第九讲 压强：理解、探究与应用 - 基于核心素养的初中物理深度教学设计

第九讲压强：理解、探究与应用——基于核心素养的初中物理深度教学设计一、教学内容分析  压强概念在《义务教育物理课程标准（2022年版）》中隶属于“运动和相互作用”主题，是力学体系中的关键枢纽。从知识图谱看，它上承力、受力分析、力的作用效果，下启液体压强、大气压强乃至浮力，是构建完整力学认知网络不可或缺的一环。课标要求不仅在于“知道压强的概念、公式和单位”，更在于“能用压强公式进行简单计算”和“探究影响压力作用效果的因素”，这明确了从概念理解到定量分析、从现象感知到科学探究的认知进阶路径。其蕴含的“比值定义法”是物理学定义物理量的核心思想方法，而探究过程则是对“控制变量法”与“转换法”的深度实践。从素养视角审视，本讲是培育学生物理观念（尤其是物质观与相互作用观）、科学思维（建模、推理、论证）和科学探究能力（问题、证据、解释）的绝佳载体。通过连接“宽履带坦克”、“锋刃刀具”等生活实例，更能引导学生体会科学、技术、社会与环境（STSE）的紧密联系，感悟物理知识在解决实际问题、推动技术进步中的价值。  学情研判显示，九年级学生已具备力的三要素、力的作用效果等前概念，但往往存在“压力大压强一定大”等迷思概念。其思维正从具象向抽象过渡，对“比值定义”的接受存在梯度差异，且运用数学工具解决物理问题的能力尚在发展中。部分学生动手能力强但逻辑表达弱，另一部分则相反，这要求教学过程必须提供多元参与和表达通道。为此，教学将通过创设直观对比实验暴露认知冲突，利用“学习任务单”搭建思维脚手架，并设计分层探究任务与变式练习。课堂中，我将通过巡视观察、追问关键问题、分析学生随堂生成的答案等方式，动态评估概念建构情况，并适时调整讲解深度与探究节奏，对理解困难的学生提供额外的可视化类比支撑（如“单位面积上的压力”类比“人口密度”），对学有余力的学生则引导其深入思考压强定义的普适性及在非均匀受力情况下的复杂应用。二、教学目标  知识目标：学生能准确陈述压强的物理意义、定义式、单位及公式变形；能辨析压力与压强的区别与联系，清晰解释压强是描述压力作用效果的物理量；能在具体生活与生产情境中，识别增大或减小压强的实例，并运用压强公式进行简单的定量计算与分析。  能力目标：通过小组合作实验，学生能够规范操作器材，有目的地观察海绵形变，自主设计并完整经历“探究影响压力作用效果因素”的科学探究流程，特别是强化控制变量与转换法的应用；能够从实验现象和数据中归纳出定性规律，并逻辑清晰地完成实验报告的论证部分。  情感态度与价值观目标：在探究活动中，学生能乐于协作，积极分享观点并认真倾听同伴意见；通过对“交通工具履带设计”、“刀具打磨”等实例的讨论，激发对物理学应用于实际的好奇心与探索欲，初步形成运用科学知识解释现象、改善生活的意识。  科学思维目标：重点发展“模型建构”与“科学推理”思维。学生能将多样化的压力作用效果情境，抽象为“压力与受力面积关系”的物理模型；能运用比值定义法理解压强的概念，并据此进行“如果…那么…”的逻辑推演，例如推理受力面积改变时压强的变化趋势。  评价与元认知目标：在课堂小结环节，学生能尝试利用教师提供的评价量表，对实验探究过程中的操作规范性与结论可靠性进行同伴互评与自我反思；能梳理本节课从现象到概念、从定性到定量的学习路径，并口头或书面表达自己理解最深刻与仍存困惑的环节。三、教学重点与难点  教学重点：压强的概念建立及其定义式p=F/S的理解与应用。确立依据在于，压强是本单元乃至整个力学模块的“大概念”，是连接力学基础与流体静力学的桥梁。从中考命题分析，压强概念的理解、公式的辨析与简单计算是高频基础考点，且常作为综合应用题的第一问，其掌握程度直接影响到后续液体压强、浮力等复杂问题的分析与求解能力。  教学难点：一是对压强物理意义（即“压力作用效果”）的深度理解，学生容易将其与压力概念混淆；二是灵活应用压强公式p=F/S及其变形解决变式问题，特别是受力面积的确定。难点成因在于，前者需要克服“压力即效果”的前概念，完成从具象效果到抽象比值的思维跃迁；后者则要求学生具备良好的情境分析能力和空间想象能力，能准确找出相互作用时的有效受力面积。