鄭琦 王健

摘 要：在上海教育出版社八年級第二學期第五章第一節(jié)“溫度 溫標”的課堂授課中，將溫度的測量原理類比力的測量原理，用類比法學習抽象物理量測量中的轉(zhuǎn)換法，降低學習難度；將溫標的規(guī)定類比其他物理量“基準”的規(guī)定，通過類比歸納幫助學生深入學習測量的含義。

關鍵詞：類比法；攝氏溫標；測量

依據(jù)中學生概念掌握規(guī)律，使學生形成一個新的物理概念，首先要使學生獲得必要的感性認識，關鍵要讓感性認識上升到理性層面，最后再明確概念的物理意義。以上海教育出版社八年級物理中《溫度 溫標》這節(jié)課為例，對于“溫度”這一物理概念，學生不缺乏感性的認識，由冷暖感覺的“經(jīng)驗性觀念”上升到溫度溫標的“科學概念”是學生的思維難點；本文利用類比法創(chuàng)新教學過程，幫助學生完成思維過渡。

一、 攝氏溫標

本課首先定義溫度的概念，然后確定測量溫度的方法。測量是進行可靠的定量比較。因此，測量溫度，首先要確定一致公認的溫標，即溫度的“標尺”或“基準”，用來測量溫度所規(guī)定的一定的、標準劃分的單位。就像測量物體的長度要規(guī)定長度標尺（如一米）一樣，溫標也是一種人為的規(guī)定，但是與長度標尺相比，規(guī)定溫標要復雜得多。

對于任何構造的溫度計，首先要選擇一種測溫物質(zhì)，在測溫過程中使一定量的這種測量物質(zhì)與待測體系達成熱平衡。第二要選擇一種測溫性質(zhì)，在達到熱平衡后測量這種性質(zhì)以標示待測體系的溫度（也是測溫物質(zhì)的溫度）。以常用的水銀溫度計為例，一定量的水銀為測溫物質(zhì)，水銀的體積V（在毛細管中，表現(xiàn)為水銀柱的長度）為測溫性質(zhì)。把水銀每個不同的體積Vi規(guī)定為不同的溫度值θ，規(guī)定方式是任意的，最簡單的方法是規(guī)定V與溫度θ之間有簡單的線性關系。這種溫標取決于特定物質(zhì)的特定性質(zhì)，如水銀的熱膨脹性質(zhì)。如果用酒精代替水銀，由于不同物質(zhì)在熱膨脹性質(zhì)上的差異，它們標示的溫度也顯著不同，為了客觀描述溫度，還需要對不同溫度計（如酒精溫度計和水銀溫度計）進行校正。而最簡單的校正方法，以標準大氣壓下冰水混合物的溫度和沸水的溫度作為“標尺”，再依據(jù)線性關系規(guī)定不同溫度值。

在初中物理教學中，一方面，需要學生參與到科學抽象的過程，由感性上升到理性認識，另一方面，由于初中生的知識基礎和能力水平有限，需要對這一過程進行簡化，并利用類比法改進學習過程，降低學習難度。

二、 類比法在課堂教學中的運用

（一） 類比法

類比是指兩個物理量及描述兩個物理量的模型具有相似性的條件下，可在聯(lián)想的基礎上，對異常、未知的事物（研究對象）與尋常、熟悉的事物（類比對象）進行對比，分析兩個對象之間的類似性或相似性關系，根據(jù)已知對象的某種性質(zhì)推斷出未知對象相應性質(zhì)的一種方法。

（二） 攝氏溫標建立過程

攝氏溫標的建立過程分為三步。

第一步，引入“溫度”概念。采用教材中的環(huán)節(jié)，學生將手放入冷水和熱水中，再將兩只手放入同一盆溫水中，判斷兩杯水的冷熱。這一環(huán)節(jié)的設計目的是通過認知沖突，使學生體會到，人體對冷熱的感覺是不準確的，因此需要引入溫度這一物理量來客觀地描述物體的冷熱程度。

第二步，發(fā)現(xiàn)測量原理。這一步解決的問題是如何測量溫度。不同于“長度測量”，溫度是看不見摸不著的，需要轉(zhuǎn)化為某個物體的物理量——液體體積（液柱長度）的變化來體現(xiàn)溫度的高低。傳統(tǒng)教學中，只是通過實驗體現(xiàn)了液體的熱脹冷縮，并直接將這一原理運用到測量中，學生幾乎不可能抽象出轉(zhuǎn)化的物理思想。通過類比學生過去學過的物理量的測量，就可以達到降低學習難度、掌握科學方法的目的。初中階段學習到的物理量中，可以將溫度測量與力的測量相類比，類比方式見表1。具體的類比過程中，要通過力的大小的測量引導學生想到：如果要測量的物理量是抽象的，那么需要用其他物體可見的物理量的變化來反映要測物理量的大小。

