■金 剛

2016年9月，教育部委托課題“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”研究成果正式發(fā)布，明確了中國學(xué)生發(fā)展的六大核心素養(yǎng)，通過頂層設(shè)計來解決對“素養(yǎng)發(fā)展”關(guān)注不足的問題。核心素養(yǎng)的提出是對三維目標(biāo)的提煉和整合，既承接了“知識、能力、情感態(tài)度價值觀”三維目標(biāo)，又超越了三維目標(biāo)，是學(xué)科育人的集中體現(xiàn)。物理學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實驗探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個方面的要素構(gòu)成。

“水沸騰實驗”是蘇科版八年級物理上冊第二章第二節(jié)中的重要實驗，實驗中多處現(xiàn)象需要師生“再”理解，“再”深入，“再”設(shè)計，“再”驗證，“再”強化，以期發(fā)展學(xué)生的各項素養(yǎng)。

一、巧設(shè)實驗，觀念“再”形成

在物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的認(rèn)知過程不能僅停留在強行識記上，課堂中教師不能一給出概念就讓學(xué)生去熟讀強背。實驗是個很好的載體，教師可以巧妙地設(shè)計實驗，利用實驗中的現(xiàn)象讓學(xué)生去認(rèn)知概念，辨析概念，理解概念，從而建立科學(xué)的物理觀念。

在學(xué)生分組實驗中會出現(xiàn)各種實驗現(xiàn)象。筆者設(shè)計了一組學(xué)生實驗，實驗裝置如圖1所示。用酒精燈給燒杯（燒杯未加蓋）中的水加熱，當(dāng)溫度計示數(shù)上升至97℃便不再上升，此時燒杯中并未出現(xiàn)大量由小變大上升的氣泡。

沸騰是液體內(nèi)部與表面同時進(jìn)行的劇烈的汽化現(xiàn)象，此時并未出現(xiàn)劇烈的汽化現(xiàn)象，所以不能叫作沸騰。沸點是液體沸騰時保持不變的溫度，實驗中雖然溫度保持不變，但是液體并沒有沸騰，所以本實驗中保持不變的97℃并不是沸點。

通過對比實驗現(xiàn)象與物理概念，有利于學(xué)生對物理概念的“再”理解。物理概念的辨析建立，對提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心起著重要作用，也有利于學(xué)生在潛移默化中形成物理觀念。

二、問題引領(lǐng)，思維“再”深入

借助上述實驗現(xiàn)象，可以提出很多相關(guān)的問題來幫助學(xué)生更好地思考，這就需要教師設(shè)計問題來引導(dǎo)。問題：水溫保持97℃不變的原因是什么？學(xué)生討論后很容易得到：保持不變的原因是97℃時水吸收的熱量跟放出的熱量正好平衡，即Q吸=Q放，所以水溫保持不變。

1.問題鏈細(xì)化“再”深入。

問題1：97℃時吸放熱平衡，95℃時吸放熱是否平衡？（不平衡，因為溫度還會上升。）

問題2：95℃時吸放熱不平衡是水吸熱導(dǎo)致的還是放熱導(dǎo)致的？（放熱導(dǎo)致，因為酒精燈放熱未變，即水吸熱不變，放熱比97℃時少，此時Q吸＞Q放，所以溫度繼續(xù)上升。）

問題3：什么會導(dǎo)致放熱變化？（溫度，更確切地說是與外界的溫差，溫差越大，放熱越快。）

2.圖像法輔助“再”驗證。

對上述問題，我們還可以通過圖像法進(jìn)行輔助研究，幫助學(xué)生驗證理解，讓知識更扎實，思維更清晰。將各個時刻溫度計的示數(shù)制表，如表1所示，并將數(shù)據(jù)用作圖的方式呈現(xiàn)在坐標(biāo)系中，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的上升曲線變緩，說明溫度升高越慢，放熱越快。

