人教版八年级物理下册《9.3 大气压强》核心素养导向教学设计

人教版八年级物理下册《9.3大气压强》核心素养导向教学设计

一、教学背景分析

（一）教材分析

本节内容位于人教版八年级物理下册第九章第3节，是压强概念在流体静力学领域的延伸与深化。教材编排遵循“从现象到本质、从定性到定量、从生活到物理”的认知逻辑：前两节已建立固体压强和液体压强的基本规律，为本节探究气体压强奠定基础；后续浮力、流体压强与流速关系等内容均需依赖大气压强的知识支撑。本节核心任务在于引导学生确认大气压强的客观存在、理解其产生机理、掌握测量方法及变化规律，并感悟大气压强对人类生活与科技的深远影响。教材通过“马德堡半球实验”史实建立感性认知，依托“托里拆利实验”完成定量测量，借助“自制气压计”等活动渗透科学方法，形成“实验—推理—应用”的完整知识链。【核心内容：非常重要】【高频考点】

（二）学情分析

八年级学生正处于形象思维向抽象逻辑思维过渡的关键期。此前学习中已具备压强的基本定义（P=F/S）和液体压强特点（内部处处有压强、深度影响大小），但习惯于直接观察可见形变的物理过程。大气具有无色无味无形、日常生活“习以为常”却难以直接感知的特点，导致学生普遍存在前科学概念障碍：约65%的学生误认为“只有向下压空气才会产生压强”“吸盘挂钩是吸上去的”等。【迷思概念：难点】此外，托里拆利实验中汞柱高度与大气压强等值关系的推理涉及等效替代思想，学生首次接触这种间接测量方法，认知负荷较大。但该年龄段学生对奇妙物理现象充满好奇，动手操作愿望强烈，为实验探究教学提供了良好心理基础。

二、教学目标与核心素养

（一）物理观念【核心素养：非常重要】

1.确认大气对浸入其中的物体产生压强，方向向各个方向。【重要】

2.知道标准大气压的数值及常用单位（Pa、cmHg、atm），能进行简单换算。【一般】

3.理解大气压强随高度增加而减小、与沸点关系等基本规律。【热点】

（二）科学思维【核心素养：非常重要】

1.通过“覆杯实验”“矿泉水瓶被压瘪”等简易活动，经历从现象推理本质的过程，培养证据意识。【关键能力】

2.运用等效替代思想分析托里拆利实验，建立液体压强与大气压强的等值联系，发展模型建构能力。【难点突破】

3.能运用大气压强知识解释生活中吸盘、吸管、拔火罐等现象，完成从物理走向社会的思维迁移。【高频考点】

（三）科学探究【核心素养：非常重要】

1.经历“模拟马德堡半球”分组实验，在观察、测量、记录中体会大气压强的巨大。【重要】

2.通过自制简易气压计并观察高度变化对其液柱的影响，初步学习控制变量法在气体压强研究中的应用。【一般】

3.在托里拆利实验视频分析中，能提取关键操作步骤并说出每一步的设计意图。【热点】

（四）科学态度与责任【核心素养：重要】

1.通过重温马德堡半球实验的历史背景，感受科学家勇于质疑、严谨求证的精神。

2.关注大气压强知识在航空航天、气象预测、医疗设备等领域的应用，增强科技强国的使命感。

3.形成保护大气环境、防止大气污染的意识，渗透可持续发展价值观。

三、教学重难点

（一）教学重点【非常重要】【高频考点】

1.通过多种实验确认大气压强的存在。

2.托里拆利实验的原理及对测量结果的分析。

3.大气压强在日常生活和生产中的典型应用。

（二）教学难点【难点】

1.托里拆利实验中为何汞柱产生的压强等于大气压强——等效替代思想的建立。

2.学生对“空气看不见却能产生巨大压强”这一事实的心理认同。

3.大气压强随高度变化曲线中非线性关系的直观理解。

四、教学方法与策略

本节课以“现象驱动—问题链导航—实验求证—变式迁移”为主线，综合运用以下教法与学法：启发式讲授法用于突破托里拆利实验的逻辑难点；探究式实验法用于建构大气压强存在的感性经验；问题支架法贯穿全程，以“你能让杯子里的水不流出来吗”“如何用刻度尺测出大气压的值”等核心问题激发认知冲突；跨学科融合策略引入地理学科等压线图、历史学科十七世纪科学史片段，拓展视野；差异化教学策略通过设置“基础闯关”“能力进阶”“创新设计”三级任务单，满足不同层次学生需求。

五、教学准备

教师准备：多媒体课件（包含马德堡半球历史复原动画、托里拆利实验高清微距录像、当代工业中大气压应用视频）；演示实验器材（马德堡半球模型、抽气机、水槽、玻璃杯、硬纸片、矿泉水瓶、热水、橡皮泥、注射器、弹簧测力计、刻度尺）；分组实验器材（每小组配备：两个小型吸盘式马德堡半球模拟器、简易针筒式气压计套件、色素水、吸管、透明塑料瓶、热水壶）；平板电脑或智慧课堂系统用于实时投屏展示各组实验现象。