突破方向在于强化实验感知，通过多组对比建立“效果”的直观印象，并设计阶梯式例题，逐步训练受力面积的分析技巧。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（含对比图片、动画、例题）、演示用海绵块、小桌模型、重物若干。1.2实验器材：学生分组实验套装（每套含海绵块、小桌模型、多个已知质量的钩码、刻度尺）。1.3学习材料：分层学习任务单（含预习指引、探究记录表、分层练习题）、课堂总结思维导图模板。2.学生准备2.1知识准备：复习力的概念、力的作用效果；预习教材关于压强一节，初步了解压强是什么。2.2物品准备：携带常规文具、物理笔记本。3.环境布置3.1座位安排：提前按“异质分组”原则（兼顾能力与性格）将学生分为46人探究小组，方便合作实验与讨论。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与冲突激发：同学们，我们先来看两组对比强烈的画面。（播放：一位徒步者深陷雪地艰难前行，而一辆宽履带雪地车却能在同片雪地上平稳行驶；锋利的刀刃能轻松切开食材，而钝刀则需要用力按压。）大家观察到了什么矛盾的现象？一个看似更“重”的车辆反而不会下陷，一个看似用“力”更小的刀刃反而效果更显著。这背后隐藏着什么共同的物理奥秘呢？其实，这都与“压力作用的效果”究竟由谁决定有关。  1.1核心问题提出：所以，我们今天要解决的核心问题就是：如何科学地描述和衡量“压力的作用效果”？仅仅看压力大小就够了吗？  1.2学习路径预告：我们将像科学家一样，先从实验入手，探究影响压力作用效果的因素；然后，从中提炼出一个精炼的物理概念——压强；最后，学会用它去分析和解决更多生活中的实际问题。请准备好你的观察力和思考力，我们的探究之旅马上开始。第二、新授环节  本环节以“探究影响压力作用效果的因素”为主线，搭建支架，引导学生主动建构压强概念。任务一：定性感知——寻找影响“效果”的蛛丝马迹  教师活动：首先，我将进行演示实验。大家看，这是一块海绵，它柔软易形变，能很好地显示“效果”。第一次，我把这个小桌正放，四脚朝下，在海绵上放一个钩码；第二次，我把小桌倒放，桌面朝下，放上同样一个钩码。“请大家聚焦观察：两次实验，海绵的凹陷程度有什么不同？哪个效果更明显？”接着，我会在正放的小桌上不断增加钩码。“现在，压力增大了，效果又怎么变化呢？好，基于你们的观察，谁能大胆猜测一下：压力的作用效果可能与哪些因素有关？说说你的理由。”  学生活动：学生集中观察海绵凹陷的深度变化。对比不同放置方式和不同压力下的现象，进行小组内部快速讨论。代表发言提出猜想：可能与压力大小有关，也可能与受力面积（小桌脚与桌面的面积不同）有关。  即时评价标准：1.观察是否细致、专注，能否准确描述现象差异。2.提出的猜想是否有观察到的现象作为依据，表述是否清晰。3.在倾听他人猜想时，能否进行补充或提出有理据的质疑。  形成知识、思维、方法清单：1.核心猜想（★）：压力的作用效果可能与压力大小和受力面积两个因素有关。这是开展科学探究的逻辑起点。2.转换法（★）：物理学中，有时无法直接测量某个量（如“作用效果”），我们通过观察它产生的易观测的效果（如海绵凹陷深度）来间接反映，这种方法叫“转换法”。3.观察与描述要点：科学观察要有明确的比较对象和聚焦点（这里是比较凹陷深度）。任务二：合作探究——验证猜想，归纳定性规律  教师活动：“猜想需要实验来检验。现在，请大家以小组为单位，利用桌上的器材，设计实验来分别验证这两个猜想。”我会提供引导性问题：“如果要研究效果与压力大小的关系，我们必须控制哪个量不变？如何控制？观察哪个量？反之呢？”巡视各组，重点关注实验方案设计的科学性和操作的规范性，对遇到困难的小组进行点拨。实验后，组织小组汇报。“请第三组分享你们验证‘压力大小影响效果’的实验过程和结论。”  学生活动：小组讨论设计实验方案，明确控制变量法的应用：研究压力时，控制受力面积相同（如保持小桌同一种放置方式），改变压力（增减钩码）；研究受力面积时，控制压力相同（如用相同数量的钩码），改变受力面积（正放与倒放小桌）。动手实验，记录观察现象，归纳结论。派代表向全班汇报实验过程与发现。  即时评价标准：1.