孫方軍

摘 要：構(gòu)建有效課堂是教育科研的永恒主題。初中科學(xué)“熔化和凝固”一課中的實(shí)驗(yàn)是較難成功的，改進(jìn)和優(yōu)化教材中的實(shí)驗(yàn)就顯得尤為重要，嘗試用“冰和石蠟”代替“海波和松香”進(jìn)行科學(xué)探究，讓學(xué)生參與整個(gè)探究活動(dòng)，體驗(yàn)探究過程的曲折和樂趣，更有效地使他們的智力向更高的層次發(fā)展。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；探究教學(xué)；有效性

科學(xué)課程以提高每一位學(xué)生的核心素養(yǎng)為總目標(biāo)，通過有效的課堂教學(xué)，將學(xué)生原有的記憶事實(shí)再現(xiàn)、轉(zhuǎn)移、直到深層理解，得出核心知識，同時(shí)了解學(xué)科知識結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)學(xué)生思維的發(fā)展。而科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的一門綜合課程，倡導(dǎo)以科學(xué)探究為主的多樣化的學(xué)習(xí)方式，我們?nèi)绾伟l(fā)揮實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，讓實(shí)驗(yàn)成為學(xué)習(xí)科學(xué)的鋪路石。平時(shí)多從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，通過各種途徑有效地創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，利用一些簡單的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)出更優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)。筆者對《熔化和凝固》中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探索、改進(jìn)，獲得與會專家和同行的一致好評，現(xiàn)將具體的做法與感悟闡述如下：

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的原因

實(shí)驗(yàn)有效教學(xué)的基本點(diǎn)要從“學(xué)情基礎(chǔ)”和“教材實(shí)驗(yàn)解讀”兩方面開始，這是做好本實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的前提。

1.學(xué)情基礎(chǔ)

本節(jié)課的上課對象是七年級學(xué)生，在之前的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生已經(jīng)接觸熱傳遞及物質(zhì)三種狀態(tài)的相關(guān)知識，具備一定的知識儲備。生活中與本節(jié)課內(nèi)容有關(guān)的事例很多，學(xué)生具備一定的生活體驗(yàn)，但對具體熔化過程中的溫度變化規(guī)律尚欠缺認(rèn)識，可能還存在物質(zhì)吸熱必定升溫的錯(cuò)誤概念，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在這節(jié)課中的作用就很重要。

2.教材實(shí)驗(yàn)解讀

浙教版教材通過海波、松香熔化的對比實(shí)驗(yàn)得出“熔化吸熱但溫度保持不變的是晶體，熔化吸熱但溫度持續(xù)上升的是非晶體”這一結(jié)論是非常困難的。理由如下：第一，若進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，則全班學(xué)生未直接參與觀測，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。第二，若組織學(xué)生實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)對初一學(xué)生來說，從下往上固定裝置，水浴加熱，溫度控制及不斷攪拌使其均勻受熱，同時(shí)讀數(shù)并記錄等操作要求高且繁瑣，大部分學(xué)生望而止步，無法很好地保證實(shí)驗(yàn)的成功率。第三，本實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行水浴加熱，采用酒精燈加熱耗能多耗時(shí)久。據(jù)測算，海波實(shí)驗(yàn)大概需要十五分鐘，松香熔化四十五分鐘也完成不了，所以根本無法完成對比教學(xué)。第四，平時(shí)無數(shù)次的課堂實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)海波熔化時(shí)溫度也在不斷上升，根本無法由數(shù)據(jù)分析對比得出晶體和非晶體這一結(jié)論。因此，平時(shí)教學(xué)中很多老師會通過視頻播放實(shí)驗(yàn)完成這一核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，抑或是老師只是簡單演示一下，可能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)，這樣就違反了科學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)事求是要求，反而起到了不科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范。