表1

綜合分析可知，酒精燈放熱不變，就是水吸熱不變；當(dāng)水溫升高后，與外界空氣溫差變大，向外界空氣放熱就會變快，到達(dá)97℃時，吸放熱的速度相同，達(dá)到吸放熱平衡，所以溫度保持97℃不再上升。

知識的構(gòu)建與能力的形成需要一個漫長而循序漸進(jìn)的過程。在課堂教學(xué)中，這種循序性、漸進(jìn)性都需要教師的引領(lǐng)，問題及問題鏈的“再”深入、“再”細(xì)化、“再”設(shè)計，研究方法的多樣化，對激發(fā)科學(xué)思維、培養(yǎng)興趣起著至關(guān)重要的作用。

三、釋疑解惑，探究“再”驗證

實驗中發(fā)現(xiàn)，97℃時水吸放熱平衡導(dǎo)致達(dá)不到沸點，要使水溫繼續(xù)上升達(dá)到沸點，看到沸騰現(xiàn)象，我們需要打破平衡。要解決這個問題，我們可以增大Q吸或者減小Q放，即可以加大酒精燈火焰或者減少放熱。如圖3所示，可以采用加蓋減少熱損失的方式來完成此實驗，同時在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)水沸騰后出現(xiàn)大量的“白煙”，溫度計的玻璃管上吸附著大量小水珠。

疑惑一：高溫水蒸氣液化后放熱吸附在玻璃管上會不會使玻璃管中液注再膨脹而使溫度上升？此時溫度計的示數(shù)就會高于水的沸點。

解惑一：我們可以用普通溫度計、數(shù)顯溫度計同時測量水沸騰時的溫度（因為數(shù)顯溫度計是用感溫頭測溫）。如圖4所示，實驗發(fā)現(xiàn)兩溫度計示數(shù)相等，說明液化放熱使玻璃管中液注再上升影響溫度計測量水的沸點的說法不成立。

疑惑二：加蓋后會不會使燒杯內(nèi)氣壓變高而使水的沸點升高呢？

解惑二：同樣用類比的方法對燒杯內(nèi)的水進(jìn)行加熱至沸騰，實驗發(fā)現(xiàn)，加蓋前溫度計測出水的沸點為99℃，加蓋后測出沸點為102℃，由此可見加蓋后的沸點明顯升高，排除由于水蒸氣液化放熱使讀數(shù)上升后，影響因素就可能是氣壓了。為了證實猜想，又用燒瓶盛水進(jìn)行水沸騰實驗。如圖5所示，實驗發(fā)現(xiàn)燒瓶中測得的水溫達(dá)到104.2℃，這時水還未沸騰，說明水的沸點升高了，也就說明沸騰后水蒸氣集聚不能及時跑出瓶外，導(dǎo)致燒瓶內(nèi)氣壓局部升高，會影響水的沸點，使沸點升高。

學(xué)生在有目的的探究活動中，通過對實驗現(xiàn)象的分析，抓住主要因素，忽略次要因素，往往容易獲得實驗結(jié)論及物理規(guī)律。但是被我們忽略的次要因素，其中有很多值得我們?nèi)パ芯?，為此，我們?yīng)對實驗進(jìn)行“再”設(shè)計、“再”探究，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。

四、關(guān)注生活，責(zé)任“再”強化

物理源于生活并服務(wù)于生活，為此，我們應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的物理現(xiàn)象并提出問題，利用所學(xué)物理知識分析得出結(jié)論，使物理素養(yǎng)再強化。在課堂教學(xué)之余，教師可布置以小組為單位的課外實驗任務(wù)，以此培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。

任務(wù)一：如何進(jìn)一步縮短加熱時間？這在生活中有哪些應(yīng)用？學(xué)生通過分析和實踐，總結(jié)出了不同的方法，同時很自然地形成了“節(jié)能”的意識。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步提出：高溫水蒸氣是有能量的，這部分能量能利用起來嗎？學(xué)生很自然地就聯(lián)想到蒸汽機，以及能量有效利用、節(jié)約能源的問題。

任務(wù)二：用不同的水做實驗，比如純凈水、自來水、河水，它們的沸點是否相同呢？