学生准备：预习教材并完成课前任务单“寻找身边的大气压强”；分组选出实验操作员、记录员、汇报员；复习液体压强规律。

六、教学实施过程【核心环节，占绝大部分篇幅】

（一）创设情境，导入新课——从“不可能”到“可能”的认知冲突

上课伊始，教师出示一个装满水的矿泉水瓶，瓶盖已拧紧。教师提问：“如果我在瓶底扎一个小孔，水会流出来吗？”学生依据生活经验几乎一致回答“会”。教师当众在瓶底扎孔，水并未流出，学生惊讶。教师再将瓶盖旋松，水立刻流出。教师追问：“是什么力量把水锁在了瓶里？盖上瓶盖时谁把水托住了？”此时学生已意识到瓶内、瓶外存在某种差异，但无法准确表述。教师顺势板书课题，并展示本节课的核心挑战目标：认识一位无处不在却又低调无比的“大力士”——大气压强。【导入策略：非常重要】

紧接着教师演示“覆杯实验”：玻璃杯盛满水，盖上硬纸片，倒置后纸片不脱落。教师邀请一位学生上台用手轻轻按住纸片并抽离，纸片依然紧贴杯口。教师提问：“纸片只受到杯内水的压力吗？如果杯内是空气而不是水，纸片还会不掉吗？”教师将杯内水换成空气再次倒置，纸片落下。对比实验清晰表明：杯内充满水时几乎无空气，纸片下方的大气压将其顶住；杯内是空气时内外气压相等，纸片因重力掉落。至此，学生对大气压强的存在已初步认同，并建立起“大气对浸入其中的物体各个方向都有压强”的初步观念。【核心实验1：重要】【热点】

（二）实验探究，建构概念——感知大气压强的“大”与“方向”

本环节以分组活动“模拟马德堡半球”为核心。教师首先用1分钟微视频简述1654年马德堡市市长奥托•冯•格里克用十六匹马拉开两个铜半球的历史故事，强调当时人们对“真空”与“大气压力”的激烈争论。随后每组领取一对小型吸盘式半球（直径约5cm），将其紧密对合，先尝试直接拉开，再排出内部空气后尝试拉开。各组汇报感受：排出空气后需用很大力气才能拉开，甚至拉不开。【分组实验1：非常重要】教师引导：是什么力量阻碍你把半球拉开？这个力的大小与哪些因素有关？学生通过改变吸盘面积再次实验，发现面积越大，拉开所需拉力越大。由此自然得出定性结论：大气对吸盘表面产生压力，压力大小与受力面积有关。教师进一步启发：你能利用弹簧测力计粗略测出大气压强值吗？学生讨论后设计出“注射器—测力计”方案，教师演示并说明活塞横截面积的测算方法，现场测得大气压约为1.0×10⁵Pa，与标准值接近，学生发出惊叹。此时教师明确给出大气压强的定义、符号（p₀）及单位Pa，并介绍标准大气压（1atm=1.013×10⁵Pa）的由来。【核心概念建构：非常重要】【高频考点】

在此基础上，教师以“大气压强方向”为探究点，要求学生利用所给器材（吸盘、水槽、纸片、塑料管等）设计实验证明大气压强是否向各个方向都有。各小组积极投入：有的将吸盘吸附在水平桌面、竖直玻璃板、倾斜木板各个表面，均需拉力才能拔下；有的将覆杯实验中的纸片换为不同方向的开口，均不掉落。学生汇报后教师总结：大气压强和液体压强相似，内部同一深度向各个方向压强相等。【重要】

（三）深度剖析，揭示本质——托里拆利实验的逻辑重演

此为全课教学难点，必须放慢节奏、层层剥笋。教师首先呈现问题链：我们能用吸盘测大气压，但不够精确，且受吸盘密封性影响大。1643年托里拆利想到了更巧妙的方法——将大气压强“转换”为液体柱的压强。怎么转换呢？教师不直接播放实验视频，而是引导学生经历思维重演。

步骤1：教师拿出长约1m的玻璃管，问学生：“如果我用水做实验，大气压能支持多高的水柱？”学生依据p=ρgh计算，得到约10.3m。教师展示10m长水管，表示实验室无法操作。步骤2：“托里拆利选择了密度更大的水银，水银柱的高度会如何？”学生计算得出约0.76m，适合实验室测量。步骤3：教师播放托里拆利实验高清微距录像，但屏蔽声音，让学生以“科学侦探”身份逐帧分析关键操作：①玻璃管内灌满水银——排尽空气；②用手指堵住管口倒置插入水银槽——防止空气进入；③松开手指后水银柱下降至一定高度——停止下降时管内上方为真空（托里拆利真空）；④倾斜玻璃管水银柱高度差不变——竖直高度决定压强。教师每播放一个片段即暂停，组织学生讨论“为什么要这样做”“如果不这样做会怎样”。【核心实验2：非常重要】【高频考点】【难点】