实验设计是否体现了“控制变量”的思想，操作步骤是否清晰。2.小组分工是否明确、协作是否有效，实验记录是否规范。3.结论归纳是否基于实验现象，表述是否准确完整（当…一定时，…越大，压力的作用效果越…）。  形成知识、思维、方法清单：4.控制变量法（★）：当一个问题受多个因素影响时，逐一研究某个因素的作用，需保持其他因素不变。这是物理探究中最核心的思想方法之一。5.实验结论（★）：(a)受力面积相同时，压力越大，作用效果越明显。(b)压力相同时，受力面积越小，作用效果越明显。6.协作探究规范：有效的探究需要明确分工（操作员、记录员、汇报员等），有序进行，共同分析。任务三：定量建构——定义“压强”这一物理概念  教师活动：“实验告诉我们，效果由压力和受力面积共同决定。这就像比较两个人谁更‘胖’，不能只看体重，还要考虑身高，所以我们引入了‘密度’这个概念。那么，如何用一个统一的、精确的物理量来科学地描述压力的作用效果呢？”引导学生回顾比较运动快慢（速度v=s/t）的方法。“类比一下，我们是否可以找到一个‘比值’，它能综合反映压力和受力面积对效果的影响？”当学生提出用“压力/面积”或“面积/压力”时，组织简短的辨析：“根据我们的实验结论，哪个比值越大，效果越明显？是压力与面积的商，还是面积与压力的商？”从而明确p=F/S的定义方向。“很好！物理学中，就把压力与受力面积的比值定义为压强，它才是压力作用效果的‘代言人’。”  学生活动：聆听教师引导，进行类比思考。尝试提出用比值来定义新物理量的方案。参与辨析，理解为何p=F/S（而非S/F）能正确反映“压力大、面积小则效果强”的关系。跟随教师，正式学习压强的定义、公式、单位（帕斯卡，Pa）及物理意义。  即时评价标准：1.能否建立新旧知识（速度定义与压强定义）的类比联系。2.能否理解比值定义法的逻辑，并正确判断定义式的形式。3.能否准确复述压强的定义、公式、单位及物理意义。  形成知识、思维、方法清单：7.比值定义法（★）：用两个或多个物理量的比值来定义一个新的物理量，是物理学创造概念的重要方法（如速度、密度、压强）。8.压强的定义（★）：物体所受压力的大小与受力面积之比。公式：p=F/S。9.压强的单位：国际单位制中是帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m²。感受：1帕很小，一张报纸平放时对桌面的压强约0.5帕。任务四：公式应用——基础计算与受力面积辨析  教师活动：“现在，我们手握压强这个‘武器’，来小试牛刀。”呈现基础例题：一个重60N的正方体木块，放在水平桌面上，受力面积是0.01m²，求压强。“请大家先独立计算。算完的同学思考：这里的压力F是多少？它和物体重力G有什么关系？（在水平面上静止时，F=G）受力面积S是哪个面的面积？”接着，展示变式图：同一木块分别平放、侧放、竖放。“看，木块还是那个木块，对桌面的压力变了吗？但压强呢？为什么变了？——对，受力面积变了！所以准确找出相互作用时的接触面积，是解题的关键一步。”  学生活动：独立完成基础计算。回答教师提问，明确水平面上压力与重力的关系。观察变式图，辨析不同放置方式下受力面积的变化，理解压强随之改变的原因。进行简单计算，比较不同放置时的压强大小。  即时评价标准：1.计算过程是否规范，单位使用是否正确。2.能否清晰说明水平面压力与重力的关系（条件限制）。3.能否在不同情境图中正确识别并指出有效的受力面积。  形成知识、思维、方法清单：10.压强基本计算：掌握公式p=F/S及其变形F=pS，S=F/p。计算时注意单位统一（F用N，S用m²，p得到Pa）。11.压力F与重力G的关系（▲）：压力不一定等于重力！只有当物体静止在水平面上，且竖直方向只受重力和支持力时，才有F=G。这是一个高频易错点！12.受力面积S的确定：S是两个物体实际发生相互挤压的接触部分的面积，需根据具体情境进行几何判断。任务五：解释迁移——联通生活与生产实际  教师活动：“学以致用才是目的。现在，请大家当一回‘物理解释官’。”回看导入时的图片和更多实例：坦克履带、滑雪板、图钉（尖头与平头）、重型卡车多个车轮。“请以小组为单位，任选两个实例，用我们今天所学的压强知识进行分析：它是如何增大或减小压强的？