劉梅 王治國

摘? ?要：文章從培育學生物理學科核心素養(yǎng)的角度，對“氣體的等溫變化”實驗教學進行分析，并在此基礎上對本節(jié)課的實驗探究教學提出了四個方面的建議。

關鍵詞：實驗探究教學;核心素養(yǎng);氣體的等溫變化

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ? 文章編號：1003-6148（2021）1-0078-3

“氣體的等溫變化”是研究氣體性質的開篇內容，也是學生對氣體宏觀現象規(guī)律的第一次實驗探究，其中包含了許多科學思想與方法，是發(fā)展學生科學思維和實驗探究能力，提升其物理學科核心素養(yǎng)的良好素材。本文從物理學科核心素養(yǎng)角度重點探討在本節(jié)課中實施科學探究教學的相關問題。

1? ? 教材內容的呈現與分析

教材是按“探究氣體等溫變化的規(guī)律”“玻意耳定律”“氣體等溫變化的p-V圖像”三個部分來呈現相關知識。為了讓學生體驗科學探究過程，學習科學探究方法，教材嘗試用科學探究的方法研究氣體的等溫變化，考慮到實驗設計對學生來說比較困難，教材以較大的篇幅呈現了兩種實驗探究方案：一種是利用傳統(tǒng)的實驗裝置——帶有氣壓表的注射器來探究;另一種是采用傳感器采集數據和計算機處理數據描繪圖像的方法進行探究。筆者發(fā)現，第一種方案中各物理量易于測量，操作簡便、直觀，學生通過對實驗數據的處理，較容易得出壓強與體積之間的定量關系，其不足是氣壓表表盤的最小分度值較大，讀數不夠精確;第二種方案中測量范圍廣、精度高，實驗操作更便捷，不用自己讀數，也不用自己處理數據，其不足是實驗數據處理過程中的“思維含量”偏低。

教材后半部分以“數學表達式”和“p-V圖像”兩種方式呈現出氣體等溫變化的規(guī)律，充分體現了編者關注學生知識結構的完整性和系統(tǒng)性，既注重知識形成過程，又強調知識的理解和應用。

2? ? 實際教學中存在的問題

通過近幾年的教學發(fā)現，在本節(jié)課教學中往往存在以下問題：

2.1? ? 注重演示和模擬，忽略實際操作

部分教師為了追求知識建構的“短、平、快”，用教師演示實驗替代學生探究實驗，實驗結論的得出和知識點的呈現采用講授的方式，把教學重點放在對玻意耳定律的理解和應用上。這種做法可能導致學生不清楚知識的來龍去脈，學生雖然能夠記住結論，但對規(guī)律和方法難以深入理解，學科核心素養(yǎng)在教學中并沒有得到很好的落實。

2.2? ? 重形式，輕思維

還有一種情況是提供給學生設計好的任務單，學生按照任務單上的實驗步驟動手實驗，觀察現象，在已有表格中記錄實驗數據，學生的學習行為是被動“執(zhí)行”，沒有考慮實驗為什么要這樣做，有沒有其他更好的操作方法;還有的探究過程甚至變成了“老師說，學生做”的驗證性實驗。表面上看，整個探究活動過程完整、條理清晰、課堂秩序自然流暢，教學目標按計劃似乎達成了，但這種實驗探究使得學生學習能力無法得到充分發(fā)展，不利于科學思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2.3? ? 生搬硬套，不注重課本資源的整合與重組

教材中“用注射器加氣壓表的實驗探究”和“用傳感器和計算機探究” 兩個實驗方案各有優(yōu)劣。第一種方案可以通過問題的設計引導學生開展探究學習，體驗科學探究過程，領會科學探究的思想方法，但由于如前文所述的不足，讓人感到實驗不夠嚴謹，結果也難以讓人信服，不利于學生養(yǎng)成嚴謹的科學態(tài)度;第二種方案可以更快捷、準確地探究壓強和體積的定量關系，但又不利于培養(yǎng)學生的科學思維能力。因此，教師應該對兩種方案進行整合與重組。

3? ? 教學建議

3.1? ? 重視創(chuàng)設問題情境，培養(yǎng)學生提出問題的能力

提出問題是科學探究的第一步，也是進行實驗探究的基礎。在實際教學中，許多教師常常將“提出問題”簡化處理：探究的問題不是讓學生經過分析與思考后自主提出，而是由教師直接呈現，由此導致學生問題意識缺失，難以體會科學探究的基本特征，新課標規(guī)定的提出問題能力不能得到有效落實。筆者認為，教學中應當重視提出問題環(huán)節(jié)的設計，通過問題串創(chuàng)設“憤”“悱”情境，培養(yǎng)學生通過觀察和思考自主發(fā)現問題和提出問題的習慣。

例如，在引入新課環(huán)節(jié)，設置以下問題情境：“說到氣體同學們應當不會陌生，你們能說說在生活中氣體變化的有關現象嗎？”“比較上述現象，你有什么發(fā)現？”“如果讓你來研究氣體的變化，你最想知道的是什么？”“如何研究壓強、體積和溫度的關系？”“怎樣運用控制變量法研究這三個物理量之間的關系？”這種以問題為導向，創(chuàng)設觀察、分析、探究的氛圍，學生的思維被激活了，雖然學生面對的是以前沒有研究過的“氣體”，也能夠在觀察中獲得感悟，在分析中發(fā)現問題，進而自主地提出問題，主動參與到實驗探究過程中。

3.2? ? 注重學生的經歷和體驗，培養(yǎng)學生的科學探究能力

作為一節(jié)規(guī)律探究課，本節(jié)課的重點應當是如何落實探究教學，讓學生在探究中理解玻意耳定律，感知科學探究的過程和方法。這就需要教師精心設計探究過程，引導學生經歷科學探究過程，體驗探究的艱辛和樂趣，提升其對科學本質的認識，提高其科學探究能力。

