吳志華

摘 要：初中物理“熱機”教學中，有幾處貌似容易其實困難的地方，如教材陳述雖然簡單，但隱含著豐富的物理內(nèi)涵；“試管熱機”實驗演示看起來容易，卻存在很多改進之處；教學方法看似單一，其實需要培養(yǎng)學生很多能力和良好的習慣。這就需要教師把握課標，根據(jù)學生的實際與特點，采用靈活恰當?shù)慕虒W策略。

關鍵詞：初中物理；“熱機”教學；教學策略

人教版九年級物理全一冊中的“熱機”，在教學實踐中存在幾處看起來容易，其實困難的地方，需要教師把握課程目標，根據(jù)學生實際及物理學科的特點加以突破。

一、教材看似一篇閱讀課文，其實包含著豐富的物理內(nèi)涵

教材以“汽車是如何獲得機械能的呢？”的提問開篇，接著演示“試管熱機”實驗，然后以記敘文的方式，敘述了“熱機”概念、汽油機工作原理、柴油機和汽油機工作過程的不同及“科學世界”中的“現(xiàn)代汽車”。整個內(nèi)容看起來像一篇語文閱讀課文，但只要細心品味就會發(fā)現(xiàn)“課文”中隱含著豐富的物理內(nèi)涵。

第一，涉及的物理概念多。本節(jié)內(nèi)容講述了“熱機”、內(nèi)燃機、沖程、工作循環(huán)等物理新概念，也牽涉到了內(nèi)能、機械能、燃料、做功、壓強等已學的物理概念。這些概念相互聯(lián)系、相互衍生。如通過內(nèi)能與機械能的轉(zhuǎn)化說明“熱機”；通過燃料燃燒的位置說明內(nèi)燃機是“熱機”；等等。第二，涉及的物理知識延伸廣。在講述“汽油機吸氣沖程中為什么能將汽油和空氣的混合物吸進汽缸”和“排氣沖程中是怎樣將廢氣排出”時，教師要引導學生把知識延伸到汽缸內(nèi)氣體體積的變化，從而引起的氣壓變化，以及與大氣壓的關系。在分析吸氣、壓縮、排氣三個沖程中的活塞運動及能量情況時，就要拓展延伸到飛輪的作用及慣性知識。在分析四個沖程中的活塞運動、曲軸轉(zhuǎn)動時，就要拓展延伸到每完成一個工作循環(huán)，活塞往復兩次，曲輪轉(zhuǎn)動兩周，燃氣做功一次等。第三，涉及的物理理念實。首先，滲透了“物理知識來源于生活，服務于社會”的理念。本節(jié)內(nèi)容與生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密。熱機是一種廣泛使用的動力設備，如摩托車、汽車、飛機、輪船、火車、收割機、推土機等都使用了“熱機”。從燃料的燃燒中獲得內(nèi)能是人類使用能量的主要來源，特別是“熱機”工作的原理所涉及的工業(yè)設計技術(shù)，其設計的巧妙之處都是為了實現(xiàn)更高效地利用內(nèi)能做功這一目的。其次，體現(xiàn)了“從實際出發(fā)，面向?qū)W生”的觀念。本節(jié)內(nèi)容側(cè)重于如何實現(xiàn)內(nèi)能的利用，教材通過章首圖的蒸汽機車和節(jié)首圖火箭汽車（噴汽發(fā)動機汽車），突出所討論問題的偏重技術(shù)的背景。作為“熱機”最常見的應用之一的汽車，學生并不陌生。然而速度極快的火箭汽車，反映了人類對于速度的不斷追求，這很容易引發(fā)學生的興趣。因此，教材首先給出了火箭汽車的圖片，從汽車怎樣獲得機械能引入新課，結(jié)合上一章內(nèi)能的學習，引導學生。為了便于學生理解，教材結(jié)合汽油機結(jié)構(gòu)示意圖，簡單介紹了汽油機構(gòu)造，只突出了那些為講清工作過程所必須知道的部件。針對學生對熱機能夠連續(xù)工作的疑惑，教材既關注了“熱機”工作中能量轉(zhuǎn)化等物理問題，又注意了工程技術(shù)的一些目的是如何實現(xiàn)的，如連桿與曲軸的作用?；诮滩囊演^為詳細地介紹了汽油機的基本工作過程，柴油機的構(gòu)造、工作原理與汽油機相似，教材增加了柴油機內(nèi)容，并且介紹得很簡單，這樣有利于學生進行知識的遷移。最后，滲透了科學與技術(shù)相互發(fā)展與促進的STS思想。通過學習汽油機四個沖程的過程，幫助學生認識科學研究和實際技術(shù)的開發(fā)過程是不同的；通過汽油機與柴油機優(yōu)缺點的對比，滲透了事物是一分為二的辯證思想；通過節(jié)后“科學世界”中的“現(xiàn)代汽車”，幫助學生更加全面理解科學如何應用于技術(shù)和技術(shù)如何促進科學發(fā)展的STS思想。還有，通過“熱機”的發(fā)展與分類，培養(yǎng)學生了解物理學史、熱愛科學的意識；通過柴油機優(yōu)點的呈現(xiàn)，以及現(xiàn)代汽車技術(shù)的提高，培養(yǎng)學生節(jié)能減排、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的意識。

