成峰

圖1為人教版教材八年級物理下冊第九章第一節(jié)《壓強(qiáng)》中，為對比說明壓力的作用效果不僅跟“壓力的大小”有關(guān)，還應(yīng)跟“受力面積”有關(guān)所作編排.筆者認(rèn)為此處安排不當(dāng).

1缺乏科學(xué)性，對比無效

蚊子叮人時，蚊子口器對皮膚施加了壓力.駱駝?wù)驹谏衬希橊剬ι匙邮┘恿藟毫?二者壓力均對受力面產(chǎn)生了一定的壓強(qiáng)，所產(chǎn)生的“效果”對比明顯.可細(xì)細(xì)想來，這個對比過程難免讓人心生疑惑.完全不同的兩種“效果”究竟是什么原因造成的呢？你可以認(rèn)為是壓力作用的結(jié)果，難道學(xué)生不能認(rèn)為“皮膚沒有沙地結(jié)實”嗎？承受壓力作用的對象完全不同，對比變得毫無意義.比如探究“八年級女生和男生物理學(xué)習(xí)能力，哪個更強(qiáng)？”我們選一組八年級男生解答一道大學(xué)物理題，另一組八年級女生解答一道八年級物理題.結(jié)果前者解錯了，后者解答完全正確.結(jié)論：男生的物理學(xué)習(xí)能力不如女生.這種結(jié)論難以讓人信服.

2邏輯關(guān)系不清，結(jié)論牽強(qiáng)

以下為教材所作分析：

以上述事例可以看到，蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大，但由于口器十分尖銳，因而能輕易刺穿皮膚；駱駝雖重，但腳掌面積很大，因而不會深陷沙中.這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關(guān)，還應(yīng)該跟受力面積有關(guān).讓我們嘗試通過實驗來檢驗上述想法.

在這段分析中，教材通過“刺穿”與“不會深陷”對比出壓力效果的不同.細(xì)細(xì)品讀，筆者認(rèn)為教材在特別強(qiáng)調(diào)“尖銳”與“腳掌面積很大”，突出強(qiáng)調(diào)“受力面積”對壓力作用的效果的影響.文中雖然也提及了“蚊子的口器對皮膚的壓力雖然不大”、“駱駝雖重”，壓力的大小對壓力作用的效果究竟存在何種的影響并無體現(xiàn).“這使我們想到：壓力對物體作用的效果不僅跟壓力的大小有關(guān)”，真的令人難以接受.

3蚊子叮人的過程并不簡單

蚊子口針刺入皮膚時最關(guān)鍵的兩個部件：上唇和下顎.上唇尖端部位很尖，曲率半徑約為100～200納米，而普通縫衣針的針尖曲率半徑約為100微米.如果簡單地將截面看成一個圓，上唇尖端約為普通縫衣針尖的百萬分之一.

蚊子的下顎尖端同樣鋒利，曲率半徑同樣約為幾百個納米.下顎的外側(cè)和內(nèi)側(cè)均長著一排微小而精致的鋸齒狀結(jié)構(gòu)（如圖2），這些鋸齒的齒尖曲率半徑約為50～150微米.吮吸人類血液的蚊子一般長著14個以下的鋸齒.微納鋸齒數(shù)目越多，刺入皮膚能力越強(qiáng).蚊子上唇與下顎的彈性模量與聚合物材料相當(dāng)，表面硬度則可媲美金屬材料，并且越接近尖端表面硬度越高.正是這個內(nèi)柔外剛的力學(xué)特質(zhì)使得蚊子口針不但能輕易刺入皮膚，還可以在皮下自由彎曲以尋找毛細(xì)血管.

用高速攝像機(jī)觀察發(fā)現(xiàn)，蚊子口針刺入皮膚的過程并不是簡單刺入.刺破前蚊子會將其口器繃直，快速地刺向皮膚.這是一個動態(tài)沖擊的過程：上唇尖端首先刺破皮膚表面，此后，隨著刺入深度的增加，伴有周期性的振動，從而驅(qū)動帶有微納鋸齒的下顎鋸開皮膚.在振動刺入初始階段，蚊子頭部振動頻率較高，約為10～15赫茲；在中間刺入階段，振動頻率逐漸降為6～8赫茲；振動末期階段振動頻率僅為3～5赫茲左右.

鑒于以上考慮，筆者建議教材選用其它更貼近學(xué)生生活、直觀形象、易讀易思易懂的實例幫助學(xué)生建立抽象的壓強(qiáng)概念.比如，在學(xué)生的生活體驗中，一根針扎在手上該是多么的疼，而一把針扎在手上？學(xué)生的神經(jīng)都要緊張的崩斷了，實際情況如何？學(xué)生簡直不敢相信自己的眼睛.實際實驗的結(jié)果與學(xué)生體驗的巨大反差一定可以激發(fā)學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生對“壓力的作用效果與受力面積有關(guān)”的結(jié)論刻骨銘心.作為一線教師，我們熱切期待教材真正的改變.