目的是什么？”我会参与到各组的讨论中，鼓励他们用规范的语言进行解释。最后进行总结：“可见，增大压强和减小压强各有其妙用，核心原理就是改变F或S。”  学生活动：小组选择感兴趣的生活实例，应用压强公式p=F/S进行定性分析。讨论如何通过“增大压力、减小受力面积”来增大压强（如刀刃、图钉尖），或通过“减小压力、增大受力面积”来减小压强（如履带、滑雪板）。推选代表进行全班分享。  即时评价标准：1.解释是否紧扣压强公式，逻辑是否清晰。2.能否准确指出实例中是通过改变F还是S来实现效果调控。3.表达是否流畅，能否将物理原理与具体结构结合起来说明。  形成知识、思维、方法清单：13.增大压强的方法（★）：在压力F一定时，减小受力面积S；在受力面积S一定时，增大压力F。亦可两者同时改变。14.减小压强的方法（★）：在压力F一定时，增大受力面积S；在受力面积S一定时，减小压力F。亦可两者同时改变。15.STSE联系：压强知识广泛应用于交通工具、工程机械、日常工具的设计中，体现了物理学对技术进步的推动作用。第三、当堂巩固训练  设计分层练习，提供即时反馈。  基础层（全员过关）：1.判断题：压力越大，压强一定越大。（）2.填空题：压强是表示______的物理量，它的定义公式是______。3.计算题：一个中学生质量为50kg，每只脚与地面的接触面积约为200cm²，当他站立时对地面的压强约为多少帕？（g取10N/kg）——“大家先独立完成这三道题，这是检验我们是否握住了今天的‘钥匙’。”  综合层（多数挑战）：4.情境选择题：如图所示，同一块砖以不同方式放在水平海绵上，问压强大小关系。5.解释题：为什么书包带宽的比窄的背起来更舒服？请用压强知识解释。——“完成基础题的同学，可以挑战一下这两道，它们需要你把概念和公式用得活一些。”  挑战层（学有余力）：6.拓展思考：如果一个人站在地面上和走在雪地里，他对地面的压强相同吗？为什么？试从受力面积角度分析。7.微型项目预告：请设计一个方案，测量你自己站立时对地面的压强，需要测量哪些数据？如何测量？——“有兴趣的同学可以思考第6题，并尝试设计第7题的方案，下节课我们可以分享。”  反馈机制：学生完成后，通过投影展示不同层次的典型答案（包括正确范例和典型错误）。基础题采用集体核对、快速纠错方式。综合题邀请学生上台讲解思路，教师进行点评和补充。挑战题鼓励学生课下思考，提供个别交流指导。整个过程贯穿同伴互评与教师讲评。第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思。“同学们，一节课的探索接近尾声，让我们一起来梳理一下今天的收获。请大家不看书，尝试在笔记本上画出本节课的思维导图，核心是‘压强’，看看你能延伸出哪些分支？比如，我们是怎么认识它的？它如何计算？有哪些应用？”给学生23分钟时间梳理。随后邀请几位学生分享他们的知识结构图。  “回顾整个过程，我们从生活现象中提出问题，通过控制变量法进行实验探究，归纳出规律，然后运用比值定义法创造性地建立了‘压强’这个概念，最后用它去解释和解决实际问题。这是一次完整的科学探究历程。”进行方法提炼。  最后布置分层作业：“今天的作业分为三个层次：必做部分是完成练习册上关于压强概念和基础计算的题目；选做A部分是寻找并分析生活中3个增大或减小压应的实例，并拍照或画图配文说明；选做B部分是完成课堂挑战层第7题的详细测量方案设计，包括数据记录表格。期待看到大家不同的成果！”六、作业设计  基础性作业（必做）：  1.完成教材本节后配套的基础练习题，重点巩固压强公式p=F/S的直接应用和单位换算。  2.整理课堂笔记，用自己语言准确复述压强的定义、公式、单位及物理意义。  拓展性作业（选做A，建议大多数学生完成）：  3.“生活中的压强设计师”：请观察你的家居环境或上学路上，至少发现并记录两个巧妙利用压强知识的实例（一个关于增大压强，一个关于减小压强）。用手机拍照或手绘示意图，并附上简要的物理解释（说明是通过改变压力还是受力面积实现的，以及目的）。  探究性/创造性作业（选做B，供学有余力学生挑战）：  4.