学生通过对操作意图的深度追问，自主建构出核心关系：管内水银柱产生的压强p=ρgh等于外界大气压强p₀。此时教师必须强调等效替代思想——我们无法直接测大气压，但可以找一个液体柱的压强来“代替”它。这是物理学研究的重要方法。教师进一步追问：若将玻璃管口径变粗或变细，水银柱高度改变吗？若将玻璃管顶端戳一小孔，会发生什么现象？学生运用刚刚建立的模型推理，回答口径不影响高度，戳孔后空气进入，水银柱会立即下降至与槽内液面相平。即时反馈练习显示绝大多数学生已突破难点。【思维提升：非常重要】

最后教师给出托里拆利实验的精确值并介绍气压的其他单位：厘米汞柱（cmHg）、标准大气压（atm）、百帕（hPa），特别指出气象学常用百帕，地理学科等压线图与之呼应，体现跨学科一致性。

（四）拓展应用，深化理解——大气压强“看得见”的力量与变化

此环节设计三个层层递进的探究站。

探究站A：大气压强与人类生活。学生小组内交流课前收集的“身边的大气压强”实例，每组选择一项进行原理解释。典型实例包括：用吸管喝饮料、钢笔吸墨水、拔火罐、吸盘式挂钩、真空包装、活塞式抽水机等。教师用思维导图实时汇总并引导学生归纳共性：都是通过改变内部气体压强，形成内外压强差，大气压强将液体或物体压向低压区。【重要】【高频考点】教师随即出示“无吸管饮矿泉水”挑战——利用大气压在不倾斜瓶子的情况下喝到水。学生尝试后发现必须使瓶口与嘴之间形成密封，用力吸气使瓶内气压降低，大气压将水压入口中。趣味活动使抽象原理具象化。

探究站B：大气压强与高度、天气的关系。教师出示自制简易气压计（在瓶内装适量红墨水，插入细吸管，密封瓶口），挤压瓶身液柱上升，说明装置利用了“瓶内气压大于外界大气压时液柱上升”的原理。教师请一位学生手持气压计从一楼走到四楼（课前录制快镜头视频课堂播放），大家清晰看到液柱逐渐升高。学生推测：高度增加，外界大气压降低，瓶内气压相对变大，因此液柱上升。教师补充大气压随高度增加而减小的规律，并给出粗略关系：海拔2000m内每升高12m，大气压约降低133Pa。同时介绍高海拔地区需高压锅烹饪的原理（气压低沸点低）。气象部分简要提及高气压区多晴朗，低气压区多阴雨，呼应地理课程内容。【热点】【跨学科】

探究站C：大气压强测量的创新设计。此为开放性拓展环节，展示工业、科研中测量大气压的其他装置：无液气压计（金属盒气压计）、数字气压传感器等。教师提出驱动性任务：“如果给你一个注射器、弹簧测力计和刻度尺，除了课上方法，你还能设计出其他测量大气压的方案吗？”部分学生提出用活塞封闭一段空气柱，根据玻意耳定律（高中知识）测量，教师给予高度评价并鼓励课后尝试。此环节不要求所有学生掌握，重在激发探究兴趣。【一般】【能力提升】

（五）总结提升，作业布置——思维结构化与迁移创新

教师引导学生从知识、方法、情感三个维度回扣本课。知识维度：大气压强的存在、测量、单位、变化、应用。方法维度：转换法（用液体柱压强替代）、等效替代、放大法（微小力通过吸盘面积显示）、理想化模型（托里拆利真空）。情感维度：科学探究需要精巧的设计与严谨的推理。学生完成“大气压强思维导图”草稿，同桌互评补充。【总结策略：重要】

作业设计体现层次性与实践性：

【基础巩固】完成教材“动手动脑学物理”第1-3题；用自制气压计连续三天记录早晨、中午、晚上的液柱高度，尝试分析变化原因（与天气、温度的关系，为下节课“气体压强与温度关系”做铺垫）。【一般】

【能力提升】查阅资料撰写微短文《假如地球上没有大气——我们的世界会怎样》，要求从大气压强、呼吸、水循环、气候、交通等多角度展开想象，培养综合思维能力。【重要】

【项目式学习】小组合作利用废旧材料制作一个“大气压力量显示器”，能直观显示大气压的变化，两周后举办班级发明博览会。【核心素养拓展】

七、板书设计

左侧主板书：

9.3大气压强

一、存在——马德堡半球实验（方向：各个方向）

二、测量

1.粗略：吸盘/注射器法p=F/S

2.精确：托里拆利实验p₀=ρgh

——等效替代

3.标准值：1.013×10⁵Pa≈10⁵Pa

——1atm=760mmHg

三、变化

4.海拔↑→p₀↓（每12m约降133Pa）

5.天气、季节影响

四、应用

内外气压差（吸盘、抽水机、高压锅）

右侧副板书：

学生生成性案例汇总区

实验设计关键词

思维方法提示

八、教学反思

本设计以核心素养为纲，将大气压强这一经典内容置于科学探究与文化背景的双重脉络中重新组织。成功之处在于：用简易吸盘模拟马德堡半球，将宏大历