创建阶梯实验情境 促进科学思维进阶——以“流体压强与流速的关系”优质课为例
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情况如图5所示,使学生获得真实的情境体验，帮
助学生理解飞机升力产生的原因。 学生体验:通过动手实践认识机翼的特殊造
型,思考机翼有什么特殊的造型，机翼的升力是从
图5飞机升力演示模型装置 何而来？以小组为单位交流讨论，组长汇报。在实
验的过程中，测得机翼上方的流速为12. 9 m/s，机 翼下方的流速为6.8 m/s,上方气体流速大压强小，
第31卷
中小学实验与装备2021年第3期
39
实验教学
创建阶梯实验情境促进科学思维进阶
——以"流体压强与流速的关系”优质课为例
西安交通大学苏州附属初级中学(215000) 王 芳
1 问题的提出
美国国家研究理事会(NRC)认为:“学习进阶 是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的描述。在 适当的时间跨度下,学生学习和探究某一重要知识 时思维方式依次进阶。"从这一理论出发，根据学生 认知思维发展“进阶”的特点,构建基于学生视角的 清晰的“阶”是课堂活动设计的关键。
表1针筒喷泉实验现象及结论
液体流速 上方液柱高度 流动液体压强
粗管
小
较高
较大
细管
大
较低
较小
粗管的部分，液体的流速小，上方喷出的液柱
较高，说明该位置流动液体的压强较大;细管的部
分，液体流速较大，上方喷出的液柱较低，说明该位
置流动液体的压强较小。从表1中我们可以得到 这样的结论:液体流速越大的位置压强越小，流速
交流讨论:吹风机向下吹气改变了乒乓球左侧 气体的流速,我们看到的现象是乒乓球从静止向左 运动,说明乒乓球受力发生了变化,右侧条件未变, 压强不变，说明左侧气体流速改变后压强发生了变 化，看来当气体流动时压强会发生变化。
流动的气体的压强和流速到底存在怎样的关 系呢？下面,再取出2个相同的透明管道放入乒乓 球后插入白色管道,如果重复刚才过程进行一组对
3教学反思
图4体验流体压强与流速的关系 教师活动:学生探究过程中,教师实时巡视,与 学生交流实验注意事项。教师对探究过程进行反
教师以初中学生对压强的认识为基础，通过情 景与资源的设计支撑学生的建构活动。按流体—— 流体压强与流速关系——飞机升力——生活中有关 流体压强与流速关系的探究这一线索展开教学。将 教师演示实验与学生分组实验相结合，给学生更多 的真实体验，从而更好地突破教学难点o
情境1：魔术“隔空点火” 将3根蜡烛并排放置，点燃左右两边的蜡烛, 用软管向中间未被点燃的蜡烛吹气。学生观察到 中间的蜡烛竟然自动燃烧起来了，引导思考为什么
用“吹”的方式能把中间的蜡烛点燃。
生得到了结论。通过滴定实验学生们已经认识到 在用盐酸滴碳酸钠溶液时不能使用酚酥做指示 剂,从而又引出了双指示剂法 。在课堂上笔者还 提出了一个问题:“如果使用本次实验所加入的 量，那么碳酸氢钠溶液的浓度需要达到多少才能 出现沉淀?”由于课堂时间有限，笔者让有兴趣的 学生课下计算,在实验报告中有学生通过计算得 出了结果。
要构建学习进阶,首先要明确什么是“阶”。学 习进阶并不只是解决学习者认知发展路径的问题, 它解决的是学习者认知发展过程中用以“踏脚”的具 体的“脚踏点”。本文以“流体压强与流速的关系”一 课设计为例，通过创设学生认知过程中的具体“踏脚 点”创建阶梯实验情境,促进科学思维进阶。
2案例呈现及设计意图
“流体压强与流速的关系”是液体、气体压强知 识的拓展，为浮力学习奠定基础。是对液体和气体
结合气体和液体压强与流速关系的实验进行 总结，初步得出：在气体和液体中，流速越大的位
置，压强越小。
2.3以探究促真知，研究流体压强与流速的关系，
培养学生创造性思维
情境4：体验流体压强与流速的关系
学生体验:学生2人为1小组，共同设计实验
方案,1人动手操作,1人观察并记录实验现象，进 行如图4所示的实验。实验结束后，由组长汇报研
图3针筒喷泉实验
