【原文】
《中学物理教学参考》2026年4月第72~74页刊登文章.
作者：彭夷（无锡市堰桥初级中学 江苏无锡 )
摘要：拿苏科版初中物理教材里“估测大气压”实验的演变当作例子，来探究在素养导向理念情形下，怎样借由设计以及优化实验事宜，去推动学生物理核心素养的发展进程。经由剖析旧教材实验方案之中存在的问题以及困惑之处，弄清楚新教材实验方案以及相关优化在发展学生科学思维、探究能力以及严谨态度这些方面所起到的作用, 用来给一线教师开展实验教学提供能够借鉴的样例。
文章的编号是，一百零二减去二百一十八乘以括号里的二零二六, 括号外是十减去零点零零七二乘以括号外的三。
中图分类号：G632.3
文献标识码： B
项目基金方面，有教育部课程教材研究所重点项目, 名为“落实基础教育课程标准实验研究”，项目编号是未提及的内容；还有江苏省教育科学“十四五”规划重点课题, 称作“乡村初中指向综合育人的学校课程建设”, 项目编号为 B /2023/03/72。
2022年版《义务教育物理课程标准》亦即以下简称的《新课标》, 着重强调以核心素养为居于中心的突出点，凸显学科实践以及综合育人方面，重视结构化、情境化、还有教一学一评一体化。依据素养理念所编写而成的2024年版初中物理苏科版教材也就是简称的“新教材”, 与2012年版初中物理苏科版教材即简称的“旧教材”相比较而言, 做出了如下这些调整：
(1）对于部分科学内容于教材里的位置作出了调整, 举例来说, “物态变化”由原本的第二章调整成第四章, “从粒子到宇宙”从第七章调整为第十章，如此这般的调整不但令课程内容更具连续性、结构化，还使得相关章节的实验与所对应的教学时段的气候相契合，进而能够更高效地开展教学。
(2）对教材里涵盖的部分栏目予以了优化，举例来说, 把原本的“综合实践活动”给调整成“跨学科实践”, 把“小结与评价”转变为“素养进阶”，新教材当中有关内容梳理、素养进阶以及问题解决的板块设计愈发契合《新课标》素养导向、综合育人为理念, 为结构化的单元复习课供给了教学思路。
(3）部分实验被进行了改进，比如说, “观察‘碘锤’里的物态变化”实验之中，把水浴法加热改成用电吹风热风挡来加热, 如此避免了熔化, 还增添了实验的可视性，对于“估测大气压强”实验，把使用弹簧测力计与2ml注射器针筒在水平方向测量, 改成使用20mL注射器、小桶以及重物在竖直方向测量，这样的改进能更好地培育学生的实证精神以及误差分析能力。
从实验的过程方面，对“估测大气压强”实验优化, 进行简要的分析, 此分析还涉及数据的处理，以及评价与反馈等方面。
1 旧教材实验方案的局限
旧教材里, “大气压强”这一部分的学习途径是这样的初中物理微课题，先是经由实验去亲身感受大气压强的切实存在, 接着凭借马德堡半球实验来验证大气压强的实际存在情况并且证明大气压强极大，基于此进而引出对大气压进行估测的实验。
实验器材：2 mL 的注射器、弹簧测力计、刻度尺。
实验步骤如下：第一步, 将注射器的活塞朝着底端的方向推, 以此排尽其中的空气, 之后，再使用橡皮帽把注射器的小孔封住。
(2）用细细的绳子拴住注射器活塞的柄，把弹簧测力计的挂钩和细绳连接在一起, 接着朝着水平方向向右缓缓拉动注射器，等到注射器里面的活塞开始滑动的时候，记录下弹簧测力计的示数F。
(3）取刻度尺，对注射器的刻度部分进行测量得到长度 l , 将注射器的容积 V 这个数值，去除以刚才所测的长度 l , 如此一来，能够得出活塞的横截面积 S。
(4）根据公式 p ＝F/S计算此时大气压的数值。
1.1 实验原理理解困难
学生在理解该实验原理时常遇到的困难及解决方案如下：
困难1 难以将大气压强与针筒结构建立联系。
把注射器的活塞推到最底部, 拿橡皮帽把注射器的小孔封住，接着向外拉动活塞，松开手后活塞又返回至原来所在位置, 引领学生剖析其中缘由，弄清楚是大气压力把活塞推回到了原本的位置。
困难2, 难以明白, 为何弹簧测力计的示数F，近乎等同于大气对活塞的压力。
通过绘制活塞受力的示意图, 来解决相关问题，此示意图如图1所示，之后构建研究对象活塞的受力模型。
1.2 实验器材的局限
大多数学校配备的弹簧测力计量程是0到5N初中物理微课题，使用2mL注射器时所需的拉力常常超出这个弹簧测力计的量程, 所以开展学生实验时一般会选择1ml注射器, 2mL注射器适用于大量程测力计的演示实验。
表1呈现出使用1mL注射器进行实验的结果, 表1还呈现出使用2mL注射器进行实验的结果，实验室的实际气压的数值是1。
依据表1能够知晓, 运用2mL注射器去测量的该大气压值是更加接近于真实数值的, 不过依旧是偏小的情况。通过相关计算得出，针对2mL注射器而言，活塞在此时所受到的大气压力大概是6.3N，这个数值已然超过了5N。就如同图2所展示的形势那样, 经过力的示意图来施行分析后能够明白，测量数值偏小的缘由有可能是活塞在此期间遭受到了来自注射器内部残余气体朝向左方的压力。基于此进行推测可以知道, 2mL注射器测量结果相对比较优良的原因在于它的横截面积是比较大的, 进而致使活塞受到的大气压力变得较大，以此来削弱内部气体压力所产生的相对误差。
