陳強燕

(江蘇省石莊高級中學(xué),江蘇 南通 226531)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，活動教學(xué)的本質(zhì)就是讓學(xué)生積極主動參與課堂活動,進行科學(xué)探究,并對觀察到的現(xiàn)象進行歸納、整理和分析,有效地提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和發(fā)散性思維能力,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,讓學(xué)生成為活動的主體,不斷提升其核心素養(yǎng)。

1 設(shè)計思想

“內(nèi)能”一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容包括內(nèi)能的概念、影響內(nèi)能大小的因素、改變物體內(nèi)能的方式及其實質(zhì)三部分。

1.1 設(shè)計思路

教師利用演示實驗“無污染空氣響炮”引入新課，創(chuàng)設(shè)情境,類比得出分子動能和分子勢能,引出物體的內(nèi)能。通過觀察、閱讀,分析歸納得出影響內(nèi)能大小的因素。通過任務(wù)導(dǎo)引，總結(jié)出改變物體內(nèi)能的兩種方式。通過實例分析,演示實驗“自制熱功轉(zhuǎn)換儀”,歸納出改變內(nèi)能的實質(zhì)。通過解釋“無污染空氣響炮”的奧秘、觀看“神舟十號升空視頻”的小活動,反饋鞏固教學(xué),呼應(yīng)開頭,提升學(xué)生的環(huán)保意識和民族自豪感。

1.2 教學(xué)重點

本節(jié)的教學(xué)重點為：改變內(nèi)能的兩種方式及其實質(zhì)。步驟一是自主活動,感性體驗：如何增加鐵絲的內(nèi)能？知道改變內(nèi)能有不同途徑;步驟二是分類比較，獲知改變物體內(nèi)能的不同途徑、方法,知道改變內(nèi)能的兩種方式;步驟三是應(yīng)用分析、完善認識。通過對鐵絲放入熱水、壓縮空氣、空氣對風(fēng)車做功等的實例分析,理解改變內(nèi)能的兩種方式——熱傳遞和做功是等效的。

1.3 教學(xué)難點

本節(jié)的教學(xué)難點為：物體對外界做功時溫度、內(nèi)能的變化。通過演示“自制熱功轉(zhuǎn)換儀”,使做功改變內(nèi)能時的溫度變化直觀可視,直觀感受到外界對物體做功,溫度升高,內(nèi)能增大;物體對外界做功，溫度降低，內(nèi)能減少。

本節(jié)課重視核心素養(yǎng)的培養(yǎng),努力通過生活現(xiàn)象、演示實驗和學(xué)生實驗等活動,運用類比、實驗探究、歸納總結(jié)、建模等物理方法,帶領(lǐng)學(xué)生逐步認識影響內(nèi)能大小的因素、改變物體內(nèi)能的方式及其實質(zhì),鼓勵學(xué)生用物理知識解釋生活中的現(xiàn)象。教學(xué)中要求學(xué)生主動參與,在觀察現(xiàn)象、動手實驗探究、合作交流等過程中，體會透過現(xiàn)象看本質(zhì)的思維方法,享受學(xué)習(xí)的樂趣,認識交流與合作的重要性,激發(fā)學(xué)生為祖國科學(xué)進步而奮斗的熱情。

2 教材分析

“內(nèi)能”是滬教版物理第五章第三節(jié)的內(nèi)容，教學(xué)內(nèi)容包括內(nèi)能、改變物體內(nèi)能的方式等。本節(jié)是本章內(nèi)容承上啟下的關(guān)鍵,通過內(nèi)能的學(xué)習(xí)，既鞏固分子動理論,又為熱機等知識的學(xué)習(xí)做鋪墊。

3 學(xué)情分析

本節(jié)課的學(xué)習(xí)需要機械功與能、能量以及分子動理論等知識準備,學(xué)生已熟知這些內(nèi)容。內(nèi)能概念較抽象,學(xué)生缺乏感性認識，同時也缺少物體對外做功溫度降低的直觀感受。