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中小学实验与装备2021年第3期
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学生小组讨论，形成可行性实验方案。教师进
行演示实验。
教师:为什么粗管道的B孔喷出中的液柱最高 呢？由于每秒内流经管道不同截面的液体的体积
相同，因此横截面积大的位置，液体的流速小，横截
面积小的位置，流体的流速大。让学生根据这个原
理，结合实验现象，完成表1 O
第31卷
以情境引导问题 （具体）
隔
乒
空
乓
点
球
火
赛
跑
以问题导探究 〔抽象） 合作探究
吹
飞
硬
机
币
升
实
力
验
模
型
以探究促真知 （具体） 延伸拓展
犬
实
鼠
践
洞 穴
性 作 业
寻找联系，应用知识
图1教学流程 设计意图:在传统观念认知中，“吹”是熄灭蜡 烛的一种方式,而在这个小魔术中，却用“吹”的方 法点燃了蜡烛，与学生已有认知产生强烈冲突，激 发学生的求知欲和探究欲，自然引出流体概念，引 导学生探究流体压强与流速的关系。 教师引导:物理学中把具有流动性的气体和液 体统称为流体，气体和液体流动时的速度称为流
离出风口最远，风速最小,3号球运动的最慢，说明 P3最大，表明气体流速越小的位置，压强越大。
师生归纳：实验结果表明气体流速越大的位 置，压强越小。 2.2以问题合作探究液体压强与流速的关系，培 养学生抽象思维能力
情境3：针筒喷泉 将3种规格不同的注射器用胶粘在一起，如图 3所示。每个注射器的上端开有1个小孔，注满水 后，推动活塞，使液体流动起来，观察3个孔喷出的 液柱高低情况。 教师:介绍实验装置,并设问:“怎么形成水流? 观察到什么实验现象?”
所以与上方机翼连通的右侧管道中的液面会上升 。 学生活动:解释生活中有关流体压强与流速关
系的现象。 (1) 分小组交流自己在本节课上的收获，分析
解释草原犬鼠的“空调”洞穴原理。 (2) 火车站或地铁站，离站台边缘一定距离的
地方标有1条安全线,人必须站在安全线以外的区 域候车的原因。
(3) 解释“隔空点火”成功的原因。 实践性作业：自制喷雾器。 设计意图:通过层层深入地启发学生思维，使学生 在分析、归纳中获得知识，充分体现了学生的主体性侗 时也彰显了本节邀十首尾呼应的晞性和严密性。
比实验，你将会看到什么现象？ 3个乒乓球是同时
到达左侧,还是快慢不同，如果快慢不同,哪个球运 动得最快,哪个球运动得最慢？为了便于描述我们
把乒乓球标记为1、2、3号球,左侧空气流动后压强 分别变为P1.P2.P30 1号球左侧离出风口最近， 空气流速最大,1号球运动的最快，说明Pi最小, 表明气体流速越大的位置，压强越小。3号球左侧
速。前面两节已经学过的液体内部的压强和大气 压,它们都是流体静止时的压强 ，当液体和气体流 动时，它们的压强又会怎样？接下来我们通过几组 演示实验来探究流体压强与流速的关系。
情境2Hale Waihona Puke Baidu乒乓球赛跑
教师活动:向学生介绍流体压强与流速关系演 示仪实验装置，如图2所示。一只两端开口的透明 管道，先把乒乓球放入其中,然后把透明管道水平 插入上下两端开口的竖直白色管道中 ，透明管道处 于水平位置，乒乓球水平方向上受到的大气压强产 生的压力相等，处于二力平衡状态。这时如果用吹 风机从白色管道上端吹气产生至上而下的气流，带 动乒乓球左侧气体流动。同学们想一下，乒乓球会 继续处于静止状态还是会运动起来呢？如果运动, 它又会向哪个方向运动呢？
设问:怎么让空气流动？实验过程中，观察的 对象是谁？ 3个玻璃管中的小球运动快慢一样吗？
Po
Po
学生体验:小组讨论，得出解决问题的方案后， 由一名学生上前演示，其余同学观察现象。及时对 学生的正确方案给予正面的评价。
教师设问：同学们观察到的实验现象是否与你 的猜想一致,乒乓球为什么会从静止变为运动？为 什么会向左运动？
