基于科学探究的单元教学设计：大气压强的奥秘（浙教版八年级上册）

基于科学探究的单元教学设计：大气压强的奥秘（浙教版八年级上册）一、教学内容分析

本课隶属于初中《科学》课程物质科学领域，是八年级上册“天气与气候”单元的核心奠基内容。从《义务教育科学课程标准（2022年版）》审视，本课锚定于“物质的结构与性质”大概念之下，要求学生通过观察和实验，认识大气压强的存在并理解其产生原因，进而能运用大气压强知识解释相关自然现象和简单技术产品原理。在知识图谱上，它上承已学的“压强”概念，下启“大气压与人类生活”、“天气系统”等内容，是连通固体、液体压强与流体动力学、气象学的关键节点。其认知要求跨越了从感性体验（感知存在）到理性建构（理解成因），再到迁移应用（解释现象）的完整层次。课标蕴含的学科思想方法——科学探究（提出问题、设计实验、获取证据、作出解释）与模型建构（用微观粒子模型解释宏观压强）——是本课转化为课堂活动的灵魂。其素养价值深远：通过探究大气压“看不见却存在”的特性，培育学生的实证精神与理性思维；通过分析从马德堡半球到吸盘挂钩的应用，感悟科学技术与社会（STS）的紧密联系；在小组协作完成挑战性实验中，强化团队合作与沟通表达能力。

八年级学生已具备固体压强和液体压强的初步知识，但对无处不在的气体压强缺乏直觉感知，常存在“空气很轻，没有压力”或“吸力”等前科学概念。他们的思维正从具体运算向形式运算过渡，乐于动手实验，但设计控制变量、进行逻辑严密的因果推理仍是难点。部分学生空间想象能力较弱，理解托里拆利实验中“真空”与“水银柱高度”的关系可能存在障碍。因此，教学必须从震撼的直观体验入手，搭建循序渐进的思维脚手架。我将通过导入环节的“反常”现象快速前测学生初始观念；在新授环节，通过设计分层探究任务和关键性提问，动态评估学生概念建构的进程；并为有困难的学生提供可视化辅助工具（如模拟动画），为学有余力者提供深度推理的拓展问题，实现基于过程的差异化调适。二、教学目标

知识目标：学生能准确陈述大气压强的定义，并运用分子运动论的观点解释其产生原因；能列举至少三个证明大气压强存在的实例，并清晰阐述其原理；能复述标准大气压的值及其常用单位，理解托里拆利实验的设计思想与结论。

能力目标：学生能够基于教师提供的器材，小组协作设计并完成一个证明大气压存在的创新性实验，并规范表述实验现象与结论；能够从“瓶吞鸡蛋”、“吸盘挂钩”等生活现象中提取科学问题，并运用大气压强知识进行逻辑清晰地解释。

情感态度与价值观目标：在体验大气压强的强大力量与巧妙应用中，激发对自然奥秘的好奇心与探究热情；在小组实验的互动中，愿意倾听同伴意见，协作解决问题，共同分享成功的喜悦。

科学思维目标：通过从多个表面迥异的现象（吸盘、吸管、马德堡半球）中归纳共同本质（大气压作用），发展归纳与概括思维；通过分析“为何不用水来做托里拆利实验”等问题，经历科学方法的选择与优化过程，体悟模型建构与理想化方法。

评价与元认知目标：能够依据“证据充分、逻辑自洽、表述清晰”的简易量规，对同伴的现象解释进行初步评价；能在课堂小结时，回顾本课探究路径，识别自己是从哪些关键证据和推理环节中建立起对大气压强的确信的。三、教学重点与难点

教学重点：大气压强的存在证明及其在生活中的应用解释。确立依据在于：这是课标明确要求的核心知识，是学生从“无知”到“有知”建构科学观念的关键飞跃，也是连通抽象概念与鲜活世界的桥梁。从中考命题趋势看，利用大气压解释生活现象和简单实验是高频考点，着重考查学生的知识迁移与语言表述能力。

