使得长江水中的泥沙含量增加,这相当于液体的增大了,因此在同等深度的情况下,长江水对堤坝的增加,从而使堤坝受到破坏的可能性增加了.
  学生分析:液体密度越大,压强越大.(总结液体压强与密度的关系)
  情境3:播放电影片段.二战时期潜水艇为了躲避深水炸弹,潜到海底200米以下,水从四面八方进来,玻璃被压碎的震撼场面.
  学生观看后分析:
  (1)因为深度越深液体内部压强越大,潜水艇超过极限深度后,超过了潜水艇的承受能力,潜水艇玻璃被压破了.
  (2)液体内部向各个方向都有压强,所以水从四面八方“喷”进潜水艇.(总结液体内部向各个方向都有压强.)
  根据学生的回答,媒体同步展示液体压强的特点.
  师:如果你在这节课上还有什么其他的发现或疑惑请记录下来,下节课我们继续探究.
  2第二步曲——上课老师利用课题组研究的实验反思策略,独立反思
  这一节课是笔者参加“一师一优课”评比时所上的课题,课后根据实验反思策略,首先独立反思.现摘录部分反思内容如下:
  2.1巧设情景,支持猜想
  猜想不是毫无边际的胡思乱想,不合理的猜想与假设不仅没有发展成为科学结论的可能,对探究过程也没有意义.液体压强与前面所学的固体压强相比,需要较强的抽象思维能力,学生在这方面的感性经验又比较少,为猜想带来困扰,需要预设引发猜想的情景,在“探究液体压强大小与哪些因素有关”之前,笔者首先让学生体验游泳时的情景,在实验的过程中学生对液体压强有初步感知,人的感觉不一定正确,笔者进一步通过演示实验,让学生直观地观察在液体内部不同位置橡皮膜的变化,有了对情景的充分感知,猜想才会自然生成,且有针对性.通过这两个实验,学生不仅能得出液体内部有压强,同时为合理猜想液体压强的大小提供了素材.
  2.2梳理猜想,优化探究顺序
  梳理出学生的猜想:液体的压强大小可能和液体的质量、深度、液体密度、方向等有关.在本节课前,学生接触到的控制变量法只有三个变量,而本节课涉及四个变量,运用控制变量法思想设计实验时,需要考虑的变量越多,设计实验的难度就越大.新课程提到,教学过程中,教材内容太复杂,就要采用分解和分散处理等方式进行教学.在猜想环节,有学生说:“老师往容器里倒水时,我发现往里面倒的水越多,橡皮膜向下凸得越厉害.”液体的压强实际与质量无关,课本上也没有对这个问题的探究,对于这个猜想有的老师回避,笔者认为既然绝大部分学生都认为液体压强与质量有关,我们就有必要通过实验来纠正这个错误的前概念;有的老师将液体压强与质量的关系放在最后探究,笔者认为这样处理不科学,如果放在最后探究,那么在探究液体压强与密度关系时,通常在两个相同容器中装不同密度的液体,控制深度相同,从而得出液体压强与密度的关系,而此时两个容器中液体密度不同,液体的质量实际也不相同,出现了两个变量,不能得出液体压强与哪个因素的关系.所以笔者将液体压强与质量、方向的关系放在前面探究,后面探究液体压强与深度、密度的关系时可以不考虑质量、方向因素而进行探究,这样做可降低探究难度.
  2.3注重研究方法的培养
  教学中笔者利用每次探究的机会,引导学生提出问题——猜想——实验探究——得出结论.结合实验,渗透了几种科学方法教育,比如“归纳法”、“转换法”、“比较法”.在教学过程中,没有机械地直接告诉学生这些方法,而是让学生在体验或感悟的过程中明白自己用了什么方法.比如根据橡皮膜的形变说明液体压强的存在,用到了“转换法”;根据多组学生的数据“累积法”找规律等.这些实验方法在今后物理学习中都可以使用,从长远看,教会学生科学方法更重要.   2.4创设情境归纳总结
  一节课结束需要梳理知识点,笔者并没有将这节课的知识点简单复述一遍,而是创设与知识点相关的实验问题情境,请学生用本课学到的知识点解释实验现象,在学生分析的同时通过多媒体将学生说出的知识点展示出来.这样既可以从“物理走向生活”,又起到了归纳总结的作用,学生记忆深刻.
  3第三步曲——组内其他老师参与评议,百花齐放
  请组内其他教师对该教学片断进行评议.笔者摘录部分评议如下:
  教师A:本节课在“未来教室”依托数字传感器、平板电脑实时传输学生实验数据,将信息技术与物理教学深度融合的做法令人耳目一新,使得这堂“物理味道浓”的新授课焕发了全新的生命力.信息技术的运用并没有排斥“物理的味道”,“情景的设置——体验——实验数据的呈现——结论的得出”等环节环环相扣,教学设计匠心独运,师生和谐互动,较好地达到了教学目标.如果能有学生实验操作时的特写,效果可能会更好.