二、實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的舉措

如何整合這節(jié)課的課程資源，設(shè)計(jì)并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化教學(xué)，提升科學(xué)核心素養(yǎng)，創(chuàng)建高效課堂，筆者通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，嘗試創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決此實(shí)驗(yàn)存在的困難，發(fā)現(xiàn)效果不錯(cuò)。

1.激發(fā)求知欲望

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)通過“從生活走向物理”的理念。在科學(xué)教學(xué)中，要重視通過情境的有效創(chuàng)設(shè)激發(fā)學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生通過領(lǐng)略自然現(xiàn)象提取科學(xué)事實(shí)和問題，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索興趣，從感性知識的概括上升到科學(xué)概念，培養(yǎng)學(xué)生初步的收集信息和處理信息的能力。本課的引題是這樣開始的：

同學(xué)們，今天老師給大家?guī)砹艘欢?008年雪災(zāi)的視頻，請看大屏幕，待學(xué)生看完之后，提問：（1）冬天為什么會下雪？（2）視頻中的積雪成災(zāi)是因?yàn)楸]有及時(shí)融化，你有哪些辦法使冰雪快速有效地融化？接下來引導(dǎo)學(xué)生討論，學(xué)生憑借以往的知識經(jīng)驗(yàn)和生活經(jīng)驗(yàn)，答案很多，如：用火燒、往冰上撒鹽、往冰上撒煤渣……教師給予肯定并小結(jié)：同學(xué)們的方法很多，它們都能使固態(tài)冰變成液態(tài)水，我們將這一過程稱作熔化。

用生活中的最常見事例作為情境，激發(fā)學(xué)生的興趣和好奇心，由此引出本課課題，成功的拉近生活與科學(xué)的關(guān)系，調(diào)動(dòng)了學(xué)生參與科學(xué)探究的積極性，激發(fā)了學(xué)生的求知欲望。

2.引發(fā)認(rèn)知沖突

科學(xué)教學(xué)中，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突對于前概念的轉(zhuǎn)變具有關(guān)鍵意義，因?yàn)閷W(xué)生只有體驗(yàn)到認(rèn)知沖突，才能感受到已有認(rèn)知的不足，認(rèn)識到替換或調(diào)整已有認(rèn)知的必要性。在教學(xué)中筆者利用學(xué)生課堂生成的資源以及及時(shí)質(zhì)疑引發(fā)認(rèn)知沖突。

先拋出問題：用火燒使冰融化和撒鹽會使冰雪熔化的原理一樣嗎？學(xué)生一般能回答出加熱使冰雪溫度升高了融化，而撒鹽是如何實(shí)現(xiàn)加快融化，部分學(xué)生會以為鹽溶解放熱使冰溫度升高，另一些學(xué)生對此會提出質(zhì)疑。但無法圓滿解決問題，在此基礎(chǔ)上追問：要解決問題，我們就需要了解冰熔化時(shí)溫度變化規(guī)律——熔化過程中溫度會怎么變化？其他物質(zhì)熔化時(shí)溫度變化規(guī)律是否跟冰一樣？

這一環(huán)節(jié)的教學(xué)激發(fā)了學(xué)生的探究欲望，為本節(jié)課的探究實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)猜測并參與到實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中來。

3.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

蘇霍姆林斯基說：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個(gè)探索者、發(fā)現(xiàn)者、研究者?！比绻o學(xué)生提供創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的平臺，可能會給我們帶來意想不到的驚喜。我們要發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢，讓實(shí)驗(yàn)成為學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的鋪路石。培養(yǎng)學(xué)生像科學(xué)家那樣來解決自然領(lǐng)域或科學(xué)問題的思維方式，學(xué)會科學(xué)思考，掌握科學(xué)方法來揭示自然的奧秘，因此大力提倡科學(xué)探究，并把它恰當(dāng)?shù)匾氲浇逃绕涫强茖W(xué)教育中來。那就需要我們根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，以期達(dá)到預(yù)期的效果。