八年級學(xué)生的思維正處于從形象思維向抽象思維的過渡階段，雖接觸過類比方法,但是學(xué)生的實驗觀察、分析能力還有待提高。應(yīng)注意利用學(xué)生好奇、好動、好強的心理特點,以感性認識為依托,激發(fā)學(xué)生思維,通過理性分析和判斷,獲取新知,培養(yǎng)他們的抽象思維能力。

4 教學(xué)目標

(1) 物理觀念：從生活化的系列活動情境的探究中建立內(nèi)能的概念，知道影響內(nèi)能的因素，知道改變物體內(nèi)能的兩種方式，知道內(nèi)能改變的實質(zhì)，會運用內(nèi)能知識解決生活中的實際問題。

(2) 科學(xué)思維：通過改變鐵絲的溫度的活動,知道做功和熱傳遞都可以改變物體的內(nèi)能,感受比較、歸類的科學(xué)方法。

(3) 實驗探究：通過實驗的演示、觀察和分析,自主建構(gòu)分子勢能的概念、做功改變內(nèi)能的實質(zhì)。

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過實例分析，感悟生活與物理的聯(lián)系，提升學(xué)生的環(huán)保意識,激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和使命擔(dān)當。

5 教學(xué)流程

教學(xué)流程圖如圖1所示，以活動的方式展開。

圖1

圖2

5.1 觀察類比,建構(gòu)內(nèi)能的概念

教師演示“無污染空氣響炮”(如圖2),提問：推動響炮彈出的能量來自哪里?

觀察類比:

(1) 觀察運動足球和分子動畫,足球由于運動具有什么能？分子由于運動具有什么能?

(2) 演示“彈簧小球模型”(如圖3),壓縮和拉伸的彈簧由于彈力作用具有什么能?分子間由于存在相互的引力和斥力的作用具有什么能?

圖3

思考與討論:物體的內(nèi)能會為零嗎?

由于分子在不停地做無規(guī)則運動,分子動能不為0,分子勢能不為0。

總結(jié):物體是由分子組成的,分子在不停地做無規(guī)則運動,具有分子動能,分子間存在相互作用,具有分子勢能,所以一切物體都具有內(nèi)能。

設(shè)計意圖:由演示自制的“無污染空氣響炮”引入新課，通過觀察、類比分析，提出分子動能和分子勢能的概念，順勢引出內(nèi)能概念，并通過思考與討論，得出結(jié)論：一切物體都具有內(nèi)能。

5.2 猜想思考,探究影響內(nèi)能大小的因素

猜想:我們知道物體的質(zhì)量有大有小，物體質(zhì)量越大,所含分子數(shù)越多,內(nèi)能越大。那么質(zhì)量一定的物體的內(nèi)能大小與哪些因素有關(guān)?

思考與討論:

(1) 兩杯質(zhì)量相同的冷水和熱水,內(nèi)能相同嗎?嘗試用已學(xué)知識解釋。

(2) 質(zhì)量相同、溫度相同的物體,內(nèi)能就一定相等嗎?請同學(xué)們閱讀課本,回答該問題。

由活動可知：物體內(nèi)能與溫度有關(guān),溫度升高,內(nèi)能增大;溫度降低,內(nèi)能減小(溫度改變,分子動能改變,內(nèi)能改變)。物體的內(nèi)能還與物體的體積、狀態(tài)有關(guān)，體積、狀態(tài)改變,分子勢能改變,物體內(nèi)能改變。

設(shè)計意圖:學(xué)生通過猜想、思考與討論，運用已學(xué)的分子熱運動和汽化吸熱知識,自主探究,驗證猜想,感受控制變量方法,讓學(xué)生自主建構(gòu)知識。

5.3 任務(wù)導(dǎo)引，探究改變內(nèi)能的兩種方式

探究目的:如何使一根鐵絲的內(nèi)能增加?

學(xué)生設(shè)計方案,分組體驗：A放在熱水中燙；B在砂紙上摩擦；C放在太陽下曬；D用錘子敲；E放在火上燒；F用力反復(fù)彎折；G放在手中捂。

思考與討論:

(1) 說說這些方法的區(qū)別,將其分類,你分類的原則是什么?

