基于概念转变理论的液体压强实验设计

文_韦秀花

实施素质教育是现在教育改革的重要课题。让学生在学习的过程中不拘泥于死记硬背知识，同时综合素质又能够得到全面发展，是教育工作者一直努力的方向。初中生在学习初中物理液体压强这部分知识前，在头脑中已经形成了初步认识，有着多样化的前概念。在这些前概念中，有些前概念与科学概念完全相反，严重阻碍了学生的学习。笔者将以概念转变的理论为指导，设计出能够转变初中学生对液体压强经常存在的错误前概念的实验教具。本文假设涉及的液体密度一样，未考虑密度对液体压强的影响。

前概念与概念转变理论

本文将学生由于日常生活环境等原因已经在大脑潜意识里对知识点形成的惯性思维、对事物的定向理解定义为前概念，其中与科学概念背道而驰的定义称之为错误前概念。

素质教育的宗旨是以人为本，不是将知识灌输给学生，而是培养学生求实创新、勤学好问的良好习惯，提高学生各方面的素质，使其全面发展。因此，在教学过程中注重学生的发展尤为重要。在物理教学中，实验探究占据着重要的位置，特别是对于比较抽象的物理概念教学，有趣的实验探究能够纠正学生原本错误的前概念并促进学生对新知识的理解。教师在课堂上应积极了解学生的前概念，进而设计相应的教学方案，为学生转变错误前概念提供一个学习平台，让学生原有的错误物理概念在实验探究过程中得到转变，使学生在探究过程中感受实践与创新的乐趣，真正地掌握科学文化知识。

转变“液体压强与容器大小的关系”错误前概念的实验设计

由于前概念的产生，学生错误地认为液体压强的大小与装有液体容器的形状大小有关，认为形状越大的容器能装的水的质量越大、水的体积越大，水受到的重力也会越大，从而液体产生的压强越大。这是大部分中学生在刚接触液体压强时，由于已有的认知经验有限可能出现的错误前概念。错误前概念对物理教学能否成功地开展存在很大的影响，因此开展概念转变的教学活动尤为必要。

原理：液体压强的大小与容器的形状大小没有关系。

重点设计如下。设计制作底面积、深度一样，形状不同的三个透明容器，让学生直观地看出容器形状的明显不同，让学生能更加清楚地思考容器的大小和形状与液体压强是否有关系，同时容器外部贴有刻度尺，以便显示容器水位的深度和观察探头在水中的深度。此外，在三个容器底的同一位置设计三个点，分别为A、B、C，这样给定学生思考的三个点可以避免学生产生一些不必要的疑惑。通过设计这三个形状不同的容器以及容器底部的三个点，在激发学生兴趣的同时，让学生能够在更加直观的情境中思考及探究问题。为了能够更加准确地验证学生的猜想，改造了测量A、B、C三点压强过程中用到的探头，将与压强计连接的乳胶管接到探头的侧面，这样探头可以直接放置到指定的三个点上。

转变“液体内部各方向压强大小关系”错误前概念的实验设计

“在液体内部同一深度的各个方向的压强大小相等”，很多刚接触液体压强概念的学生觉得这个物理规律很难理解，认为装在容器中的液体只有向下方向的压强，或以为液体所受的重力是竖直向下的，那么向下方向的压强就应该大于向上方向和侧面各个方向的压强。对此，运用合适的教具开展概念转变教学，能让学生在思维、心理方面形成正确的科学概念，有利于学生重新构架正确的认知过程，真正理解物理知识。

原理：在液体内部的同一深度各个方向的压强相等。

重点设计如下。针对典型的液体压强计实验装置存在的在上下、左右旋转的过程中因探头本身大小产生一定的深度差这一不足之处作出了以下改进。在研究侧面各个方向的液体压强大小的特点后设计了探头，将探头固定在一根细杆的中下位置，在测量时直接将细杆放置在容器底部某一固定点，再旋转细杆的上方，细杆就会带动探头向四周转动。这样既保证了探头在旋转的过程中所处深度不变，也能清楚地观察到旋转的过程中压强计上液柱的变化情况，同时旋转探头也变得更容易操作。

在研究液体内部同一深度上下两个方向的压强大小的特点时，首先制作了一个直角L 型的木架，在木架的下端固定一个探头，使探头的薄膜朝上，并固定在木架上，这样将探头放入水中测出的就是朝下方向的压强。然后，在木架的同一端再放置一个可以左右转动的探头，探头的薄膜面朝下，测向上方向的压强，同时保证两个探头的薄膜面相对时正好吻合，在测量时再将探头错开，使上下两个方向的薄膜在同一个平面上，这样在测量时就可以只直观地观察两个压强计的深度差，从而发现液体内部同一深度上下两个方向压强大小的特点。

转变“液体内部不同深度压强大小关系”错误前概念的实验设计

学生由于受到前概念的影响，错误地认为液体装在容器中就没有流动性，是静止的，认为静止不动的液体在任何位置相互的挤压程度都固定不变，从而认为液体内部任何位置的压强大小都一样。

原理：液体内部的压强随着液体深度的增大而增大。

重点设计如下。在形状为长方体的容器内壁上用吸盘箭头设置了在同一竖直方向不同深度的三个点，同时在吸盘的另一端分别标出了数字以便区别认识。当要分别测量1、2、3 点位置液体压强的大小时，直接用探头分别放置于1、2、3 点的下方，再分别对比其液柱深度差即可直观地观察出这三个点压强大小的变化规律。

本文基于概念转变理论设计液体压强实验，分析了学生对液体压强与容器大小的关系、液体内部各方向压强大小的关系、液体内部不同深度压强的大小关系的错误前概念，并设计出解决相应问题的实验仪器，为中学液体压强这块内容的教学注入了新血液，提供了更为便利的教学方法。同时，将改进的实验装置运用于课堂，不仅能为学生如何提出问题、解决问题提供了清晰的思路，而且学生在课堂上能够便捷地动手参与探究实验，让学生在参与课堂活动的过程中发展动手能力、思考能力等素质。