當(dāng)時(shí)筆者在課堂中是這樣引導(dǎo)學(xué)生的：

師：如何測定冰熔化時(shí)的溫度？

生1：將冰放在勺子上，先測冰的溫度，再測融化時(shí)的溫度。

師：就測這兩點(diǎn)溫度可以嗎？冰熔化成水是不是一下子完成的？還是……

生2：過程也要測一些

生3：最好每隔時(shí)間段測出溫度。

師：邊在黑板上繪圖邊分析，用酒精燈加熱，試管底部的冰先受熱，上面的冰慢慢吸熱，上下溫度肯定不同，那么溫度計(jì)測得溫度能代表整個(gè)試管中所有冰在熔化時(shí)的溫度嗎？

生：不能

師：怎么辦？

生：使它均勻受熱

師：要使冰均勻受熱，具體還有哪些辦法？

生1：攪拌

生2：振蕩

生3：水浴加熱

師：展示兩套水浴加熱裝置，你們會選擇哪一套呢？

師：要使冰均勻受熱，你會選擇冰塊還是小冰粒？

生：小冰粒。

師：其他同學(xué)有不同意見嗎？沒意見，那你們?yōu)槭裁催x小冰粒？

生1：你的裝置告訴我，小試管裝不下冰塊。

師：你真機(jī)智，其他同學(xué)也是這么想的嗎？

生2：冰塊太大，外部冰開始吸熱熔化，里面開始吸不到熱，不能做到同時(shí)吸熱。

幻燈片提示學(xué)生分工合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：

1.攪拌員：實(shí)驗(yàn)中能否均勻受熱就看你了。

2.觀察員：細(xì)微觀察，固、液轉(zhuǎn)化一定要看仔細(xì)。

3.報(bào)時(shí)員：每隔0.5分鐘報(bào)時(shí)。

4.記錄員：平視讀取溫度計(jì)的讀數(shù)，測出冰或石蠟的溫度并記錄在表中。

5.督察員：匯總結(jié)果、匯報(bào)結(jié)果。

在這一環(huán)節(jié)里筆者引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所需物質(zhì)和器材，及實(shí)驗(yàn)所需注意事項(xiàng)，引導(dǎo)學(xué)生得出此實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵在于物質(zhì)一定要均勻受熱，為確保均勻受熱，物質(zhì)盡量小顆粒，實(shí)驗(yàn)過程中能做到攪拌、振蕩并采用水浴加熱，平視讀取溫度計(jì)的讀數(shù)等，引導(dǎo)學(xué)會思考、學(xué)會選擇。同時(shí)筆者考慮課堂受時(shí)間限制沒有讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要測量的量和記錄的表格，而是直接提供了表格。

因?yàn)樵滩闹袑?shí)驗(yàn)存在著能耗高，耗時(shí)久，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯，不易攪拌，很難成功等因素，因此我們改進(jìn)裝置和方法，具體歸納如下：

（1）改材料

用冰和石蠟代替海波和松香，取材貼近生活，并且低成本、低能耗、安全。平常海鮮保鮮就用冰，而且小冰粒一般市場上有賣，城市學(xué)校隨時(shí)都可以買到，一元錢就能解決全班實(shí)驗(yàn)，在偏遠(yuǎn)鄉(xiāng)下學(xué)校也可以自己制冰，再利用碎冰機(jī)碎冰，也可以在冰柜里刮取冰霜，這個(gè)效果會更好。在冰的用量上：考慮到在有限的時(shí)間里，完整地完成整個(gè)探究過程，試管中冰不能太多，但也不能太少，因?yàn)楸刍篌w積會減少及冰粒之間有空隙等因素會導(dǎo)致溫度計(jì)玻璃泡不能完全浸沒，無法準(zhǔn)確讀數(shù)。冰的處理：上課前利用撒鹽能降低冰的熔點(diǎn)，將小試管埋在撒鹽的大桶冰水中，為學(xué)生提供零下7攝氏度作為原研究對象，確保有冰熔化前、熔化時(shí)、熔化后的數(shù)據(jù)，也為以后合金熔點(diǎn)特點(diǎn)等后續(xù)學(xué)習(xí)埋下伏筆。另外石蠟熔化比松香熔化耗時(shí)少，取材也方便，也能再有限時(shí)間完成實(shí)驗(yàn)，而且可以直接采用70℃～80℃的熱水進(jìn)行水浴加熱。