教学难点：理解托里拆利实验的原理及标准大气压的测量方法。难点成因在于：该实验涉及“真空”、“液体压强平衡大气压”等多个抽象概念的综合，逻辑链条较长，且实验本身无法在课堂现场演示，学生需要凭借想象和推理来理解。这恰恰是学生从感性认知迈向定量化、精确化科学理解的重要阶梯，也是思维深化的标志。突破方向在于利用类比（如与水柱压强类比）和动态模拟视频，将不可见的过程可视化，并设计阶梯式问题引导学生一步步推演。四、教学准备清单

1.教师准备

1.1媒体与教具：多媒体课件（含马德堡半球历史故事、托里拆利实验模拟动画）；板书记划（预留概念图区域）。

1.2实验器材：

演示用：马德堡半球模拟器（抽气泵）、玻璃杯、硬纸片、水槽、红色颜料水。

分组用（每4人一组）：玻璃杯、硬纸片、小吸盘挂钩、注射器（去针头）、长约1米透明软管及水槽、水、饮料瓶、熟鸡蛋、火柴。

2.学生准备

预习教材相关内容，思考“空气有重量吗？有压力吗？”。

携带科学笔记本与笔。

3.环境布置

课桌椅调整为小组合作模式，便于实验操作与讨论。

实验区地面铺设防水垫。五、教学过程第一、导入环节

1.情境创设与认知冲突：“同学们，请看老师手中的这个空玻璃杯和这张普通的纸片。如果我把它盖在杯口，倒过来，会发生什么？”（学生预期纸片掉落）教师操作：将杯口浸湿，盖上纸片，用手压紧倒置，松开手。“纸片被牢牢‘吸’住了！是水粘住的吗？我们把水换成空气。”用另一个干燥杯子重复，纸片依然不掉。再出示吸盘挂钩，按在光滑白板上挂上书包。“大家想想，是什么力量托住了纸片，拉住了挂钩？难道是我们看不见的空气在‘施法’吗？”

1.1提出问题与勾画路径：“今天，我们就一起来揭开‘大气压强’的神秘面纱。我们将化身科学侦探，首先寻找它存在的证据，然后探究它究竟有多大，最后用这个新武器去破解更多的生活谜题。让我们从重温科学史上最著名的一次‘拔河’比赛开始。”第二、新授环节

任务一：寻证——感受无形的力量

教师活动：首先播放马德堡半球实验的简史动画，强调“十六匹马都拉不开”的震撼结果。提问：“这个实验证明了什么？你能用一句最肯定的话说吗？”接着，将教学重心转向学生亲身探究。“历史很震撼，但科学需要亲手验证。现在，每个小组的桌上都有一个‘神秘任务包’，你们的任务是：利用包里的器材，设计出至少一种能证明大气压存在的‘惊艳’实验，并准备向全班展示和解释。”巡视中，对无从下手的小组提示：“想想导入实验，力量从何而来？如何让杯子内外的‘压力’不一样？”对进展顺利的小组挑战：“能否定量比较一下，这个力大概多大？”

学生活动：小组热烈讨论，尝试各种组合：用注射器抽取空气感受拉力；尝试“瓶吞鸡蛋”（将点燃的纸条放入瓶内，再盖上鸡蛋）；用吸盘提起重物；重复覆杯实验并尝试倾斜杯子。记录实验现象，并初步讨论“为什么这样就能证明大气压存在”。

即时评价标准：1.实验设计是否具有创新性和可行性？2.小组分工是否明确，操作是否安全规范？3.展示解释时，能否清晰指出是“外部大气压”导致了现象，而非“吸力”？

形成知识、思维、方法清单：★大气压强的存在：大气对浸在它里面的物体会产生压强，这个压强叫大气压强，简称大气压。▲证明方法的核心思路：创造或利用一个情境，使物体一侧与大气接触，另一侧气压减小或隔绝，从而让大气压“显形”。（教学提示：引导学生从多个实验中归纳共同点，这是归纳思维的训练。）

