神奇的液壓千斤頂-液體壓強(qiáng)的應(yīng)用

神奇的液壓千斤頂——液體壓強(qiáng)的應(yīng)用張家港市梁豐初級(jí)中學(xué)沈芙蓮各位專家評(píng)委：大家好！我是來自張家港市梁豐初級(jí)中學(xué)的沈芙蓮。我說課的課題是《神奇的液壓千斤頂——液體壓強(qiáng)的應(yīng)用》。下面我將從以下六個(gè)方面進(jìn)行闡述。課標(biāo)解讀和教材分析2022年版《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》提出了義務(wù)教育物理課程要與小學(xué)科學(xué)和高中物理課程相銜接。提出了“以主題為線索，構(gòu)建課程結(jié)構(gòu)”的理念，注重“知行合一、學(xué)以致用”。新增的“跨學(xué)科實(shí)踐主題”，側(cè)重體現(xiàn)物理學(xué)與日常生活、工程實(shí)踐、社會(huì)發(fā)展等方面的聯(lián)系，在此過程中，我們發(fā)展學(xué)生跨學(xué)科運(yùn)用知識(shí)的能力、分析和解決問題的綜合能力、動(dòng)手操作的實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真積極的學(xué)習(xí)態(tài)度和樂于實(shí)踐敢于創(chuàng)新的精神。在目前全國(guó)的初中物理教材中，只有滬科版教科書提到了帕斯卡定律，但也沒有明確的實(shí)驗(yàn)探究過程。在高中物理教材中也沒有涉及帕斯卡定律的內(nèi)容，但高中教師常常默認(rèn)學(xué)生在初中已經(jīng)學(xué)習(xí)過帕斯卡定律，他們將帕斯卡定律的內(nèi)容直接告知學(xué)生進(jìn)行運(yùn)用。這里就出現(xiàn)了初高中銜接上的真空。我設(shè)計(jì)的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)就是對(duì)初高中物理教材內(nèi)容的一個(gè)補(bǔ)充，是對(duì)液體壓強(qiáng)的深度學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路以“神奇的液壓千斤頂”為主題，開展工程實(shí)踐方面的跨學(xué)科實(shí)踐學(xué)習(xí)，主要涉及以下五個(gè)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)了系列化的實(shí)驗(yàn)，用到的主要實(shí)驗(yàn)器材有：“四兩撥千斤”裝置、全透明放大版液壓千斤頂模型、“針筒比力”裝置、帕斯卡定律演示儀、改良液壓千斤頂?shù)?。以上裝置均為原創(chuàng)設(shè)計(jì)的自制教具。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)立足新課程標(biāo)準(zhǔn)和跨學(xué)科實(shí)踐要求，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)。物理觀念目標(biāo)1.通過觀察和體驗(yàn)，認(rèn)識(shí)液壓千斤頂?shù)膶?shí)際作用及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；通過實(shí)驗(yàn)探究，知道液體能大小不變地傳遞壓強(qiáng)，知道液體傳遞的壓力的大小與受力面積有關(guān)；3.通過觀察和手工制作，了解液壓傳動(dòng)裝置在生活和工程中的實(shí)際應(yīng)用?？茖W(xué)思維目標(biāo)1.通過對(duì)液壓千斤頂透明模型的觀察和使用，學(xué)會(huì)用物理模型分析物理問題，發(fā)展模型構(gòu)建思維的能力；2.通過針筒比力、帕斯卡定律實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展推理和概括能力，3.通過設(shè)計(jì)千斤頂?shù)幕顒?dòng)，發(fā)展觀察力、創(chuàng)造力和解決問題的能力。（三）科學(xué)探究目標(biāo)通過針筒比力、帕斯卡定律實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)得出帕斯卡定律，發(fā)展基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋的能力。（四）科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任目標(biāo)1.在探究液體傳遞壓力和壓強(qiáng)規(guī)律的過程中，形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、實(shí)事求是、持之以恒的科學(xué)態(tài)度；2.通過了解液壓傳動(dòng)裝置在工程中的實(shí)際使用情況，懂得創(chuàng)新始于實(shí)踐，培養(yǎng)對(duì)工程技術(shù)的興趣，體會(huì)物理學(xué)對(duì)工程技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用，激發(fā)社會(huì)責(zé)任感。五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程和創(chuàng)新1.用大型教具引入新課：“四兩撥千斤”實(shí)驗(yàn)讓三名重量級(jí)的學(xué)生站在長(zhǎng)木板上，一位同學(xué)嘗試直接將木板的一端抬高，不能成功，但當(dāng)他使用液壓千斤就可以很輕的將三人抬高十幾厘米。