為了突破以上難處，教師可以采取以下行動策略：第一，從學生已有的生活經(jīng)驗和知識背景出發(fā)，挖掘物理因素。在課前學生已經(jīng)有煮飯時水蒸氣能把鍋蓋頂起以及對汽車的了解等生活經(jīng)驗，已經(jīng)有前章學習的有關內(nèi)能知識及瓦特改良蒸汽機的故事等知識背景。因此，教師只要恰當?shù)匾龑Ш蛦l(fā)，使學生自覺地貼近生活找物理，并意識到物理源于生活；使學生能給物理找“原型”，把常識提煉為物理，促進學生對知識的理解；使學生能依托知識背景，促進知識的遷移發(fā)展。第二，講清知識在現(xiàn)實生活和社會中的應用。如本節(jié)中提到的汽車、輪船、飛機、摩托車等都是學生耳熟能詳?shù)摹盁釞C”應用的實例，教師要使學生感受到物理與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，增強其物理應用意識，培養(yǎng)學生用物理眼光看問題、用物理頭腦想問題、用物理知識解決實際問題的意識。第三，為學生提供自學問題單，教給學生學習策略。如本節(jié)教學可以通過諸如“熱機”的實質(zhì)是什么、每個過程中能量情況怎樣等設問方式，擬定自學提綱，讓學生自主學習；可以通過柴油機與汽油機在構(gòu)造和工作原理上的對比，找相同點和不同點，滲透對比學習策略。

二、“演示”看似一個簡單的熱學實驗，其實操作起來并不容易

教材通過“試管熱機”中水蒸氣沖開瓶塞，演示了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的過程，使學生直觀地觀察到能量的轉(zhuǎn)化，幫助學生加深對“熱機”概念的理解。本實驗看起來很簡單，其一，需要的實驗器材少，只有鐵架臺、試管、膠塞、酒精燈、水；其二，裝置設計簡單，便于操作；第三，實驗現(xiàn)象明顯，膠塞被沖開，同時有霧產(chǎn)生。但是，真正操作起來有難度。若器材選擇和裝配不合適，就可能實驗不成功。水多了，把水燒開需要較長時間，水少了會很快蒸發(fā)和沸騰，不能充分顯示蒸汽的動力。試管的大小、傾斜度和塞子的塞緊程度都對實驗有影響：若試管太大，瓶口太上，塞得太松，由于膠塞的重力原因，蒸汽沖不開塞子，或塞子只在瓶口振動，且產(chǎn)生的霧很少，學生看不見；若試管太小，瓶口太低，塞得太緊，可能因為試管內(nèi)壓強太大、水倒流而導致試管爆裂，出現(xiàn)安全事故。若要在短時間內(nèi)使該實驗做成功，就要選擇優(yōu)化的實驗方案。最好選擇中號試管，內(nèi)裝三分之一試管的熱水，不用橡皮塞而用膠木塞且塞得不松不緊，不泄氣即可。試管傾斜角約為30°，酒精燈的火勢不能太猛。本實驗真正分析起來也不容易。從能量轉(zhuǎn)化的角度來看，涉及燃料的化學能轉(zhuǎn)化為水、水蒸氣的內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為塞子的機械能；從物體內(nèi)能改變的角度來看，涉及熱傳遞和做功；從物態(tài)變化的角度來看，涉及汽化與液化。這些雜糅在一起，學生難于厘清，這就需要教師采用復習與提問、討論的方法加以突破。

三、教學方法看似單一，其實需要培養(yǎng)學生的能力和習慣較多

本節(jié)內(nèi)容的教學只要采用觀察和對比兩種教學方法即可。所謂觀察，那就是引導學生觀察教師做的“試管熱機”演示實驗，觀察汽油機、柴油機模型；所謂對比，那就是引導學生將汽油機和柴油機的主要結(jié)構(gòu)和四個沖程加以比較。但僅做到以上兩點還遠遠不夠。其實，通過本節(jié)的教學需要培養(yǎng)學生的能力和習慣還很多，如通過演示實驗和模型、課件的展示可以培養(yǎng)學生觀察和分析問題的能力以及良好的觀察習慣；通過提出諸如什么叫“熱機”、吸氣沖程中為什么能將汽油和空氣的混合物吸進汽缸等問題，可以培養(yǎng)學生思考與解決問題的能力；在學習汽油機后，讓學生對照模型和動畫圖片閱讀課文，自主學習柴油機的工作原理，嘗試用自己的語言描述柴油機的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，引導學生將汽油機和柴油機的主要結(jié)構(gòu)和四個沖程加以比較，這樣可以培養(yǎng)學生的自學能力，還可以培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和比較能力；通過引導學生閱讀“科學世界——現(xiàn)代汽車”，可以擴展學生的知識面，激發(fā)學生的學習興趣；通過課堂小結(jié)，讓學生談本課的收獲及不明白的問題，可以培養(yǎng)學生自我評價與歸納的能力以及有拓展延伸的意識與習慣。

物理教師要有敏銳的眼光，很好地把握課程目標，深挖教材隱含的物理內(nèi)涵，找到教與學中的困難，根據(jù)學生實際，尋求可行的突破策略，力求課堂教學高效。

（作者單位：湖南省常德市鼎城區(qū)石公橋鎮(zhèn)中學）