任务二：探因——理解压力的来源

教师活动：承接学生的实验现象，追问：“现在我们都相信大气压存在了。但它从何而来？头顶的空气并没有压垮我们呀。”引导学生回顾已学的液体压强产生原因，进行类比。“空气和液体都是流体，是否类似？”展示地球被厚厚大气层包裹的图片。“我们可以把大气层想象成一片‘空气的海洋’。生活在‘海底’的我们，承受着上方所有空气的‘重量’。这就是大气压产生的原因。”用分子运动论微观解释：“本质上，是大量空气分子无规则运动，频繁撞击物体表面产生的。”可以做个类比：“就像无数颗细微的‘粒子雨’持续打在我们身上。”

学生活动：聆听、思考，将大气压强与液体压强产生原因进行类比。尝试用自己的话解释：“因为空气有重力，而且具有流动性，所以对里面的物体有压强。”

即时评价标准：1.能否清晰说出大气压产生的原因是大气受到重力且具有流动性？2.能否初步建立“大气层”模型进行想象？

形成知识、思维、方法清单：★大气压强产生的原因：大气受重力作用且具有流动性。（关键点拨：“重力”是根源，“流动性”是压强传递的条件。）▲类比推理方法：将未知事物（大气压）与已知事物（液体压）进行类比，是科学中常用的思维方法。

任务三：测量（一）——巧妙的转换思想

教师活动：“我们感受到了大气压的力量，那它到底有多大呢？能测量吗？”展示一根装满红色水、两端开口的长玻璃管。“如果我将它插入水槽，水会流出直到管内外液面相平，为什么？”（复习连通器原理）。接着，提出问题链：“如果我把上端封住，再倒插进水槽，管中的水还会全部流下吗？会流到什么程度停止？此时，是什么力支撑住了这段水柱？”引导学生推理：当水柱静止时，其底部产生的液体压强正好等于管外大气对槽内水面的压强。从而得出结论：测量大气压，实质是找到它能支撑多高的液柱。“这个方法太妙了，把看不见、测不着的大气压，转换成了看得见、测得到的水柱高度！”

学生活动：跟随教师的问题链进行思考和推理，理解“平衡”思想。动手尝试：小组用长约1米的透明软管进行模拟（一端封闭，灌满水后倒置入水槽），观察水柱是否会下降及下降后的高度，并测量。

即时评价标准：1.能否理解实验设计中“压强平衡”的核心思想？2.操作是否规范，读数是否准确？

形成知识、思维、方法清单：★测量思路（转换法）：利用大气压与它所支撑的液柱产生的压强相等的原理进行测量。▲平衡思想：当液体静止时，支撑它的向上的大气压与液柱向下的压强达到平衡。（易错提醒：此实验要求管内液面上方为真空或接近真空。）

任务四：测量（二）——标准值的诞生与单位

教师活动：“同学们，你们测出的水柱高度大约是10米。用10米高的水柱来测量和表示大气压，方便吗？”引出托里拆利选择水银的原因（密度大，柱高合适）。播放托里拆利实验模拟动画，清晰展示在标准状况下，水银柱高度约为760毫米。明确给出标准大气压的值：1标准大气压（atm）=760mmHg=1.013×10⁵Pa。“帕斯卡（Pa）是我们学过的国际单位，记住这个数量级——10的5次方帕，这相当于在1平方厘米的面积上，压着大约10牛顿的力，相当于1千克重物的重力。大家现在按一下自己的指甲盖，感受一下，大气压作用在它上面的力，差不多有一斤重呢！”

学生活动：观看动画，理解用水银的优点。记录标准大气压的不同表示方法和单位换算。尝试计算：自己手掌面积约为多少，感受一下承受的总压力有多大（不要求精确计算，重在感受其巨大）。