  教师B:学生的实验多数成功,但是也有一组学生的实验不成功,塑料盒放入液体后,U形管两侧液面没有出现高度差,教师直接让学生换了一套器材,能否恰好利用这一“生成性”资源呢?笔者的方法是:这一组出现了与其他组不一样的实验现象,我们一起来找找原因.学生通过讨论会发现可能是乳胶管弯折了,也可能是橡皮膜或乳胶管破了,所以我们在实验时乳胶管不能弯折,橡皮膜容易破损,实验时要小心.
  教师C: 对于刚刚开始学习物理的同学,研究方法的提出过早了.首先通过某一个孤单实例就来谈某一种科学研究方法,缺乏可信度,虽然老师出发点只是提一下,但有意无意间给本节的学习带来过重的负担.本节课堂容量比较大,教师没有必要在研究方法上花费不必要的时间.
  教师D:教师能不能在本次实验教学的基础上,指导学生再做一些实验反思.比如,本次实验中还有什么值得注意的问题?在实验中还有什么问题没有解决,等等.经常这样做,可以培养学生的反思能力,而且可以在学生的反思中引发许多新的探究和收获.
  4第四步曲——执教老师集思广益,进行二次反思,形成认识飞跃
  为了更深入地进行反思,更好地促进教师专业成长,执教教师借鉴其他老师的评议,再进行二次反思.下面就是上述案例中执教教师进行的二次反思——通过其他老师的评议,使笔者认识到今后教学时还应注意以下方面:
  4.1要进行信息技术与学科教学的融合
  首先要进一步加强对学科教学的研究,在此基础上,发挥信息技术的优势来优化学科教学.原计划要拍摄部分小组的实验视频传输到屏幕上进行分析,但由于笔者对“未来教室”信息技术的使用还不熟练,所以未能如愿,课堂教学“永无止境”,今后要积极学习信息技术,在信息化的教学环境下勇于实践和创新.
  4.2要考虑取舍的价值,好钢要用在刀刃上
  课堂教学时间十分宝贵.要判断教学时间分配是否合理,首先要看课堂流程结构是否合理.这节课重点是探究液体压强的大小和哪些因素有关,但本节课中又涉及到比较法、归纳法、转换法等,这些方法在后续学习中都会经常使用,但并不是这节课的重点,对这些方法的掌握可以从长计议,可以将更多时间留给学生实验探究.
  4.3问题的设计要更为科学和高效
  在部分问题的设计上未充分了解学生已有的生活经验和知识结构,只是根据教学经验设计问题,导致提出的问题脱离学生实际,学生在回答这些问题时出现了“冷场”,课堂提问的效率不高.比如在猜想环节中,始终没有学生猜想液体压强可能与方向有关,笔者及时进行了调整,再次展示橡皮膜在液体中图片,提问每个橡皮膜受到液体压强的方向,引导学生根据橡皮膜的形变方向判断橡皮膜所受到的压强方向,学生很容易提出液体压强大小可能与方向有关.因此教师在教学前要考虑学生的学情进行课堂提问的设计,同时在课堂教学中要注意根据学生的反馈情况,及时调整提问.
  4.4及时关注课堂生成
  如果学生的回答没有按照教师的思路,该怎么办?叶澜教授说过:“课堂应是向未知方向挺进的旅程,随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景,而不是一切都必须遵循固定线路而没有激情的行程.”在学生实验过程中发现部分实验不成功的小组,也可以将这些不成功的现象呈现出来引导学生一起分析,进一步总结出实验过程中应该注意的事项.我们只有把握时机,精心呵护好教学中不断闪现的生成性资源,让学生真正成为学习的主人,学生的思维空间才能得以拓展,课堂上才会不断出现美丽的“生成”,课堂才会因此而变得更加有效,更加精彩.
  5第五步曲——整理出教师反思案例,促进交流,供今后循环使用
  由执教教师把前四步曲中内容整理好,形成案例,生成资源,供教师间交流.
  叶澜教授也曾说过:“一个教师写一辈子教案难以成为名师,但如果一个教师写三年的教学反思则有可能成为名师.”可见,科学、有效的反思是促进教师专业成长的关键.“五部曲反思”增强了教师之间的交流与合作,通过教师个人的反思分析和其他教师的“会诊”,帮助教师发现自身的不足,提高了教师反思的广度和深度.“五部曲反思”揭示的是教师真实的“课堂故事”,既提高了执教教师的教学水平,也促进其他参与教师的专业成长.
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