神奇的液壓千斤頂-液體壓強的應用

神奇的液壓千斤頂——液體壓強的應用張家港市梁豐初級中學沈芙蓮各位專家評委：大家好！我是來自張家港市梁豐初級中學的沈芙蓮。我說課的課題是《神奇的液壓千斤頂——液體壓強的應用》。下面我將從以下六個方面進行闡述。課標解讀和教材分析2022年版《物理課程標準》提出了義務教育物理課程要與小學科學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、學以致用”。新增的“跨學科實踐主題”，側(cè)重體現(xiàn)物理學與日常生活、工程實踐、社會發(fā)展等方面的聯(lián)系，在此過程中，我們發(fā)展學生跨學科運用知識的能力、分析和解決問題的綜合能力、動手操作的實踐能力，培養(yǎng)學生認真積極的學習態(tài)度和樂于實踐敢于創(chuàng)新的精神。在目前全國的初中物理教材中，只有滬科版教科書提到了帕斯卡定律，但也沒有明確的實驗探究過程。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學生在初中已經(jīng)學習過帕斯卡定律，他們將帕斯卡定律的內(nèi)容直接告知學生進行運用。這里就出現(xiàn)了初高中銜接上的真空。我設(shè)計的跨學科主題學習就是對初高中物理教材內(nèi)容的一個補充，是對液體壓強的深度學習與實踐應用。實驗設(shè)計思路以“神奇的液壓千斤頂”為主題，開展工程實踐方面的跨學科實踐學習，主要涉及以下五個環(huán)節(jié)。實驗器材設(shè)計了系列化的實驗，用到的主要實驗器材有：“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)計的自制教具。實驗教學目標立足新課程標準和跨學科實踐要求，我們設(shè)計了以下實驗教學目標。物理觀念目標1.通過觀察和體驗，認識液壓千斤頂?shù)膶嶋H作用及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；通過實驗探究，知道液體能大小不變地傳遞壓強，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，了解液壓傳動裝置在生活和工程中的實際應用?？茖W思維目標1.通過對液壓千斤頂透明模型的觀察和使用，學會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、帕斯卡定律實驗探究，發(fā)展推理和概括能力，3.通過設(shè)計千斤頂?shù)幕顒?，發(fā)展觀察力、創(chuàng)造力和解決問題的能力。（三）科學探究目標通過針筒比力、帕斯卡定律實驗探究，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）科學態(tài)度與社會責任目標1.在探究液體傳遞壓力和壓強規(guī)律的過程中，形成嚴謹認真、實事求是、持之以恒的科學態(tài)度；2.通過了解液壓傳動裝置在工程中的實際使用情況，懂得創(chuàng)新始于實踐，培養(yǎng)對工程技術(shù)的興趣，體會物理學對工程技術(shù)發(fā)展的促進作用，激發(fā)社會責任感。五、實驗教學流程和創(chuàng)新1.用大型教具引入新課：“四兩撥千斤”實驗讓三名重量級的學生站在長木板上，一位同學嘗試直接將木板的一端抬高，不能成功，但當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铩睂嶒炌ㄟ^創(chuàng)設(shè)情境，能夠讓學生最直觀的感受到千斤頂?shù)纳衿?，瞬間勾起學習的興趣。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，學生通過對模型的觀察和使用，對液壓千斤頂就有了基本的認識，很容易抓住重點：是液體在傳遞壓力，使小力變成大力。透明模型能幫助學生更準確的把握到機械的本質(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，這也是新課標對學生科學思維發(fā)展的重要目標。3.進一步簡化模型：針筒比力器實驗通過對透明模型的觀察，學生提出了：“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，大活塞也會向另一側(cè)運動，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？”這時我設(shè)計讓學生分兩步進行研究，第一步，先定性的感受，比一比誰能先把活塞推到底端，同學們發(fā)現(xiàn)，每次都是推小活塞的一方勝利，說明液體對大小活塞的力可能不相等。第二步，引導學生定量研究，用指針式推拉力計分別推動大小活塞做勻速直線運動，測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？傳遞的壓強大小相等嗎？”