即时评价标准：1.能否说出标准大气压的常用值和国际制单位？2.能否理解选择水银是出于实验便利性的科学决策？

形成知识、思维、方法清单：★1标准大气压的值：760mm高水银柱所产生的压强，约为1.013×10⁵Pa。★常用单位：毫米汞柱（mmHg）、标准大气压（atm）、帕斯卡（Pa）。▲科学仪器与材料的优化选择：根据实验目的和可行性选择最合适的材料（如水银密度大，柱高合适）。

任务五：应用与解释——从实验室到生活

教师活动：“掌握了大气压这个武器，现在我们能解释更多现象了。请大家担任‘科学解说员’。”出示一组图片或实物：吸管吸饮料、抽水机、高压锅（简要提及）。对吸管提问：“吸饮料时，真的是我们‘吸’上来的吗？我们吸走了什么，导致了什么变化？”引导学生用规范语言解释。然后提出一个挑战性问题：“如果我们在月球上，用吸管能喝到饮料吗？为什么？”让学生将知识应用到极端情境。

学生活动：积极运用刚学到的知识解释生活现象，尝试规范表述：“吸饮料时，我们吸走了管内的部分空气，使管内气压减小，管外大气压就将饮料压入管中。”讨论月球上的情况，得出结论：月球没有大气，所以无法用吸管喝饮料。

即时评价标准：1.解释现象时，能否准确指出“气压差”是关键？2.语言表述是否科学、清晰、连贯？

形成知识、思维、方法清单：★大气压的应用原理：许多利用大气压的设备，其核心是制造或利用气压差。（核心思维：从“存在”到“应用”，关键是分析“哪里气压变了”。）▲条件反思：应用大气压需要以大气存在为前提。这体现了知识的适用范围。第三、当堂巩固训练

基础层（全体必做）：1.填空题：1标准大气压约等于______Pa，相当于______mm高的水银柱产生的压强。2.选择题：下列现象中，主要不是利用大气压工作的是（）A.用吸管喝奶茶B.注射器抽取药液C.潜水艇下潜D.抽水机抽水。

综合层（大部分学生完成）：3.解释题：请用大气压知识解释“拔火罐”的原理。4.情境推理：小明用杯子罩住燃烧的蜡烛，蜡烛很快熄灭。通常解释是氧气耗尽。请从“气压变化”角度提出一个额外的可能解释。

挑战层（学有余力选做）：5.设计与评价：某广告称其“真空保鲜盒”能抽出盒内空气，使食物保鲜。若盒盖面积为200cm²，当盒内气压降至外界大气压的一半时，估算需要多大的力才能打开盒盖？并评价这个设计在日常生活中可能带来的利弊。

反馈机制：基础题通过全班齐答或举手反馈快速核对。综合题请不同层次的学生口述解释，教师侧重点评其科学语言的规范性和逻辑的严密性。挑战题邀请有想法的学生分享思路，教师引导全班关注其计算过程和STS（科学、技术、社会）视角。第四、课堂小结

知识整合：“同学们，今天我们进行了一次精彩的‘大气压发现之旅’。谁能用一幅简单的思维导图或几个关键词，概括一下我们的探索路径？”邀请学生上台板演或口述，从“存在证据”到“产生原因”，再到“测量方法”，最后到“生活应用”。

方法提炼：“回顾整个过程，我们用到了哪些科学方法？”引导学生回顾：从多个现象中归纳共性（归纳法）；用液体压强类比理解成因（类比法）；把测量大气压转换为测量液柱高度（转换法）。

作业布置与延伸：必做作业：1.整理本节知识清单。2.寻找家中3个利用大气压原理的物品，并简要说明原理。选做作业：查阅资料，了解高原地区煮饭为什么要用高压锅，并从大气压角度撰写一份不超过300字的科普小说明。延伸思考：“大气压是固定不变的吗？它和天气有什么关系？”为我们下节课《大气压与天气》埋下伏笔。六、作业设计