课后很多学生对传感器表现出了很大的兴 趣,对于这节课还能使用哪些传感器提出了自己 的想法，希望在以后的教学中学生能够自主完成 探究实验设计，实现真正意义上的实验探究，并将 这种探究精神以及分析问题、解决问题的能力应 用于生活学习中。
收稿日期= 2021-03-25
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中小学实验与装备2021年第3期
收稿日期：2021-03-29
越小的位置压强越大。
实验结论:实验结果表明液体流速越大的位置
压强越小,流速越小的位置压强越大。
设计意图:学生观察实验，根据现象讨论交流，
水柱为什么会喷出？为什么不同位置的小孔喷出水 柱的高度不同？以小组为单位，交流、质疑、讨论，主 动参与到学习过程中来，学会用简洁精炼的专业术
语总结出流动的液体压强与流速之间的关系。
化学科学素养由化学基本知识和技能、化学 科学能力、化学科学品质组成。本次的实验，并不 是所有小组都完全操作正确,但是各小组在进行 展示时，都谈到了自己操作时出现的问题，并对这 些问题可能造成的误差或错误进行了分析，这也 正是笔者希望学生通过本节课能够学到的东西, 即失败并不可怕，及时的分析与纠正才是最重要
的。希望通过本次的探究实验，让学生体会到化 学是一门以实验为基础的科学。学生在这节课上 不仅学会了如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液，同时 还学会了如何通过分析实验数据和现象得出结论, 将所学习的理论知识运用于实际问题的解答。更重 要的是，即使在实验过程中出现了失误或者是失败, 也能够分析出原因找到改进的方法。
静态压强介绍后,对流体动态压强的进一步探讨, 是对液体和气体静态压强知识的延伸。
新课程标准对“流体压强与流速关系”的要求 是通过实验，能总结出流体压强与流速关系，能利 用流体压强与流速关系解释升力产生的原因 ，能利 用流体压强与流速的关系解释生活中有关的现象 。 从课程标准来看,本节课体现了 “从生活走向物理, 从物理走向社会”的教学理念。因此，本节教学设 计以实验为主线，从创设情境、合作探究、延伸拓展 3个方面设置阶梯情境，助推学生思维进阶，基于 以上分析设计了如图1所示的教学流程。 2.1通过实验器材创设物理情境，思考现象背后 的本质，激活学生形象思维
究成果，自评、互评实验过程。
馈,引导学生对自己的探究行为进行反思。 设计意图:每个学生通过自己动手实验,真实经
历实验探究过程，通过教师创设的情境将知识和实 践结合起来，更好地理解流体压强与流速的关系O
情境5：探究飞机升力产生的原因
教师活动:介绍飞机升力演示模型装置结构及 原理，用相对运动的知识推理出飞机升力产生的原 因。机翼上下方的风速可用风速测定仪进行测定, 打开鼓风机，让学生观察U型管两侧液柱的变化
助学生理解飞机升力产生的原因。 学生体验:通过动手实践认识机翼的特殊造
型,思考机翼有什么特殊的造型，机翼的升力是从
图5飞机升力演示模型装置 何而来？以小组为单位交流讨论，组长汇报。在实
验的过程中，测得机翼上方的流速为12. 9 m/s，机 翼下方的流速为6.8 m/s,上方气体流速大压强小，
第31卷
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实验教学
创建阶梯实验情境促进科学思维进阶
——以"流体压强与流速的关系”优质课为例
西安交通大学苏州附属初级中学(215000) 王 芳
1 问题的提出
美国国家研究理事会(NRC)认为:“学习进阶 是对学生连贯且逐渐深入的思维方式的描述。在 适当的时间跨度下,学生学习和探究某一重要知识 时思维方式依次进阶。"从这一理论出发，根据学生 认知思维发展“进阶”的特点,构建基于学生视角的 清晰的“阶”是课堂活动设计的关键。
表1针筒喷泉实验现象及结论
液体流速 上方液柱高度 流动液体压强
粗管
小
较高
较大
细管
大
较低
较小
粗管的部分，液体的流速小，上方喷出的液柱
较高，说明该位置流动液体的压强较大;细管的部
分，液体流速较大，上方喷出的液柱较低，说明该位