小小的液壓千斤頂可真神奇，能很輕松的頂起重物?！八膬蓳芮Ы铩睂?shí)驗(yàn)通過創(chuàng)設(shè)情境，能夠讓學(xué)生最直觀的感受到千斤頂?shù)纳衿?，瞬間勾起學(xué)習(xí)的興趣。2.構(gòu)建物理模型：觀察和使用全透明放大版液壓千斤頂模型要研究液壓千斤頂?shù)脑?，需要先了解它的結(jié)構(gòu)，放大版的透明模型，把難以直接觀察的液壓千斤頂?shù)膬?nèi)部結(jié)構(gòu)，一目了然的展示出來，學(xué)生通過對(duì)模型的觀察和使用，對(duì)液壓千斤頂就有了基本的認(rèn)識(shí)，很容易抓住重點(diǎn)：是液體在傳遞壓力，使小力變成大力。透明模型能幫助學(xué)生更準(zhǔn)確的把握到機(jī)械的本質(zhì)特征。我們希望在課堂中能向?qū)W生滲透“用物理模型分析物理問題”的意識(shí)，這也是新課標(biāo)對(duì)學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的重要目標(biāo)。3.進(jìn)一步簡(jiǎn)化模型：針筒比力器實(shí)驗(yàn)通過對(duì)透明模型的觀察，學(xué)生提出了：“液體能不能傳遞壓力的問題？”用針筒制作千斤頂，推針筒的小活塞，大活塞也會(huì)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，說明液體能傳遞壓力。續(xù)追問：“液體傳遞的壓力大小相等嗎？”這時(shí)我設(shè)計(jì)讓學(xué)生分兩步進(jìn)行研究，第一步，先定性的感受，比一比誰(shuí)能先把活塞推到底端，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)，每次都是推小活塞的一方勝利，說明液體對(duì)大小活塞的力可能不相等。第二步，引導(dǎo)學(xué)生定量研究，用指針式推拉力計(jì)分別推動(dòng)大小活塞做勻速直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)量出大小活塞受到液體壓力的大小。從而提出新的問題：“液體能否傳遞壓強(qiáng)？傳遞的壓強(qiáng)大小相等嗎？”人的感覺往往并不可靠，想要得到準(zhǔn)確的結(jié)論需要進(jìn)行科學(xué)的測(cè)量?！搬樛脖攘Α笔菍?duì)模型的進(jìn)一步簡(jiǎn)化，定性和定量研究相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求真的科學(xué)態(tài)度。4.探究實(shí)驗(yàn)：帕斯卡定律演示儀“液體能不能傳遞壓強(qiáng)”是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。首先請(qǐng)學(xué)生觀察帕斯卡演示儀，安裝了三個(gè)壓強(qiáng)計(jì)。向透明容器中加滿水，與針筒連接，形成一個(gè)密閉的液體系統(tǒng)。推動(dòng)活塞，給液體增加一個(gè)壓強(qiáng)，三個(gè)u形管左右液面的高度差都變大了，說明液體能傳遞壓強(qiáng)。對(duì)與液體傳遞的壓強(qiáng)大小是否相等的問題，學(xué)生通過討論提出：可以數(shù)格子算出三個(gè)壓強(qiáng)計(jì)液面高度差的變化量來比較，我們認(rèn)為是可行的，但不夠直觀。要將壓強(qiáng)的變化量直觀顯示出來，我們?cè)O(shè)計(jì)將壓強(qiáng)計(jì)重新“調(diào)零”，取下橡皮管重新安裝，這時(shí)三個(gè)壓強(qiáng)計(jì)左右液面就向平了。再次推動(dòng)活塞，這時(shí)壓強(qiáng)計(jì)左右液面的高度差就反映的是不同位置液體壓強(qiáng)的增加量。三個(gè)壓強(qiáng)計(jì)左右液面的高度差相等，說明處在密閉液體不同深度、不同方向上的橡皮膜收到液體壓強(qiáng)的增加量相等，從而歸納得出帕斯卡定律。帕斯卡定律的學(xué)習(xí)有助于液體壓強(qiáng)知識(shí)之間的銜接,幫助學(xué)生構(gòu)建更加完整的知識(shí)體系。接下來請(qǐng)學(xué)生嘗試用帕斯卡定律解釋針筒比力實(shí)驗(yàn)，推導(dǎo)帕斯卡定律的公式，加深對(duì)知識(shí)的理解和認(rèn)識(shí)，發(fā)展學(xué)生能力。5.應(yīng)用與實(shí)踐：設(shè)計(jì)并組裝簡(jiǎn)易液壓千斤頂生活中的液壓千斤頂要比針筒比力復(fù)雜的多，我們通過“問題串”引導(dǎo)學(xué)生理清設(shè)計(jì)液壓千斤頂?shù)乃悸?。問題1：“只要松手頂起的重物就會(huì)落下，該怎么辦？”問題2：“重物被頂起的高度不夠，該怎么辦？”問題3：“頂起的重物要落下，該怎么辦？”“問題串”引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科概念和工具，解決真實(shí)情境中的問題，學(xué)習(xí)“像學(xué)科工程師一樣思考與行動(dòng)”。6.實(shí)踐與評(píng)價(jià)通過播放液壓千斤頂?shù)囊曨l和圖片加深對(duì)生活中的液壓千斤頂?shù)牧私?，增?qiáng)對(duì)工程機(jī)械的興趣，增強(qiáng)民族自豪感和責(zé)任感。通過組裝動(dòng)手組裝簡(jiǎn)易千斤頂并進(jìn)行調(diào)試，體驗(yàn)學(xué)習(xí)成功的快樂。