1.3 实验操作困难
手持弹簧测力计的学生与拉动注射器的另一位学生, 两人一组进行实验操作, 看到活塞开始滑动时要迅速读数, 这一过程存在拉力方向偏离轴线的问题，而且要捕捉“刚开始滑动”的临界状态很难，往往需要反复多次才能完成。
可见, 该方案测量原理是成立的，然而, 在科学探究的“获取证据”这个环节, 存在着明显的缺陷, 那就是, 瞬态读数以及不稳定的相对运动, 致使数据可靠性较低。另外, 拉动注射器简身，虽说利用了相对运动原理，可是, 这与学生拉动活塞的直观认知习惯相互违背, 容易引发认知冲突。并且，较大的实验误差一流范文网，对引导学生养成严谨求实的科学态度，也是不利的。
2 新教材实验方案的验证
新教材里, “大气压强”那一节的学习路线是, 先经由实验去体会大气压强是存在的, 再凭借马德堡半球实验对大气压强的存在加以验证, 并且证实大气压强是很大的；接着介绍里拆利实验, 给出标准大气压值（约1.）；随后介绍金属盒气压计，开展估测大气压的实验，新教材里“估测大气压”的实验是这样的。
像是在图3当中呈现的那般，把注射器的活塞推到注射器筒的前端之处，采用橡皮帽封住注射器的小孔；于活塞上面拴挂一个小桶, 随后朝着桶里面渐渐增加重物，一直到活塞恰好被拉动。思考一下这件事：此时活塞所承受的拉力跟大气对它的压力存在着什么样的关系？利用这一装置进行大气压的估测，需要测量哪些物理量？又该如何进行测量呢？
有用于实验的器材，分别是, 20 mL的注射器，其带有橡皮帽，还有小桶，以及重物, 像例如沙子这类的，另外有大量程弹簧测力计, 还有刻度尺，再有细绳等。
实验步骤：（1）当活塞恰好被拉动之际，就停止再向小桶之中添加重物, 随后进行小桶以及重物的总重测量操作，以此获取大气针对活塞所产生的压力F。
(2）测出存在刻度部分的注射器的长度，此长度为 1, 将注射器的容积 V 拿来，用其除以长度 4，如此一来，能够得到活塞的横截面积 S。
(3）由 p ＝F/S，计算大气压的值。
经过调整的实验方案向学生予以了清晰的实验思路，系因采用固定注射器再加上缓慢添加细沙的操作方式, 所以学生只需认真去观察活塞是不是滑动，就这一得以稳定替换瞬时拉力读数的改进而言，保证了测量数据的稳定性以及可重复性, 能够有效地培养学生有关信息获取以及处理的能力，除此之外，这个方案把学生从古在动态时的操作里解放出来，从而让学生能够把更多的精力集中在去观察“活塞恰好开始滑动”这一临界现象, 而且能够深入地去思考力的平衡关系。处于评估这一环节的时候, 身为教师的人应当去鼓励身为学生的人, 运用建模思维, 去分析活塞自身重量、摩擦力等相关因素，对于实验结果所造成的影响。
因使用20 mL注射器估测大气压值之际，需量程为0至30N、分度值为0.5N的弹簧测力计, 为使测量结果更为精准，还能够使用电子秤测量质量并计算重力。使用2mL注射器进行实验，其结果如表2所示。使用20 mL注射器进行实验, 其结果亦如表2所示。
对照着表1与表2能够知道, 当运用2mL注射器进行测量的时候, 采用新教材以及旧教材的实验方案最后所获得的结果基本上是一样的，可是运用20mL注射器测量得出的结果要更加精确些，这证实了之前有关“活塞承受的大气压力较大, 内部气体压力产生的影响相对较小”的推测。
3 传感器助力精准测量与探究
虽然新教材针对“估测大气压”实验做了改进，然而精确测量活塞刚被拉动时的力，依旧是师生在实验操作过程中的难点。鉴于此，笔者提议运用力传感器来攻克这一难题。像图4所展示的那样, 选用20mL的注射器，将力传感器悬挂在注射器下方且与桶相连接, 持续地往桶内注入沙子，一直到活塞恰好被拉动为止。所得到的拉力F随着时间t变化的图像如同图5所示。
相较于横向拉动的方式而言，纵向拉动之际，当活塞已然开始进行滑动以后, 实验者立刻便停止添加细沙, 这个时候拉力F的大小基本上维持不变，在图像之上呈现成为一条水平的直线。
拿去图像突变瞬间的数据点, 能够得到活塞刚开始滑动时的那个拉力F , 它是28.86 N ，用弹簧测力计得到传感器（以及悬挂组件）的重力 G 是0.9N , 数据在此表3当中。
力传感器被应用, 这解决了人工判读瞬时值的难题, 还把“临界状态”以可视化、数据化的图像直观呈现出来，使得学生对“平衡被打破”的瞬间有了清晰的认识，深化了其对二力平衡等物理观念的理解, 并且让学生体验了数字化实验技术在提升测量精度方面的优势。
4 结束语
“估测大气压”实验进行优化，这深刻体现了素养导向理念在教学设计里呢, 其重心从克服操作阻碍，转变为提升科学探究质量以及聚焦科学思维，传感器加入后，推动实验从“人工读数”迈向“数字取证”, 为学生搭建了现代化学习的平台，能去深化物理观念、锤炼高阶思维、涵养严谨态度, 实验教学优化的深层逻辑是构建契合学生认知发展、能有序承载并发展核心素养的探究阶梯。教师所具备的价值，在于用心去设计, 在于引领着学生去攀登这样的一个阶梯，使得其中的每一次实验，都能够成为学生科学素养成长过程里的坚实脚印。