“我的体重，我的压强”探究报告：设计一个实验，测量你本人在站立和行走（单脚着地瞬间）时对地面的压强。要求：写出完整的实验原理、所需器材、实验步骤（包括如何测量受力面积），设计数据记录表格，并进行实际测量与计算，分析两种情况下压强差异的原因。七、本节知识清单及拓展  ★1.压强的物理意义：表示压力作用效果的物理量。效果越明显，压强越大。这是理解压强一切应用的出发点。  ★2.压强的定义式：p=F/S。其中p表示压强，F表示压力（单位：牛顿N），S表示受力面积（单位：平方米m²）。这是一个比值定义式。  ★3.压强的单位：国际单位制中是帕斯卡，简称帕，符号Pa。1Pa=1N/m²。感知：一张平铺的报纸对桌面的压强约0.5Pa，成年人站立时对地面压强约一万多帕。  ★4.增大压强的方法：(1)压力F一定时，减小受力面积S。(2)受力面积S一定时，增大压力F。(3)同时增大F并减小S。应用实例：刀、斧、针、钉、冰刀等锋利物。  ★5.减小压强的方法：(1)压力F一定时，增大受力面积S。(2)受力面积S一定时，减小压力F。(3)同时减小F并增大S。应用实例：坦克履带、滑雪板、卡车多轮、书包宽带、铁轨枕木等。  ▲6.压力与重力的区别与联系：压力是垂直作用在物体表面上的力，方向垂直于接触面；重力是地球的吸引力，方向竖直向下。只有当物体静止在水平面上，且仅受重力和支持力时，压力大小才等于重力大小（F=G）。这是解题关键辨析点。  ▲7.受力面积的确定：公式中的S指两个物体间实际发生挤压的接触部分的面积。例如，正方体木块放置方式不同（平放、侧放、竖放），S不同，压强也不同。计算时需注意面积单位的换算（1m²=10⁴cm²）。  ▲8.探究实验的核心方法：控制变量法（研究多因素问题时）和转换法（用海绵凹陷深度间接显示压力作用效果）。这是物理探究的通用思维工具。  9.比值定义法回顾：压强与之前所学的速度（v=s/t）、密度（ρ=m/V）定义思路一脉相承，都是用两个物理量的比值来定义一个新物理量，以描述物体的某种属性。  10.帕斯卡的贡献：单位“帕斯卡”是以法国数学家、物理学家布莱兹·帕斯卡的名字命名，他在流体静力学方面有杰出贡献（后续液体压强会学到帕斯卡原理）。八、教学反思  （一）目标达成度评估与证据分析  从假设的课堂实施角度看，核心知识目标（压强概念与公式）的达成度预计较高，证据在于基础层练习的集体正确率和学生在解释生活实例时能普遍准确调用公式。能力目标中，科学探究过程通过分组实验任务得以落实，但不同小组在方案设计的严谨性和报告的逻辑性上必然存在差异，这需通过后续的实验专题课持续强化。情感目标在小组合作与实例讨论的热烈氛围中得以渗透，但将其内化为稳定的科学态度仍需长期浸润。科学思维目标，特别是模型建构（将多样现象归约为F与S的关系）在本课中得到了初步训练，然而从定性思维跃升到定量分析，部分学生仍显吃力，表现为在复杂情境中确定S时犹豫不决。  （二）教学环节有效性与学生表现深度剖析  1.导入环节：雪地行走与坦克的对比成功制造了认知冲突，迅速聚焦了问题。“为什么重的反而不陷？”这个问题很好地激发了学生的好奇心和探究欲，为整节课奠定了主动学习的基调。  2.新授环节任务二（合作探究）：这是本节课的高潮和难点所在。预设中，大多数小组能理解控制变量的思想，但操作时可能忽略“压力相同”这一条件的精确控制（如钩码未轻拿轻放导致压力微小变化）。部分思维活跃的学生可能会提出：“海绵的软硬程度不同会不会影响效果？”这是一个非常好的生成性问题，可以作为课堂拓展点，肯定其思维的发散性，并引导思考如何在本实验中控制材料一致。对于动手能力弱或表达不清的学生，教师应更频繁地介入其小组，通过具体提问（“你们现在想验证哪个因素？打算怎么让另一个因素不变？”）引导他们厘清思路。  3.新授环节任务三（定量建构）：比值定义法的引入是概念的升华点。类比速度的定义是有效的“脚手架”，但仍有部分学生觉得抽象。此时，“回顾实验结论，哪个比值增大时效果增强？”的辨析环节至关重要，它让公式p=F/S不是强行灌输，而是逻辑推导的必然结果。我可能需要准备更直观的动画，动态展示当F增大或S减小时，p值（用柱状图高度表示）如何变化，以辅助理解。  4.巩固与小结环节：分层练习的设计照顾了差异，但