置流动液体的压强较小。从表1中我们可以得到 这样的结论:液体流速越大的位置压强越小，流速
交流讨论:吹风机向下吹气改变了乒乓球左侧 气体的流速,我们看到的现象是乒乓球从静止向左 运动,说明乒乓球受力发生了变化,右侧条件未变, 压强不变，说明左侧气体流速改变后压强发生了变 化，看来当气体流动时压强会发生变化。
流动的气体的压强和流速到底存在怎样的关 系呢？下面,再取出2个相同的透明管道放入乒乓 球后插入白色管道,如果重复刚才过程进行一组对
3教学反思
图4体验流体压强与流速的关系 教师活动:学生探究过程中,教师实时巡视,与 学生交流实验注意事项。教师对探究过程进行反
教师以初中学生对压强的认识为基础，通过情 景与资源的设计支撑学生的建构活动。按流体—— 流体压强与流速关系——飞机升力——生活中有关 流体压强与流速关系的探究这一线索展开教学。将 教师演示实验与学生分组实验相结合，给学生更多 的真实体验，从而更好地突破教学难点o
情境1：魔术“隔空点火” 将3根蜡烛并排放置，点燃左右两边的蜡烛, 用软管向中间未被点燃的蜡烛吹气。学生观察到 中间的蜡烛竟然自动燃烧起来了，引导思考为什么
用“吹”的方式能把中间的蜡烛点燃。
生得到了结论。通过滴定实验学生们已经认识到 在用盐酸滴碳酸钠溶液时不能使用酚酥做指示 剂,从而又引出了双指示剂法 。在课堂上笔者还 提出了一个问题:“如果使用本次实验所加入的 量，那么碳酸氢钠溶液的浓度需要达到多少才能 出现沉淀?”由于课堂时间有限，笔者让有兴趣的 学生课下计算,在实验报告中有学生通过计算得 出了结果。
要构建学习进阶,首先要明确什么是“阶”。学 习进阶并不只是解决学习者认知发展路径的问题, 它解决的是学习者认知发展过程中用以“踏脚”的具 体的“脚踏点”。本文以“流体压强与流速的关系”一 课设计为例，通过创设学生认知过程中的具体“踏脚 点”创建阶梯实验情境,促进科学思维进阶。
2案例呈现及设计意图
“流体压强与流速的关系”是液体、气体压强知 识的拓展，为浮力学习奠定基础。是对液体和气体
结合气体和液体压强与流速关系的实验进行 总结，初步得出：在气体和液体中，流速越大的位
置，压强越小。
2.3以探究促真知，研究流体压强与流速的关系，
培养学生创造性思维
情境4：体验流体压强与流速的关系
学生体验:学生2人为1小组，共同设计实验
方案,1人动手操作,1人观察并记录实验现象，进 行如图4所示的实验。实验结束后，由组长汇报研
图3针筒喷泉实验
第31卷
中小学实验与装备2021年第3期
41
学生小组讨论，形成可行性实验方案。教师进
行演示实验。
教师:为什么粗管道的B孔喷出中的液柱最高 呢？由于每秒内流经管道不同截面的液体的体积
相同，因此横截面积大的位置，液体的流速小，横截
面积小的位置，流体的流速大。让学生根据这个原
理，结合实验现象，完成表1 O
第31卷
以情境引导问题 （具体）
隔
乒
空
乓
点
球
火
赛
跑
以问题导探究 〔抽象） 合作探究
吹
飞
硬
机
币
升
实
力
验
模
型
以探究促真知 （具体） 延伸拓展
犬
实
鼠
践
洞 穴
性 作 业
寻找联系，应用知识
图1教学流程 设计意图:在传统观念认知中，“吹”是熄灭蜡 烛的一种方式,而在这个小魔术中，却用“吹”的方 法点燃了蜡烛，与学生已有认知产生强烈冲突，激 发学生的求知欲和探究欲，自然引出流体概念，引 导学生探究流体压强与流速的关系。 教师引导:物理学中把具有流动性的气体和液 体统称为流体，气体和液体流动时的速度称为流
离出风口最远，风速最小,3号球运动的最慢，说明 P3最大，表明气体流速越小的位置，压强越大。
师生归纳：实验结果表明气体流速越大的位 置，压强越小。 2.2以问题合作探究液体压强与流速的关系，培 养学生抽象思维能力
情境3：针筒喷泉 将3种规格不同的注射器用胶粘在一起，如图 3所示。每个注射器的上端开有1个小孔，注满水 后，推动活塞，使液体流动起来，观察3个孔喷出的 液柱高低情况。 教师:介绍实验装置,并设问:“怎么形成水流? 观察到什么实验现象?”