人的感覺往往并不可靠，想要得到準確的結(jié)論需要進行科學的測量。“針筒比力”是對模型的進一步簡化，定性和定量研究相結(jié)合，培養(yǎng)學生嚴謹求真的科學態(tài)度。4.探究實驗：帕斯卡定律演示儀“液體能不能傳遞壓強”是本節(jié)課的重點和難點。首先請學生觀察帕斯卡演示儀，安裝了三個壓強計。向透明容器中加滿水，與針筒連接，形成一個密閉的液體系統(tǒng)。推動活塞，給液體增加一個壓強，三個u形管左右液面的高度差都變大了，說明液體能傳遞壓強。對與液體傳遞的壓強大小是否相等的問題，學生通過討論提出：可以數(shù)格子算出三個壓強計液面高度差的變化量來比較，我們認為是可行的，但不夠直觀。要將壓強的變化量直觀顯示出來，我們設(shè)計將壓強計重新“調(diào)零”，取下橡皮管重新安裝，這時三個壓強計左右液面就向平了。再次推動活塞，這時壓強計左右液面的高度差就反映的是不同位置液體壓強的增加量。三個壓強計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的增加量相等，從而歸納得出帕斯卡定律。帕斯卡定律的學習有助于液體壓強知識之間的銜接,幫助學生構(gòu)建更加完整的知識體系。接下來請學生嘗試用帕斯卡定律解釋針筒比力實驗，推導帕斯卡定律的公式，加深對知識的理解和認識，發(fā)展學生能力。5.應用與實踐：設(shè)計并組裝簡易液壓千斤頂生活中的液壓千斤頂要比針筒比力復雜的多，我們通過“問題串”引導學生理清設(shè)計液壓千斤頂?shù)乃悸?。問題1：“只要松手頂起的重物就會落下，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”引導學生運用學科概念和工具，解決真實情境中的問題，學習“像學科工程師一樣思考與行動”。6.實踐與評價通過播放液壓千斤頂?shù)囊曨l和圖片加深對生活中的液壓千斤頂?shù)牧私猓鰪妼こ虣C械的興趣，增強民族自豪感和責任感。通過組裝動手組裝簡易千斤頂并進行調(diào)試，體驗學習成功的快樂。在此過程引導學生進行積極的討論、交流、實驗、反思和評價，評價的過程包含學生自評和組內(nèi)互評，評價的內(nèi)容包含課堂評價和跨學科實踐評價。其中，課堂評價包含提出問題、實驗操作、根據(jù)實驗現(xiàn)象分析獲得結(jié)論三方面；跨學科實踐評價包含實驗分析評價的體會與成長、完成實踐性作業(yè)情況兩方面。課堂評價評價內(nèi)容評價標準自評組員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值的問題，可以通過科學探究來尋找答案。1分：能提出有價值的問題，但表述上有欠缺。2.實驗操作2分：能按照討論的實驗方案，有明確的操作，動手參與實驗，實驗操作無誤。1分：能根據(jù)分工較好的完成實驗操作。3.根據(jù)實驗現(xiàn)象分析獲得結(jié)論2分：能分析大部分實驗數(shù)據(jù)及現(xiàn)象并據(jù)此得出正確的實驗結(jié)論。1分：正確記錄、分析大部分實驗數(shù)據(jù)，結(jié)論有微小錯誤，無原則性錯誤。跨學科實踐評價1.實驗分析評價的體會與收獲2分：能真實的表達此次實驗的體會，并且有對此類活動的想法、評價，有建設(shè)性建議。1分：有對此次實驗的體會與對此類活動的評價。2.完成實踐性作業(yè)2分：會運用多學科知識和跨學科思維分析問題，能提出合理可操作的方案。1分：會運用多學科知識和跨學科思維分析問題，但不能提出可操作的方案。實驗教學創(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)計上增加了壓強計的數(shù)量，三個U形管能直接的反映出不同位置液體壓強的變化量，從而說明密閉液體能等大的傳遞壓強。為了保證實驗的效果，該裝置注重細節(jié)上的創(chuàng)新，如透明容器頂部安裝的金屬盒壓強計能顯示出液體壓強的變化值，用于定量研究；用銅絲纏繞成的彈簧狀，安裝在壓強計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，當給液體增加壓強時，學生就能夠觀察到到液體被壓進容器內(nèi)的實驗現(xiàn)象。通過對液壓千斤頂結(jié)構(gòu)和原理的觀察和探究，培養(yǎng)學在跨學科實踐中找出影響活動成效主要因素的能力，發(fā)展運用簡單模型解決問題能力；培養(yǎng)利用歸納或演繹的方法對跨學科問題推理，獲得結(jié)論能力等。實驗教學與反思1.跨學科實踐課題的選擇具有綜合性、實踐性，主線清晰，重點難點突出。以“神奇的液壓千斤頂”為主線，開展跨學科實踐活動。緊緊圍繞“液體能傳遞壓力和壓強”這個重點組織活動和教學，帕斯卡定律演示儀能直觀展示帕斯卡定律，突破了教學難點。2.探究教學以“問題解決”為導向，具有“任務驅(qū)動”特質(zhì)，探究行為對學生能力的培養(yǎng)具有層遞性。以問題的解決過程為線索設(shè)計方案，將跨學科實踐的課題分解為五個