例如，在實驗探究環(huán)節(jié)，筆者設計了如下問題：“氣體在溫度不變時，壓強會隨體積發(fā)生變化，生活中有這種變化嗎？”“根據生活中的體驗，你認為壓強和體積之間存在什么關系？依據是什么？”“請同學們設計一個實驗方案來驗證這個猜想”“按照實驗設計‘合理、可行、方便的要求，你們覺得哪個方案更合適一些？”“這個方案需要測量哪些物理量？如何測量？”“如何控制氣體的質量m和溫度T保持不變？”這種基于生活現象設計問題情境，通過“問題驅動”引導學生自主設計探究方案，選擇符合情境要求的實驗裝置進行實驗，學生在討論交流中獲得了體驗，既有效地提高了學生的主觀能動性，又讓學生在享受設計性實驗的獨特樂趣中不斷提高其參與實驗的能力與信心。

在分析論證環(huán)節(jié)，引導學生觀察分析數據：“你認為p和V之間存在什么關系？”“由圖像可以看出p和V之間是什么關系？”“如何進一步確定p和V之間是不是成反比關系呢？”“以前有沒有遇到過類似的問題？”“有沒有其他的處理方法？”“由實驗測得的數據，你能發(fā)現什么？”“有沒有同學沒有得到這個結論？” “你們的pV乘積都一樣嗎？為什么？”學生在這一個個問題的引導下，經歷了從實驗數據到物理規(guī)律探究的過程，體驗到了科學探究的方法，加深了對玻意耳定律的理解，促進了學生科學思維能力、科學探究能力的提升。

3.3? ? 借助問題解決，滲透科學思維方法教育

問題解決的過程往往包含著科學的思維方法。本節(jié)課的主題是探究氣體等溫變化過程中的規(guī)律，圍繞這個主題，教學中要注意遵循學生思維發(fā)展的特點，設置教學環(huán)節(jié)，促進其科學思維能力的提升。

控制變量法是高中物理教學中重要的研究方法，教學中要注意引導學生對控制變量法的理解，引導學生在實驗過程中學會如何控制實驗條件和物理變量，養(yǎng)成用控制變量的方法來解決問題的意識，從而提高其運用控制變量法來認識規(guī)律、理解規(guī)律的能力。

在記錄和處理實驗數據時，采用的是“列表法”和“圖像法”，它們的顯著特點是直觀、一目了然，可以簡明地顯示出p和V之間的對應關系，既活躍了學生的思維，讓學生學會把數學上的函數圖像知識轉化為解決物理問題的工具，又在潛移默化中達到了知識的遷移，加深學生對玻意耳定律的理解。教學中要注意放手讓學生動手制表、畫圖、演算、分析， 體驗科學處理數據的方法，養(yǎng)成科學的思維習慣，增強創(chuàng)新意識和實踐能力。

學生對“直接呈現p-1/V圖像來探究p和V的關系”心存疑惑：“為什么不用p-V圖像？”“怎么想到要用p-1/V圖像？”筆者采用“類比法”突破這一難點：通過引導學生類比“研究a與m的關系時，作a-1/m圖像的方法”來理解作p-1/V圖像可以避免煩瑣的雙曲線的判斷，可以更方便、更直觀地判斷p、V之間的反比關系。

3.4? ? 注重交流反思，培養(yǎng)學生嚴謹的科學態(tài)度與責任

探究氣體等溫變化的規(guī)律是一個嚴謹的科學探究過程。教學中要注意引導學生以尊重事實、一絲不茍的態(tài)度做好探究的各個環(huán)節(jié)的工作，體會科學探究的嚴謹性，養(yǎng)成實事求是、嚴謹細致的科學態(tài)度。

例如，在用帶有氣壓表的注射器探究出氣體等溫變化的規(guī)律后，引導學生回顧實驗操作過程：“有沒有同學沒有得到這個結論？”讓沒有得到這個結論的學生上臺重復實驗操作過程，師生間進行交流評估，指出存在的問題，找出問題的根源，認識到任何一個環(huán)節(jié)疏忽都會導致實驗結果的偏差;在分析實驗裝置后，引導學生展開思考：“對‘p1V1=p2V2這個結論，你是否有絕對把握？”學生討論交流后會得出：壓力表表盤最小分度值較大，讀數不夠精確，所得數據也相對較少，僅僅只靠幾組數據就下結論，讓人感到不夠嚴密。由此引導學生運用“傳感器和計算機”可以更方便、準確、能測量更多數據的優(yōu)勢來論證上述結論。這種通過實驗后的交流與反思，將教材資源有效組合，既加深了學生對實驗結論的深刻理解，又培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度。

在利用p-V圖像處理實驗數據后，引導學生思考：“圖線是不是反比關系的雙曲線？”“如何進一步確定p和V之間是不是成反比關系？”“圖中的點能近似在一條直線上嗎？”讓學生通過對這些問題的思考，重新審視用圖像處理實驗數據的可靠性、科學性，發(fā)現實驗數據與猜想間的差異，質疑數據的可靠性，深刻感悟到嚴謹和實事求是的必要性，從而形成用嚴謹的態(tài)度來對待科學問題的習慣。

參考文獻：

[1]徐將二.“氣體的等溫變化”教學中的實驗設計與思考[J].物理教學，2016，38（01）：31-34.

[2]陳曉冬.指向學生物理核心素養(yǎng)的教學實踐——以“氣體的等溫變化”教學為例[J].物理教學，2018，40（08）：42-45.

（欄目編輯? ? 李富強）