周曉慧

(蘇州市草橋中學(xué)校，江蘇 蘇州 215000)

“物理觀念”是從物理學(xué)視角形成的關(guān)于物質(zhì)、運(yùn)動與相互作用、能量等的基本認(rèn)識;是物理概念和規(guī)律等在頭腦中的提煉與升華;是從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題的基礎(chǔ)．基于課程理念,順應(yīng)初中生的心理特征,從生活走向物理,創(chuàng)設(shè)生活中的物理情景,提出核心問題,作為任務(wù)驅(qū)動,激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;然后通過實(shí)驗(yàn)探究,鍛煉科學(xué)思維,構(gòu)建科學(xué)物理概念;再從物理走向社會,通過師生間的對話,善于用物理概念解釋物理現(xiàn)象,逐步形成物理觀念．

下面以“物質(zhì)的比熱容”概念教學(xué)為例,比熱容是指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的熱量的多少,是一個(gè)比較抽象的概念,需要通過創(chuàng)設(shè)情境,增加學(xué)生的體驗(yàn),喚醒記憶,并能在觀察物理現(xiàn)象或物理學(xué)習(xí)過程中發(fā)現(xiàn)一些問題,了解學(xué)生學(xué)習(xí)起點(diǎn),繼而針對問題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),通過科學(xué)的實(shí)驗(yàn)探究,在鍛煉科學(xué)思維的同時(shí),獲得對概念的精準(zhǔn)理解,構(gòu)建科學(xué)的比熱容概念．本文通過“創(chuàng)設(shè)情景,提出核心問題”、“實(shí)驗(yàn)探究,構(gòu)建物理概念”、“善于解釋,形成物理觀念”3個(gè)環(huán)節(jié)建構(gòu)比熱容物理概念,從而建立“比熱容”的物理觀念．

1 創(chuàng)設(shè)情景,提出核心問題

教學(xué)活動:教師通過PPT展示,初夏小朋友在沙灘邊游玩的照片圖1,用亞克力板制作封閉“沙灘與海水”,然后用浴霸燈模擬太陽,一段時(shí)間后,請學(xué)生用手體驗(yàn)沙灘和海水的溫度．

圖1

問:有什么不一樣?

答:手在沙子中很燙,而在海水中較涼．

追問:在同樣太陽的照射下,為什么沙子的溫度比海水的高?

通過創(chuàng)設(shè)物理情景,將生活現(xiàn)象“沙灘”引入物理課堂,通過體驗(yàn),喚醒學(xué)生對沙灘與海水溫度的認(rèn)識,對后續(xù)的猜測提供依據(jù),同時(shí)提出有價(jià)值的問題:為什么沙子的溫度比海水的溫度高?以此作為前側(cè),暴露學(xué)生的問題,找到學(xué)生學(xué)習(xí)的起點(diǎn),于是就可以確定研究的課題:物體升高的溫度與材料是否有關(guān)?

青少年期處于從具體形象思維為主要形式向抽象邏輯思維過渡的階段．但是,這種抽象邏輯思維,在很大程度上,仍然是直接與感性經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系的,仍然具有很大成份的具體形象性．故而要增加學(xué)生對物體吸熱升溫的感性認(rèn)識,加深具體的形象思維,初步認(rèn)識到物體溫度升高可能與材料有關(guān)．使學(xué)生堅(jiān)信物理來源于生活,物理就在自己的身邊,并通過提問的方式,激發(fā)學(xué)生的求知欲．

2 實(shí)驗(yàn)探究,構(gòu)建物理概念

“科學(xué)探究”是指基于觀察和實(shí)驗(yàn)提出物理問題、形成猜想和假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與制定方案、獲取和處理信息、基于證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋,以及對科學(xué)探究過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估反思的能力．也就是通過問題、證據(jù)、解釋和交流完成科學(xué)探究,構(gòu)建物理概念．“科學(xué)探究”是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo),也是重要的教學(xué)方式之一,從學(xué)生被動接受知識向主動獲取知識轉(zhuǎn)化,從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的探索精神．

2.1 建科學(xué)模型,練科學(xué)思維

“科學(xué)思維”可以是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)構(gòu)建物理模型的抽象概括過程．可以根據(jù)核心問題,應(yīng)用科學(xué)方法,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和問題解決過程中鍛煉科學(xué)思維．

確定研究課題:物體升高的溫度與材料是否有關(guān)?并通過問題鏈的方式,鍛煉科學(xué)思維,建立科學(xué)模型．

① 需要哪些實(shí)驗(yàn)器材?幾個(gè)酒精燈?對酒精燈有什么要求?如何控制吸熱相同?如圖2．

圖2

② 需要控制哪個(gè)物理量?為什么要控制質(zhì)量相同?

