邱 紅

(江蘇省蘇州市工業(yè)園區(qū)金雞湖學(xué)校,江蘇 蘇州 215000)

比較法是一種找出事物之間的共同點(diǎn)和不同點(diǎn)的常用的思維方法。初中物理中許多概念或規(guī)律具有相似性,可以利用比較法來(lái)加以區(qū)分,特別是在物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中的運(yùn)用更為突出,有助于學(xué)生澄清容易混淆的物理概念,建構(gòu)合理的知識(shí)體系,使知識(shí)融會(huì)貫通;能夠加深對(duì)學(xué)生物理規(guī)律的理解,開(kāi)拓思維達(dá)到由此及彼、事半功倍的功效。[1]

比熱容、熱值是初中熱學(xué)中的兩個(gè)重點(diǎn)概念,也是初中物理教學(xué)中的難點(diǎn)。教材安排了“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”“比較質(zhì)量相同的不同燃料燃燒放出熱量”兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上建立、理解比熱容和熱值的概念。較多的學(xué)生對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)理解不透徹,對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、方法等感到困惑,遇到具體的問(wèn)題不會(huì)分析。筆者在實(shí)際教學(xué)中,從實(shí)驗(yàn)裝置和器材、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)圖像四個(gè)方面加以區(qū)分和統(tǒng)整,引導(dǎo)學(xué)生在比較中逐一突破難點(diǎn),深刻理解實(shí)驗(yàn)本質(zhì),對(duì)這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)了如指掌。

1 比較實(shí)驗(yàn)裝置和器材

這兩個(gè)探究實(shí)驗(yàn)的裝置、器材有較多相同之處,學(xué)生容易混淆,但放在一起對(duì)比,學(xué)生基本上就都能分清了。復(fù)習(xí)時(shí),教師給出如圖1所示的甲、乙、丙三張實(shí)驗(yàn)裝置圖,要求學(xué)生比較后中找出“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實(shí)驗(yàn),應(yīng)選擇甲、丙兩圖進(jìn)行;“比較質(zhì)量相同不同燃料燃燒放出熱量”實(shí)驗(yàn), 應(yīng)選擇甲、乙兩圖進(jìn)行;并讓學(xué)生說(shuō)明選擇的依據(jù)。通過(guò)表1進(jìn)行實(shí)驗(yàn)器材的比較,學(xué)生一目了然。

圖1

表1 實(shí)驗(yàn)器材比較

2 比較實(shí)驗(yàn)方法

這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)都用到了轉(zhuǎn)換法和控制變量法。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)換思想,多數(shù)學(xué)生還是不能很好理解。比如在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢” 實(shí)驗(yàn)中,為什么不能通過(guò)升高溫度多少來(lái)比較吸熱多少,而只能通過(guò)加熱時(shí)間來(lái)比較吸熱多少；[2]在“比較質(zhì)量相同的不同燃料燃燒放出熱量”的實(shí)驗(yàn)中是通過(guò)物體升高溫度多少來(lái)比較。在復(fù)習(xí)時(shí),此處若不引導(dǎo)學(xué)生把轉(zhuǎn)換過(guò)程分析透徹,挖掘剖析物理原理,即使做再多的練習(xí),學(xué)生對(duì)此還是處于一知半解、認(rèn)知混亂、機(jī)械記憶的狀態(tài)。復(fù)習(xí)時(shí)應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生思考：(1)實(shí)驗(yàn)中物質(zhì)吸收的熱量來(lái)自哪里？(2)怎樣保證物質(zhì)吸收的熱量相等？需要控制哪些變量?(3)燃料放出熱量的多少怎么體現(xiàn)？在梳理這些問(wèn)題時(shí),配以圖2的比較分析,學(xué)生就能理解：在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實(shí)驗(yàn)中,熱源相同即燃料熱值相同,加熱方法完全相同,加熱時(shí)間相同即燃燒掉的燃料質(zhì)量相同,根據(jù)Q放=q燃料m燃料,不考慮熱量散失，則Q放=Q吸,當(dāng)熱源、加熱方法完全相同,就可以認(rèn)為單位時(shí)間內(nèi)物質(zhì)吸收的熱量相同。在“比較質(zhì)量相同不同燃料燃燒放出熱量”的實(shí)驗(yàn)中也是不考慮熱量散失，則Q放=Q吸,根據(jù)Q吸=c液m液Δt,當(dāng)燒杯中液體種類、質(zhì)量都相同時(shí),液體溫度升高越多,燒杯中液體吸收的熱量越多,即燃料放出的熱量越多。只有超越知識(shí)表層的比較,學(xué)生才能進(jìn)入深度思考,對(duì)于轉(zhuǎn)換思想才會(huì)有更深入理解。[3]在這樣的對(duì)比分析過(guò)程中,學(xué)生能正確理解：在“探究不同物質(zhì)吸熱升溫的快慢”實(shí)驗(yàn)中若熱源不同或加熱方式不同,就不可以通過(guò)比較加熱時(shí)間的方法比較水和食用油吸收的熱量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中需要控制的變量有更清楚的了解。