（2）改方法

經(jīng)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2），小試管可以隨時(shí)取出，振蕩，并放回杯中進(jìn)行水浴加熱——因?yàn)榱銛z氏度的小冰粒降溫成為零下七攝氏度時(shí)，部分小冰粒又凝固在一起成為小冰塊，開始時(shí)無法攪拌，而采用此裝置能確保物質(zhì)熔化時(shí)，可以采用多種方式進(jìn)行均勻受熱，并且此裝置操作簡單安全，方便又快捷，讓分組實(shí)驗(yàn)成為可能。另外冰熔化時(shí)水浴加熱采用的溫度差最好能控制在15℃左右，而原教材中用酒精燈加熱就很難控制好溫度差。

另外筆者曾經(jīng)采用手捂熱法控制溫度差，對試管、燒杯中的冰進(jìn)行加熱，發(fā)現(xiàn)效果也都不理想，可能是溫度差太大吧。石蠟熔化的水浴加熱可以直接采用70℃～80℃的熱水進(jìn)行水浴加熱。

經(jīng)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，使在一節(jié)課中不能完成的實(shí)驗(yàn)變得可以完成。只能做演示實(shí)驗(yàn)變成學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的參與度，增加學(xué)生學(xué)習(xí)的愉悅感。在課堂展示中得到了與會專家和同行的一致好評。

4.對比得出結(jié)論

科學(xué)探究是一種系統(tǒng)的調(diào)查研究活動(dòng)，其目的在于發(fā)現(xiàn)并描述物體和事物之間的關(guān)系。探究活動(dòng)包括觀察、提問、實(shí)驗(yàn)、比較、推理、概括、表達(dá)、運(yùn)用等。將觀察的結(jié)果呈現(xiàn)出來，方式包括數(shù)字、圖表等。通過交流，觀察結(jié)果才得以公開、溝通、檢驗(yàn)，并有利于研究者本人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象之間的關(guān)系，對觀察到的現(xiàn)象作解釋、思考和邏輯分析。數(shù)據(jù)本身并沒有什么意義，重要的是從數(shù)據(jù)中所得到的啟示。

筆者在各小組測得的數(shù)據(jù)中選擇有代表性的用希沃授課助手上傳并進(jìn)行展示。

師：每隔0.5分鐘測得的溫度不能代表每一時(shí)刻熔化時(shí)的溫度，我們該怎么辦？我們可以將數(shù)據(jù)作圖像處理的方法，及先將數(shù)據(jù)描在坐標(biāo)上，然后將各點(diǎn)連成一條曲線，在這條曲線上我們就可以了解到每時(shí)每刻的溫度及溫度的變化特點(diǎn)。

并選取了一組數(shù)據(jù)在黑板上板演了將數(shù)據(jù)繪制成圖3的過程，

然后并讓學(xué)生將測得的數(shù)據(jù)繪制成曲線圖，其中在三組石蠟熔化中選取了一組讓學(xué)生在黑板上繪圖展示

其余的小組我利用手機(jī)拍照，選取了有代表性曲線圖借助希沃授課助手上傳

讓學(xué)生比較自己組及圖5、6、7圖像的異同點(diǎn)，討論分析各小組數(shù)據(jù)差異背后的各種可能，最后介紹老師對數(shù)據(jù)到圖像的一般處理辦法，并在學(xué)生原圖演示并上修改圖像。