③ 如何讓沙子均勻受熱?

④ 如何比較溫度的升高量?

把生活現(xiàn)象引入物理課堂,既要與生活現(xiàn)象相符,比如:同一太陽同一時(shí)刻可知吸熱相同,則需要相同的酒精燈加熱相同時(shí)間;又要彰顯物理研究方法,對次要因素要進(jìn)行必要的控制,比如:要控制水和沙子的質(zhì)量相同．更要收集有效數(shù)據(jù)通過分析得出科學(xué)規(guī)律,比如:要用溫度計(jì)測量溫度,用來比較沙子和水溫度的升高量．

根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平,設(shè)計(jì)一組有針對性、啟發(fā)性、層次性的問題,明確教學(xué)重點(diǎn),展示清晰的線索,避免盲目性和隨意性．通過問題鏈的方式加強(qiáng)對學(xué)生的思維訓(xùn)練,并從廣度和深度提升學(xué)生的思維品質(zhì),同時(shí)提煉出本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步驟和注意點(diǎn),比如:通過相同的酒精燈加熱相同時(shí)間來控制吸熱相同,通過攪拌的方法使沙子均勻受熱等．

2.2 應(yīng)合理分工,找科學(xué)證據(jù)

本實(shí)驗(yàn)用到的器材較多:兩套酒精燈、鐵架臺、燒杯、溫度計(jì)、石棉網(wǎng)和三腳架,還有攪拌棒;實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性較高:燒杯、水和沙子、三腳架等溫度都很高,容易燙傷;實(shí)驗(yàn)操作項(xiàng)較多:攪拌、看時(shí)間、觀察溫度計(jì)并讀數(shù)還有記錄．所以本實(shí)驗(yàn)對實(shí)驗(yàn)的安裝、操作等提出很高的要求,所以必須分小組進(jìn)行合理分工,如圖3．

圖3

按實(shí)驗(yàn)要求,學(xué)生分成4人小組,按需求及特長進(jìn)行合理分工,兩位學(xué)生讀數(shù),一位學(xué)生攪拌沙子、另一學(xué)生記錄數(shù)據(jù)．

分工是為了培養(yǎng)學(xué)生分工合作的能力,鍛煉主動與他人合作的精神,增強(qiáng)學(xué)生對物理現(xiàn)象的體驗(yàn)和感悟．讓學(xué)生多種感覺器官參加活動,聽、說、看、做、想,眼耳口手腦都被調(diào)動起來．更是為了順利完成探究實(shí)驗(yàn),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,又培養(yǎng)了他們分析、綜合、比較、概括的抽象邏輯思維能力．

2.3 借數(shù)據(jù)分析,提思維品質(zhì)

“用沙子做實(shí)驗(yàn)很危險(xiǎn)”,這是很多教師的經(jīng)驗(yàn)．因?yàn)樯匙釉谄鹗茧A段受熱不均勻,導(dǎo)致在起初時(shí)溫度上升的比水慢,給數(shù)據(jù)分析帶來“麻煩”．故而需要不斷的攪拌,然而攪拌也不能讓沙子完全均勻受熱,初期沙子的溫度不可避免的比水上升的慢,一段時(shí)間后沙子的溫度才趕超水的溫度,進(jìn)入正常狀態(tài),如表1所示,所以對數(shù)據(jù)分析提出很高的要求．

表1

問:要分析前面的數(shù)據(jù)還是后面的數(shù)據(jù)?

追問:前面的數(shù)據(jù)為什么是無效的?判斷依據(jù)是什么?

追問:什么原因造成的?

追問:對后面哪些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?你得到什么結(jié)論?依據(jù)是什么?

學(xué)生答:取第4-6 min,質(zhì)量和吸熱相同時(shí),沙子升高的溫度比水多,沙子的升溫本領(lǐng)強(qiáng)．說明:物質(zhì)吸熱升溫的多少與物質(zhì)種類有關(guān)．

追問:當(dāng)質(zhì)量和升高的溫度相同時(shí),沙子吸收的熱量________(填“大于”或“等于”或“小于”)水吸收的熱量．證據(jù)是什么?(通過分析哪些數(shù)據(jù)得到的結(jié)論)說明了(填“沙子”或“水”)的吸熱本領(lǐng)強(qiáng)．

學(xué)生答:沙子取4-6 min,水取4-9 min的數(shù)據(jù),說明他們的溫度升高是一樣的,水的加熱時(shí)間大于沙子,說明水吸熱多,所以水的吸熱本領(lǐng)大于沙子．

介紹書本方法:圖像分析法,如圖4.