基础性作业：1.完成教材本节后配套的基础练习题。2.绘制一张概念图，包含“大气压强”、“产生原因”、“证明方法”、“标准值及单位”、“应用实例”五个核心节点，并标明它们之间的连线关系。

拓展性作业：3.【情境任务】假设你是一名产品设计师，请利用大气压原理，设计一个可以帮助老人或病人轻松拧开瓶盖的小工具。画出设计草图，并用一段文字说明其工作原理和使用方法。

探究性/创造性作业：4.【家庭小实验】探究“大气压与天气的初步关系”：连续三天，在同一时间、同一地点，用一个注射器（去针头，栓塞处做记号）粗略感受拉动栓塞的难易程度（定性感受拉力大小），并记录当天的天气状况（晴、阴、雨等）。尝试找出规律，并提出你的猜想。七、本节知识清单及拓展

★1.大气压强的定义：大气对浸在它里面的物体产生的压强。（要点：“浸在”说明无处不在，方向朝向各个方向。）

★2.大气压强产生的原因：大气受重力作用，且具有流动性。（类比理解：类似于液体压强产生原因。）

★3.证明大气压存在的著名实验：马德堡半球实验。（历史意义：首次用令人信服的实验公开证明了大气压的强大。）

★4.证明大气压存在的常见生活实验：覆杯实验、吸盘挂钩、吸管吸饮料、注射器抽药液等。（核心共性：制造或利用密闭空间内外的气压差。）

▲5.转换法测量思路：通过测量大气压所能支撑的液柱高度来间接测定其大小。（思想精髓：将不可直接测量的量转换为可测量量。）

★6.托里拆利实验：最早精确测量大气压值的实验。（关键细节：玻璃管顶部必须是真空；水银柱高度指竖直高度，与管粗细、倾斜无关。）

★7.1标准大气压的值：760mmHg=1.013×10⁵Pa。（记忆策略：记住“760毫米汞柱”和“10的5次方帕”这两个关键数字。）

★8.大气压的常用单位：帕斯卡（Pa）、毫米汞柱（mmHg）、标准大气压（atm）。（换算要求：了解前两者与标准大气压的关系。）

▲9.托里拆利为何选用水银：水银密度大，实验所需玻璃管长度适中（约1米），便于在室内操作。若用水，需约10米长管，极不便利。（体现科学选择的实用性。）

★10.大气压应用的本质：利用气压差。例如吸饮料，是降低了吸管内部气压；抽水机是通过活塞运动改变局部气压。（分析任何应用时，先找“气压差在哪里”。）

▲11.大气压随高度的变化：海拔越高，大气越稀薄，大气压越小。（预告：这是下节课重点，也是解释高原反应、飞机起降等问题的关键。）

▲12.大气压与天气的粗略关系：通常，气压降低可能预示阴雨天气，气压升高可能预示晴朗天气。（拓展：这是气象观测的基础之一，鼓励有兴趣的学生持续观察。）八、教学反思

（一）目标达成度评估本节课预设的知识与技能目标达成度较高，绝大多数学生能通过实验现象确信大气压存在，并能用标准值解释简单现象。能力目标方面，小组实验设计环节涌现了不少创意，如有的小组尝试用多个吸盘叠加提更重物，体现了探究的主动性。但在“用规范科学语言解释现象”上，部分学生仍习惯使用“吸力”等非科学词汇，需在后续教学中持续强化。情感目标在实验成功时的欢呼与惊叹中得以自然实现。

（二）教学环节有效性分析导入环节的覆杯实验快速聚焦了问题，效果显著。新授环节的五个任务形成了清晰的认知阶梯。“任务一”的亲身体验是本节课的“情绪高点”和“信念基石”，耗时稍多但必不可少。“任务三”从水柱到水银柱的过渡是难点