最后對比圖8、4和教材第145頁圖像，得出晶體和非晶體的本質(zhì)區(qū)別。

在這一環(huán)節(jié)，各小組學(xué)生通過交流、反思，使有些小組學(xué)生體會到自己在前面實(shí)驗(yàn)中沒有很好攪拌、振蕩、讀數(shù)等導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)最終的失敗，加深了對均勻受熱的重要性認(rèn)識，并認(rèn)識到成功的不易。而有些小組分工合作到位，組員齊心，實(shí)驗(yàn)過程觀察仔細(xì)、認(rèn)真、測量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)真實(shí)有效，體會了成功的喜悅。同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)不是玩樂，也不是一次就能成功。另外深刻體驗(yàn)圖象法是一種非常簡潔、有效的表示科學(xué)過程的方法，為今后使用圖像法學(xué)習(xí)科學(xué)打好基礎(chǔ)。

5.引導(dǎo)應(yīng)用遷移

在課的最后展示晶體凝固和非晶體凝固過程的曲線圖，啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用逆向思維方式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生根據(jù)物質(zhì)熔化規(guī)律推理出物質(zhì)凝固規(guī)律：無論晶體還是非晶體在凝固時(shí)都要放熱，晶體凝固時(shí)放出熱量但溫度不變，非晶體凝固時(shí)放出熱量且溫度降低。

并緊扣冰雪熔化這條主線，回到引課中問題——用火燒使冰熔化和撒鹽會使冰雪熔化的不一樣的原理，給學(xué)生展示了鹽冰水混合物的溫度，讓學(xué)生明白了撒鹽是降低冰的熔點(diǎn)，在低溫環(huán)境中也能加快熔化。同時(shí)介紹目前世界上有些國家在主要公路上鋪設(shè)加熱管促使冰雪熔化，我國也正在積極研究各種能促使冰雪熔化的辦法，為能及時(shí)解決清除冰雪、減少冰災(zāi)服務(wù)。并緊密聯(lián)系前沿科技，介紹保溫墻原理，現(xiàn)在人們研制出一種聚乙烯材料，在

15℃～40℃的范圍內(nèi)熔化或凝固，而熔化或凝固時(shí)，溫度保持不變。把這種材料制成顆粒狀，摻在水泥中制成儲熱地板或墻壁，天氣熱時(shí)顆粒熔化，天氣冷時(shí)又凝固成顆粒，能調(diào)節(jié)室內(nèi)的溫度。讓學(xué)生關(guān)心科學(xué)技術(shù)的新進(jìn)展和新思想，了解自然界事物的相互聯(lián)系，樹立科學(xué)的世界觀。

科學(xué)思維是科學(xué)探究的核心和靈魂，科學(xué)思維具有廣闊性、深刻性、獨(dú)立性和敏捷性，這些特點(diǎn)能揭示客觀世界中紛繁復(fù)雜現(xiàn)象的本質(zhì)，發(fā)現(xiàn)它們之間的相互關(guān)系，掌握自然發(fā)展的規(guī)律。

三、對實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思考

顯然，經(jīng)過改進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生多一次親歷探索與思考，從實(shí)驗(yàn)中活動(dòng)中獲得科學(xué)本質(zhì)的感悟的機(jī)會，這是做題不能獲得的。筆者相信只要一線教師多研究、多思考、多實(shí)驗(yàn)定能將一些有困難的實(shí)驗(yàn)一一改進(jìn)，讓隨堂實(shí)驗(yàn)成為可能，為探究式教學(xué)創(chuàng)造條件，從而使學(xué)生愛上科學(xué)，感悟科學(xué)本質(zhì)，真正實(shí)現(xiàn)有效課堂！

參考文獻(xiàn)：

[1]馬朱林.合理引導(dǎo)激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的潛能[J].物理教師，2015（5）.

[2]薛義榮.物理概念教學(xué)的有效策略[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（7）.

[3]施堅(jiān).創(chuàng)設(shè)有效問題情境，構(gòu)建高效智慧課堂[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2014（7）.