圖4

因?yàn)楸葻崛荼硎镜氖俏镔|(zhì)吸熱本領(lǐng)的強(qiáng)弱,故而教師應(yīng)該逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識吸熱本領(lǐng),并學(xué)會比較吸熱本領(lǐng)強(qiáng)弱的方法——質(zhì)量和升高溫度相同,比較吸收熱量的多少．

物理課堂是一個(gè)理性課堂,要講證據(jù),實(shí)驗(yàn)是為了尋找證據(jù),找到合理的數(shù)據(jù)才能得到正確的物理規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神．同時(shí)通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生深度思維,鍛煉學(xué)生思維的獨(dú)立性和批判性,提升思維的深刻性、廣闊性．到此初步認(rèn)識吸熱本領(lǐng),如果直接引入比熱容及其定義,對學(xué)生來說難度還是比較大．故而要搭建感性認(rèn)識的階梯,幫助學(xué)生認(rèn)識比熱容及其物理意義的來龍去脈．

2.4 搭思維階梯,構(gòu)物理概念

根據(jù)以上所學(xué)，質(zhì)量和升高溫度相同時(shí),比較吸收熱量的多少?通過具體的實(shí)例比較酒精和煤油的吸熱本領(lǐng)．

(A) 經(jīng)測量:2 kg的酒精溫度升高3 ℃,吸收1.44×104J熱量；

(B) 經(jīng)測量:3 kg的煤油溫度升高10 ℃,吸收 6.3×104J熱量．

根據(jù)新學(xué)的判斷方法,對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理．

酒精:1.44×104J/(2 kg×3 ℃)=2.4×103J/(kg·℃)；

煤油:6.3×104J/(3 kg×10 ℃)=2.1×103J/(kg·℃).

問題鏈: ① 為什么要除以m和Δt?

② 誰的吸熱本領(lǐng)強(qiáng)?判斷依據(jù)?

③ 他們的吸熱本領(lǐng)有多強(qiáng)?(比值表示的物理意義)

學(xué)生1: 除以m和Δt是為了得到相同的質(zhì)量和Δt；

學(xué)生2:酒精吸熱本領(lǐng)強(qiáng),依據(jù)是2.4×103J/(kg·℃)>2.1×103J/(kg·℃)；

學(xué)生3:酒精2.4×103J/(kg·℃)表示:1 kg酒精溫度升高1 ℃吸收的熱量是2.4×103J．

煤油2.1×103J/(kg·℃)表示:1 kg煤油溫度升高1 ℃吸收的熱量是2.4×103J．

最后,根據(jù)學(xué)生的數(shù)學(xué)表達(dá)式,補(bǔ)上比熱容的計(jì)算公式．使得公式來的水到渠成,而不是那么的突兀．

青少年的思維特點(diǎn)雖然從形象思維快速向抽象思維發(fā)展,但還是以形象思維為主,所以要提供具體的實(shí)例,增強(qiáng)形象思維的感性認(rèn)識,從而上升抽象思維建立比熱容的概念．

以實(shí)例練習(xí)為評價(jià)證據(jù),采用之前得到的方法進(jìn)行判斷,既是對剛學(xué)物理知識的應(yīng)用和評價(jià),更是構(gòu)建比熱容概念的必要階梯．通過追問:為什么要用熱量除以質(zhì)量和升高的溫度?通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)誰的吸熱本領(lǐng)強(qiáng)?數(shù)據(jù)表示的物理意義是什么?逐步認(rèn)識比熱容的定義．追問“比值的物理意義”是為比值賦予物理生命,“比值”是在物理方法引領(lǐng)下的比值．

3 善于解釋,形成物理觀念

物理觀念的形成在于用物理模型解釋物理現(xiàn)象,并形成一種習(xí)慣,即善于從物理走向社會,從物理學(xué)視角解釋自然現(xiàn)象和解決實(shí)際問題．

(1) 如圖5所示,拖拉機(jī)發(fā)動機(jī)工作時(shí)溫度到達(dá)2000 ℃以上,故而采用循環(huán)流動的水進(jìn)行冷卻,你能用新學(xué)的知識說說用水冷卻的優(yōu)點(diǎn)嗎?

圖5

解釋:在質(zhì)量和升高的溫度相同的情況下,水的比熱容大,能吸收的熱量多,所以冷卻效果好．

(2) 請用新學(xué)的知識解釋:夏天中午感覺沙灘燙腳,海水中比較涼快的原因?

解釋:相同質(zhì)量的水和沙子,吸收相同的熱(同一個(gè)太陽照射),因?yàn)樯匙拥谋葻崛菪∮谒?所以沙子上升的溫度比水多,沙子的溫度較高．

(3) 夏天晚上感覺沙灘涼快還是海水涼快?

解釋:相同質(zhì)量的沙子和水,放出相同的熱(晚上是放熱),因?yàn)樯匙拥谋葻崛菪∮谒?所以沙子降低的溫度多,沙子的溫度較低．