A、C、E、G為一類，兩物體間存在溫度差,高溫物體放熱,低溫的鐵絲吸熱,發(fā)生了熱傳遞。方案B、D、F為一類，伴隨著運動,我們知道如果物體在力的作用下,在力的方向上運動一段距離,表明力做功了。

(2) 改變內(nèi)能的方式有沒有第三種?

學(xué)生進行小組討論,在不斷的否定中,得出結(jié)論：沒有第三種改變物體內(nèi)能的方式。

歸納與總結(jié):改變物體內(nèi)能的兩種方式為做功和熱傳遞。

設(shè)計意圖:通過任務(wù)驅(qū)動，設(shè)計方案,分組體驗,展示交流,激活了學(xué)生的思維,培養(yǎng)了學(xué)生的發(fā)散性思維能力。

5.4 探究改變內(nèi)能的本質(zhì)

思考與討論:

(1) 將鐵絲放入熱水中,是通過什么方式改變鐵絲的內(nèi)能?

(2) 鐵絲和熱水的內(nèi)能如何變化?

高溫物體內(nèi)能減少,低溫物體內(nèi)能增大,內(nèi)能從高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體(或者從物體的高溫部分轉(zhuǎn)移到低溫部分)。熱傳遞改變物體內(nèi)能的實質(zhì):內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。

教師用自制熱功轉(zhuǎn)換儀演示，探究做功改變內(nèi)能的實質(zhì)，實驗器材為:空油桶、橡皮管、打氣筒、帶探頭的數(shù)字化溫度計、風(fēng)車(如圖4)。

圖4

觀察分析：

(1) 壓縮空氣做功,溫度會怎樣變化?內(nèi)能會怎樣變化?

(2) 氣體膨脹對風(fēng)車做功,溫度會怎樣變化?內(nèi)能會怎樣變化?

實驗表明：外界對物體做功,溫度升高,內(nèi)能增大,其他形式的能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。物體對外做功,溫度降低,物體內(nèi)能減小,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。做功改變物體內(nèi)能的實質(zhì):內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。

設(shè)計意圖:通過思考與討論、小組合作,得出熱傳遞改變內(nèi)能的實質(zhì)。做功改變內(nèi)能的過程中溫度的變化是內(nèi)能教學(xué)的難點，利用傳統(tǒng)教學(xué)方法，學(xué)生難以獲得溫度變化的直觀體驗,利用自制熱功轉(zhuǎn)換儀使溫度的變化直觀可視化,降低了認知難度。

5.5 應(yīng)用拓展

教師引導(dǎo)學(xué)生運用本節(jié)所學(xué)物理原理解釋“無污染空氣響炮”的奧秘。

壓縮空氣,外界對空氣做功,內(nèi)能增大,機械能轉(zhuǎn)化成空氣的內(nèi)能;然后空氣膨脹,空氣對響炮做功,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為響炮的機械能,推動響炮飛出。

教師播放“神舟十號”發(fā)射升空的視頻,引導(dǎo)學(xué)生分析其中內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,拓展學(xué)習(xí)空間,激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的欲望。

設(shè)計意圖:通過解釋“無污染空氣響炮”的工作原理,鞏固教學(xué)內(nèi)容,首尾呼應(yīng)。觀看“神舟十號”發(fā)射升空的視頻,分析其中內(nèi)能的轉(zhuǎn)化,讓學(xué)生深刻體會物理知識來源于生活,服務(wù)于社會，了解我國航天科技成就,激發(fā)了學(xué)生的民族自豪感。

6 結(jié)語

本教學(xué)設(shè)計以培育學(xué)生核心素養(yǎng)為目標,充分挖掘教科書素材，巧妙自制教具,創(chuàng)設(shè)富有探究性的活動情境,以情激趣,引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象,通過類比分析、合作交流,歸納和總結(jié)規(guī)律,從而突破了內(nèi)能概念教學(xué)的難點,達到了相關(guān)知識的自然生成，提升了學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識解決實際問題的能力。