教學片斷：

師：我們已經(jīng)知道溫度是指物體的冷熱程度，可冷熱程度看不見摸不著，只是一種感覺，這種感覺如何測量呢？

之前我們還學過一個物理量，同樣也是看不見摸不著的，就是力。力的定義是？

生：力是物體間的相互作用。

師：力是如何測量的？

生：用彈簧測力計。

師：彈簧測力計是怎么體現(xiàn)力的大小的？

生：彈簧被拉伸得越長，力就越大。

師：這是運用了什么原理？

生：（思考后回答）力可以改變物體的形狀。

師：溫度的高低，能不能也使物體發(fā)生一些看得見的變化，方便我們判斷呢？每個小組有一杯熱水、一杯冷水、吸管和密封的口服液小瓶，請同學們帶著問題動手實驗探究。

（學生實驗）

生：將吸管插到口服液中，溫度高可以使瓶子中的液體膨脹，吸管中液面變高，溫度低使瓶子中液體收縮，吸管中液面變低?？次苤幸好娓叩蛠砼袛鄿囟雀叨取?/p>

在師生問答過程中，整理板書如表1。

第三步，經(jīng)歷定標過程。學生要完成由定性到定量的深化，關鍵是回歸到測量的本質(zhì)：進行可靠的定量比較，即解決兩個問題問題是：和誰比？怎么比？傳統(tǒng)教學中直接告知學生溫度的測量基準是標準大氣壓下冰水混合物和沸水的溫度，學生很難明白基準的含義、為什么選擇這兩個溫度作為基準。通過類比歸納已知物理量的測量基準，找出共同點，學生可以很輕松地明白：測量基準必須保證對應的物理量恒定不變；進而可以順利地理解選擇這兩個溫度的意義。具體類比過程見表2。

教學片斷：

師：請回憶一下上學期學習的內(nèi)容，回答：測量的目的是什么？

生：進行可靠的定量比較。

師：和誰進行比較呢？閱讀材料，復習回憶測量長度、質(zhì)量、時間時，是和誰比較的？

（學生閱讀提前準備好的材料，并回答問題）

師：為什么和這些量進行比較？這些量有什么特點？

生：（結合材料）這些量都很穩(wěn)定，而且不會因為外界的變化而發(fā)生改變。

師：所以測量溫度時，我們也要選擇穩(wěn)定的、不變的溫度來比較。這里老師介紹兩個溫度……

到這里解決了和誰比的問題，接下來就要解決怎么比的問題了。

用玻璃瓶代替玻璃泡，軟管代替毛細管，內(nèi)置食用油，制作教具如圖1所示?，F(xiàn)將玻璃瓶放入冰水混合物中，待示數(shù)穩(wěn)定后再放入沸水中，觀察液柱的上升，引導學生完成定標。

教學片斷：

師：將玻璃瓶放到冰水混合物中，等待油柱穩(wěn)定，標出位置，這里就規(guī)定為0℃。再將玻璃瓶放到沸水中，等待油柱穩(wěn)定……（學生觀察油柱因受熱膨脹而上升）標出位置，這里就規(guī)定為100℃。請思考，怎么定義1℃？

生：把0℃標示的位置和100℃標示的位置平分100份，每一份就是1℃。

師：請同學們利用刻度尺標出50℃、75℃和-10℃的位置。

……

（三） 教學反思

概念教學的根本，是要學生明確概念的物理意義，因此要在每個活動開始明確為什么引入這個活動。

“由感性上升到理性”是物理概念形成的關鍵步驟，既不能為了簡化知識而放棄思維訓練，也不能讓思維過程超過初中生的認知水平，通過類比遷移法，可以用學生已經(jīng)掌握的、相對簡單的知識的思維方法去充分參與理解新的、更加抽象的知識，進行透徹的定性分析，自然地得出定量的歸納。

三、 結束語

本節(jié)課在八年級物理第二學期的教材中位于第五章第一節(jié)的位置，起著承上啟下的重要作用。本冊書涉及第四章《機械與功》和第五章《熱與能》，前者是宏觀知識體系，對學生抽象水平要求較低，而后者是微觀知識體系，對學生的抽象水平有較高的要求。本節(jié)課巧用類比培養(yǎng)學生將感性的東西和理性的東西由“分離”到“融合”的思維方法，有效降低了學習難度，幫助學生更好地完成兩章內(nèi)容的過渡，為后續(xù)學習奠定基礎，達到新課標的學習水平要求。

參考文獻：

[1]喬際平.物理學習心理學[M].北京：高等教育出版社，1991.

作者簡介：

鄭琦，王健，上海市，東華大學附屬實驗學校。