所以与上方机翼连通的右侧管道中的液面会上升 。 学生活动:解释生活中有关流体压强与流速关
系的现象。 (1) 分小组交流自己在本节课上的收获，分析
解释草原犬鼠的“空调”洞穴原理。 (2) 火车站或地铁站，离站台边缘一定距离的
地方标有1条安全线,人必须站在安全线以外的区 域候车的原因。
(3) 解释“隔空点火”成功的原因。 实践性作业：自制喷雾器。 设计意图:通过层层深入地启发学生思维，使学生 在分析、归纳中获得知识，充分体现了学生的主体性侗 时也彰显了本节邀十首尾呼应的晞性和严密性。
比实验，你将会看到什么现象？ 3个乒乓球是同时
到达左侧,还是快慢不同，如果快慢不同,哪个球运 动得最快,哪个球运动得最慢？为了便于描述我们
把乒乓球标记为1、2、3号球,左侧空气流动后压强 分别变为P1.P2.P30 1号球左侧离出风口最近， 空气流速最大,1号球运动的最快，说明Pi最小, 表明气体流速越大的位置，压强越小。3号球左侧
速。前面两节已经学过的液体内部的压强和大气 压,它们都是流体静止时的压强 ，当液体和气体流 动时，它们的压强又会怎样？接下来我们通过几组 演示实验来探究流体压强与流速的关系。
情境2Hale Waihona Puke Baidu乒乓球赛跑
教师活动:向学生介绍流体压强与流速关系演 示仪实验装置，如图2所示。一只两端开口的透明 管道，先把乒乓球放入其中,然后把透明管道水平 插入上下两端开口的竖直白色管道中 ，透明管道处 于水平位置，乒乓球水平方向上受到的大气压强产 生的压力相等，处于二力平衡状态。这时如果用吹 风机从白色管道上端吹气产生至上而下的气流，带 动乒乓球左侧气体流动。同学们想一下，乒乓球会 继续处于静止状态还是会运动起来呢？如果运动, 它又会向哪个方向运动呢？
设问:怎么让空气流动？实验过程中，观察的 对象是谁？ 3个玻璃管中的小球运动快慢一样吗？
Po
Po
学生体验:小组讨论，得出解决问题的方案后， 由一名学生上前演示，其余同学观察现象。及时对 学生的正确方案给予正面的评价。
教师设问：同学们观察到的实验现象是否与你 的猜想一致,乒乓球为什么会从静止变为运动？为 什么会向左运动？
课后很多学生对传感器表现出了很大的兴 趣,对于这节课还能使用哪些传感器提出了自己 的想法，希望在以后的教学中学生能够自主完成 探究实验设计，实现真正意义上的实验探究，并将 这种探究精神以及分析问题、解决问题的能力应 用于生活学习中。
收稿日期= 2021-03-25
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收稿日期：2021-03-29
越小的位置压强越大。
实验结论:实验结果表明液体流速越大的位置
压强越小,流速越小的位置压强越大。
设计意图:学生观察实验，根据现象讨论交流，
水柱为什么会喷出？为什么不同位置的小孔喷出水 柱的高度不同？以小组为单位，交流、质疑、讨论，主 动参与到学习过程中来，学会用简洁精炼的专业术
语总结出流动的液体压强与流速之间的关系。
化学科学素养由化学基本知识和技能、化学 科学能力、化学科学品质组成。本次的实验，并不 是所有小组都完全操作正确,但是各小组在进行 展示时，都谈到了自己操作时出现的问题，并对这 些问题可能造成的误差或错误进行了分析，这也 正是笔者希望学生通过本节课能够学到的东西, 即失败并不可怕，及时的分析与纠正才是最重要
的。希望通过本次的探究实验，让学生体会到化 学是一门以实验为基础的科学。学生在这节课上 不仅学会了如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠溶液，同时 还学会了如何通过分析实验数据和现象得出结论, 将所学习的理论知识运用于实际问题的解答。更重 要的是，即使在实验过程中出现了失误或者是失败, 也能够分析出原因找到改进的方法。
静态压强介绍后,对流体动态压强的进一步探讨, 是对液体和气体静态压强知识的延伸。
新课程标准对“流体压强与流速关系”的要求 是通过实验，能总结出流体压强与流速关系，能利 用流体压强与流速关系解释升力产生的原因 ，能利 用流体压强与流速的关系解释生活中有关的现象 。 从课程标准来看,本节课体现了 “从生活走向物理, 从物理走向社会”的教学理念。因此，本节教学设 计以实验为主线，从创设情境、合作探究、延伸拓展 3个方面设置阶梯情境，助推学生思维进阶，基于 以上分析设计了如图1所示的教学流程。 2.1通过实验器材创设物理情境，思考现象背后 的本质，激活学生形象思维
究成果，自评、互评实验过程。
馈,引导学生对自己的探究行为进行反思。 设计意图:每个学生通过自己动手实验,真实经
历实验探究过程，通过教师创设的情境将知识和实 践结合起来，更好地理解流体压强与流速的关系O
情境5：探究飞机升力产生的原因
教师活动:介绍飞机升力演示模型装置结构及 原理，用相对运动的知识推理出飞机升力产生的原 因。机翼上下方的风速可用风速测定仪进行测定, 打开鼓风机，让学生观察U型管两侧液柱的变化