圖2

3 比較實(shí)驗(yàn)方案

實(shí)驗(yàn)方案包括了實(shí)驗(yàn)原理、設(shè)計(jì)、過(guò)程等，解讀實(shí)驗(yàn)方案是對(duì)實(shí)驗(yàn)的再認(rèn)識(shí)和再加工?！疤骄坎煌镔|(zhì)吸熱升溫的快慢”的實(shí)驗(yàn)方案有兩種：(1)質(zhì)量相同的沙子(食用油)和水吸收相同的熱量后升高的溫度不同，此方案容易操作,也符合學(xué)生的認(rèn)知,但不易引出比熱容概念。(2)質(zhì)量相同的沙子(食用油)和水升高相同的溫度吸收的熱量不同，不易操作,但易得出比熱容概念。在新授課中教師往往從第一種方案切換到第二種方案,這樣讓概念的建立過(guò)程顯得迂回復(fù)雜,概念的建立抽象晦澀。對(duì)于兩個(gè)相似的實(shí)驗(yàn)方案學(xué)生難以分辨,對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的理解也只是“囫圇吞棗”。復(fù)習(xí)時(shí)將實(shí)驗(yàn)方案的邏輯推理過(guò)程羅列出來(lái)進(jìn)行對(duì)比分析(圖3),或者教師示范方案(1),學(xué)生嘗試給出方案(2)。通過(guò)比較分析,學(xué)生發(fā)現(xiàn)這兩種方案本質(zhì)是一致的,從某種程度上都反映了物質(zhì)吸熱本領(lǐng)的大小，通過(guò)比較讓學(xué)生思路清晰,豁然開(kāi)朗。

圖3

在實(shí)驗(yàn)方案對(duì)比分析的基礎(chǔ)上,教師可以鼓勵(lì)學(xué)生嘗試分析“比較質(zhì)量相同、不同燃料燃燒放出熱量”的實(shí)驗(yàn)方案：當(dāng)燃料質(zhì)量、燒杯中液體種類、質(zhì)量相同時(shí),通過(guò)比較燒杯中液體溫度升高的多少得出燃料熱值的大小(圖4甲)。甚至還有學(xué)生根據(jù)習(xí)題總結(jié)得出來(lái)一種新實(shí)驗(yàn)方案：當(dāng)燃料質(zhì)量、燒杯中液體質(zhì)量和升高溫度相同時(shí),通過(guò)比較燒杯中液體比熱容的大小得出燃料熱值的大小(圖4乙)。這種分析實(shí)驗(yàn)方案的方法還可以遷移到其他實(shí)驗(yàn)方案分析中,如“探究通電導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟哪些因素有關(guān)”。

圖4

4 比較實(shí)驗(yàn)圖像

學(xué)習(xí)了比熱容、熱值后,經(jīng)常需要學(xué)生根據(jù)圖像來(lái)判斷兩種物質(zhì)比熱容的大小或是兩種燃料熱值的大小。由于這兩種圖像相似度很高,學(xué)生不易辨別,加上圖像分析對(duì)學(xué)生邏輯思維抽象能力要求較高,部分學(xué)生遇到這些圖像時(shí)無(wú)從下手,不會(huì)分析。在復(fù)習(xí)中,必須要幫學(xué)生突破這一瓶頸。筆者將兩張極其相似的圖像放在一起,啟發(fā)學(xué)生思考和辨析。

(1)質(zhì)量相等,初溫相同的A、B兩種不同液體,分別用完全相同的熱源加熱,在加熱過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的圖線如圖5甲所示,請(qǐng)用兩種方法判斷A、B兩種液體的比熱容大小。

圖5

(2)為了比較燃料的熱值,實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)控制燃料燃燒的(選填“時(shí)間”或“質(zhì)量”)相同。實(shí)驗(yàn)完成后,畫出被加熱液體的溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系如圖5乙所示，由此可知：燃料1燃燒2min放出的熱量(選填“大于”“小于”或“等于”)燃料2燃燒3min放出的熱量。忽略熱量的散失,由圖5乙可知,燃料1的熱值為燃料2熱值的倍。

總之,在物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)課中通過(guò)比較,對(duì)實(shí)驗(yàn)重難點(diǎn)的突破具有非常重要的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較不僅有助于學(xué)生進(jìn)一步鞏固概念,加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解,引發(fā)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的重組,還能提升學(xué)生遷移能力,大大提高實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)的效率。[4]