顾赢
浙江省金华市外国语学校 321000
【摘要】本人基于大气压探索过程中的科学史实，自制道具让学生重现科学家的探索过程，并对科学实践的结果进行数据分析，让学生在探索、实践的过程中加深对科学概念的建构和科学本质的理解；提升多学科的综合运用能力和对实际问题的解决能力。
【关键词】 科学史 拓展课 大气压
1．基于科学史的目标设计
《大气的压强》是初中科学八年级的内容，在学生学习完该课程内容后，根据学生的认知特点，本人利用学校的拓展课，基于STEM教育理念开展教学：此次实践选取科学史中马德堡半球和托里拆利实验两个经典大气压实验为切入口，在实际而非理论条件下，让学生整合自己科学、数学、技术及工程四方面的知识，以小组合作的形式，利用常见的材料完成和重现新式“托里拆利”和“马德堡半球”实验，同时计算分析大气压数值的大小，并对求得的数据进行误差分析，并在实践过程中引导学生对大气压的存在进行进一步的感知和思考，以此完成本次课程教学目标。
2．基于科学史的拓展课项目背景回顾
2.1马德堡半球实验科学史回顾
1654年，马德堡市长奥托·冯·格里克为了为民众科普空气存在压强这一结论而进行的一项科学实验：他将两个直径约1.2英尺的铜制半球涂上油脂并对接，再把球内抽成真空。然后让两个马队分别拉一个半球，直到两边各八匹马，铜球才被拉开了。
根据此实验证明大气压强是存在的，并且十分强大。
当然，学校实验室也有供教学用途的仿制品，用作示范气压的原理，它们的体积也比当年的半球小得多，把半球的空间抽真空，需要拉开的力也小的多。
2.2托里拆利实验科学史回顾
托里拆利实验则由托里拆利和他的同学维维安尼于1643年共同完成。他在一根1米左右长的一端封闭的玻璃管内注满了水银，用手堵住开口的一端，然后将管子倒立着放入水银槽中，松开手后，水银往下流，而且，当水银流到高度约760毫米时，水银就不再下降，显然，这个实验说明了大气压确实存在，并有一定的大小。
3．基于科学史的拓展课项目实践
3.1利用不锈钢碗重塑马德堡半球实验实施过程
3.1.1教学方案设计
（1）设计材料
不锈钢碗2只（可事先在碗底部焊接上把手），火柴、酒精灯、冷水、拉绳等
（2）设计过程
①分小组设计实验方案营造低压甚至真空环境（不用抽气泵）
②比赛谁能够用最多的人才能将不锈钢碗拉开
③估算碗内的气压值，优化设计方案
3.1.2方案展示及相关实施成果
方案1：利用气体热胀冷缩的性质营造低压环境。如先在不锈钢碗中加入少量酒精，点燃后使碗充分预热，后将两只碗充分闭合，浸入冷水中使碗内气体冷却，营造低压环境。
方案2：利用气体热胀冷缩的性质营造低压环境。先在不锈钢碗中加入少量水，用酒精灯加热使水沸腾，后将两只碗充分闭合，浸入冷水中使碗内气体冷却，营造低压环境。
方案3：其他
图1 学生自制教具感受大气压存在
3.2利用pvc软管重现托里拆利实验
托里拆利实验并不做演示要求，仅凭抽象的过程图学生很难理解。原版实验不容易重现的的难度在于水银的毒性。为了重现该实验，帮助学生对托里拆利实验有进一步的加深理解，笔者利用拓展课的机会带领学生进行了一次大型的户外实验。
【实验步骤】
①将一根12m左右的pvc软管中装满水，并用弹簧夹pvc软管的两端
②学生从寝室楼4楼将软管放下，一个学生在寝室楼底楼将软管的一端将软管插 入水中
③打开水中的pvc软管的弹簧夹，观察分析实验现象，并根据实验现象估算此时大气压强，分析实验误差。
图2 利用pvc软管和水重现托里拆利实验
在实验过程中，学生除了观察到水位下降外，还观察到软管变瘪、有气泡上升等现象，且最后的水位大约为8m和预估的10m左右有较大的差距。实验结束后，教师引导学生分小组对现象进行了讨论，给出了合理的猜测和解释。
4．基于科学史的拓展课项目实践反思
本项目的实践根据《大气的压强》的两个经典实验进行实验方案的重新设计及改造，并基于STEM 理念进行方案实施，激发了让学生在探索、实践的过程中加深对科学概念的建构和科学本质的理解；提升多学科的综合运用能力和对实际问题的解决能力。但由于对STEM课程仍处于探索阶段，本人不完全具备STEM课程所需的综合素质以及条件，对实验过程中存在的的一些问题还需要进一步的改进：（1）增加实验的可视性，例如在软管中可以添加一些红墨水，使实验现象更加明显（2）增强STEM中技术(Technology)的内容，例如可在实验中增加气体传感器实验，利用现代技术准确测出压强（3）多积累实验窍门，提升实验成功的概率。例如在做马德堡半球实验时，可利用凡士林提前涂抹不锈钢碗边沿，提升实验成功的可能性。
【参考文献】
[1]埃里克.布伦赛尔.在课堂中整合工程与科学[M].上海.上海科技教育出版社，2016:32.
[2] 师保国.高云峰.马玉赫STEAM 教育对学生创新素养的影响及其实施策略[J] 中国电化教育2017.4