在此過程引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行積極的討論、交流、實(shí)驗(yàn)、反思和評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)的過程包含學(xué)生自評(píng)和組內(nèi)互評(píng)，評(píng)價(jià)的內(nèi)容包含課堂評(píng)價(jià)和跨學(xué)科實(shí)踐評(píng)價(jià)。其中，課堂評(píng)價(jià)包含提出問題、實(shí)驗(yàn)操作、根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析獲得結(jié)論三方面；跨學(xué)科實(shí)踐評(píng)價(jià)包含實(shí)驗(yàn)分析評(píng)價(jià)的體會(huì)與成長(zhǎng)、完成實(shí)踐性作業(yè)情況兩方面。課堂評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)自評(píng)組員1組員2組員3組員4組員51.提出問題2分：能提出具體的且有價(jià)值的問題，可以通過科學(xué)探究來尋找答案。1分：能提出有價(jià)值的問題，但表述上有欠缺。2.實(shí)驗(yàn)操作2分：能按照討論的實(shí)驗(yàn)方案，有明確的操作，動(dòng)手參與實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)操作無(wú)誤。1分：能根據(jù)分工較好的完成實(shí)驗(yàn)操作。3.根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析獲得結(jié)論2分：能分析大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象并據(jù)此得出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。1分：正確記錄、分析大部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)論有微小錯(cuò)誤，無(wú)原則性錯(cuò)誤?？鐚W(xué)科實(shí)踐評(píng)價(jià)1.實(shí)驗(yàn)分析評(píng)價(jià)的體會(huì)與收獲2分：能真實(shí)的表達(dá)此次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)，并且有對(duì)此類活動(dòng)的想法、評(píng)價(jià)，有建設(shè)性建議。1分：有對(duì)此次實(shí)驗(yàn)的體會(huì)與對(duì)此類活動(dòng)的評(píng)價(jià)。2.完成實(shí)踐性作業(yè)2分：會(huì)運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科思維分析問題，能提出合理可操作的方案。1分：會(huì)運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)和跨學(xué)科思維分析問題，但不能提出可操作的方案。實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新——帕斯卡定律演示儀演示儀可以直觀的將液壓千斤頂?shù)脑碚故境鰜?，設(shè)計(jì)上增加了壓強(qiáng)計(jì)的數(shù)量，三個(gè)U形管能直接的反映出不同位置液體壓強(qiáng)的變化量，從而說明密閉液體能等大的傳遞壓強(qiáng)。為了保證實(shí)驗(yàn)的效果，該裝置注重細(xì)節(jié)上的創(chuàng)新，如透明容器頂部安裝的金屬盒壓強(qiáng)計(jì)能顯示出液體壓強(qiáng)的變化值，用于定量研究；用銅絲纏繞成的彈簧狀，安裝在壓強(qiáng)計(jì)橡膠管與玻璃管的連接處，防止橡膠管彎折，使氣體的通過更加順暢；密閉容器和針筒內(nèi)水的顏色深淺不同，當(dāng)給液體增加壓強(qiáng)時(shí)，學(xué)生就能夠觀察到到液體被壓進(jìn)容器內(nèi)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。通過對(duì)液壓千斤頂結(jié)構(gòu)和原理的觀察和探究，培養(yǎng)學(xué)在跨學(xué)科實(shí)踐中找出影響活動(dòng)成效主要因素的能力，發(fā)展運(yùn)用簡(jiǎn)單模型解決問題能力；培養(yǎng)利用歸納或演繹的方法對(duì)跨學(xué)科問題推理，獲得結(jié)論能力等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與反思1.跨學(xué)科實(shí)踐課題的選擇具有綜合性、實(shí)踐性，主線清晰，重點(diǎn)難點(diǎn)突出。以“神奇的液壓千斤頂”為主線，開展跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)。緊緊圍繞“液體能傳遞壓力和壓強(qiáng)”這個(gè)重點(diǎn)組織活動(dòng)和教學(xué)，帕斯卡定律演示儀能直觀展示帕斯卡定律，突破了教學(xué)難點(diǎn)。2.探究教學(xué)以“問題解決”為導(dǎo)向，具有“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”特質(zhì)，探究行為對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)具有層遞性。以問題的解決過程為線索設(shè)計(jì)方案，將跨學(xué)科實(shí)踐的課題分解為五個(gè)