卞志榮 宋海峰

（江蘇省天一中學(xué)，江蘇 無(wú)錫 214101）

物理是一門(mén)以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科.培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)需要有效的學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè).物理實(shí)驗(yàn)在整個(gè)物理教學(xué)中起著其他教學(xué)內(nèi)容和形式不可替代的作用.實(shí)驗(yàn)不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、動(dòng)手能力、邏輯思維能力、問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力，更能培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、積極探索的科學(xué)精神.在“氣體的等溫變化”教學(xué)時(shí)，我們依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容，細(xì)化核心素養(yǎng)目標(biāo)，在課堂演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了積極有效的探索.

1 落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)

創(chuàng)設(shè)情境進(jìn)行教學(xué)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)具有關(guān)鍵作用.物理概念的建立需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，物理規(guī)律的探究需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，應(yīng)用物理知識(shí)解決具體問(wèn)題應(yīng)結(jié)合具體的實(shí)際情境.演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是如此.

1.1 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生在質(zhì)疑中產(chǎn)生探究欲望

英國(guó)科學(xué)家培根曾說(shuō)過(guò)：“好奇心是孩子智慧的嫩芽，提問(wèn)則是孩子求知欲發(fā)達(dá)的標(biāo)志”.學(xué)生急待解決的新問(wèn)題是最能激起學(xué)生的思維火花，激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)去思維、探索和創(chuàng)新.為此，我們?cè)谝氕h(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)了對(duì)比實(shí)驗(yàn)情境，引發(fā)認(rèn)知沖突和疑問(wèn).

情境實(shí)驗(yàn)1.吹氣球比賽.

教師課前把同規(guī)格的兩個(gè)氣球套在硬塑料管上并用細(xì)線扎緊，便于學(xué)生吹氣，然后分別置于兩個(gè)同規(guī)格透明的礦泉水瓶中，其中一個(gè)瓶與大氣始終相通，另一個(gè)用蠟封口，與大氣不相通（如圖1）.

圖1

讓大男生吹封口的氣球，小女生吹不封口的氣球，看誰(shuí)吹得快，吹得大（如圖2）.演示結(jié)果明顯地看到男生的氣球吹得比女生的小且很費(fèi)力.此時(shí)學(xué)生覺(jué)得不可思議，甚至有男生迫不及待地說(shuō)：他不行，讓我來(lái)，興致沖沖地上臺(tái)比試，結(jié)果還是不敵小女生.學(xué)生在憤悱之時(shí)轉(zhuǎn)入新課“氣體的等溫變化”的探究學(xué)習(xí)之中.

圖2

1.2 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生在感受中構(gòu)建概念

為了尋找表示氣體的狀態(tài)參量，傳統(tǒng)教法是提出問(wèn)題：描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)需要用速度、加速度、時(shí)間、位移等，現(xiàn)在要描述氣體的狀態(tài)是否也用這些物理量呢？然后教師直接告知學(xué)生，表示氣體狀態(tài)參量是：體積、溫度、壓強(qiáng).這樣的灌輸式教學(xué)既省時(shí)又省力，但對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，缺少了概念形成的過(guò)程感性認(rèn)識(shí)和研究問(wèn)題的抽象思維經(jīng)歷，學(xué)生只能處于識(shí)記層面，不知道為什么要用這些物理量來(lái)表示氣體的狀態(tài).基于傳統(tǒng)教法的不足，我們結(jié)合2017版新課標(biāo)要求，創(chuàng)設(shè)了系列實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究明白為什么要用體積、溫度、壓強(qiáng)等參量來(lái)表示氣體的狀態(tài).

情境實(shí)驗(yàn)2.吹氣論道.

如圖3，讓學(xué)生到臺(tái)前將氣球吹大，學(xué)生覺(jué)得越吹越吃力，為什么呢？讓學(xué)生在“玩中學(xué)”，在“趣中思”.

圖3

引導(dǎo)得出：氣體的壓強(qiáng)與氣體的質(zhì)量有關(guān).

情境實(shí)驗(yàn)3.“康復(fù)”癟球.

教師手拿踩癟的黃色大乒乓球（增加可視度），請(qǐng)問(wèn)誰(shuí)有辦法能盡快讓它鼓起來(lái)？有學(xué)生說(shuō)用筆套慢慢搟使其一點(diǎn)一點(diǎn)恢復(fù)；更多的學(xué)生說(shuō)放到熱水中（如圖4）.讓學(xué)生在解決問(wèn)題中“探”.

圖4

引導(dǎo)得出：氣體的壓強(qiáng)與溫度有關(guān).

情境實(shí)驗(yàn)4.“壓扁”氣體.

讓甲同學(xué)手拿自行車打氣筒并吸進(jìn)一定量空氣后，讓乙同學(xué)堵住進(jìn)氣口不讓漏氣，再讓甲同學(xué)下壓活塞，體驗(yàn)打氣過(guò)程（如圖5）.學(xué)生解釋向下越壓越費(fèi)力，以致于壓不動(dòng).

圖5

引導(dǎo)得出：氣體質(zhì)量一定，溫度不變，壓強(qiáng)與體積有關(guān).

師生總結(jié)：氣體具有一定的質(zhì)量、體積、溫度、壓強(qiáng)等，對(duì)于一定質(zhì)量的氣體我們可以用體積、溫度、壓強(qiáng)來(lái)表示氣體的狀態(tài)（板書(shū)：一、氣體的狀態(tài)參量）.

為了讓學(xué)生定性了解氣體狀態(tài)量之間的聯(lián)系，自然過(guò)渡到實(shí)驗(yàn)探究尋找變化規(guī)律，我們?cè)O(shè)計(jì)了以下驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題：

問(wèn)題1.一定質(zhì)量的氣體，體積越小，壓強(qiáng)一定越大嗎？（不一定，還與溫度有關(guān)）

問(wèn)題2.一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)不僅與體積有關(guān)，還與溫度有關(guān)，那么到底有什么具體關(guān)系？

下面我們研究“質(zhì)量一定的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)隨體積變化的規(guī)律”（板書(shū)：二、氣體的等溫變化）.

1.3 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，讓學(xué)生在探究未知規(guī)律中，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)思想和研究方法

物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)要求教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)需要解決的真實(shí)問(wèn)題情境，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)和方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主開(kāi)展研究活動(dòng).

情境實(shí)驗(yàn)5.用帶壓強(qiáng)計(jì)的注射器，探究等溫變化規(guī)律.

問(wèn)題1.實(shí)驗(yàn)中怎么保持氣體質(zhì)量一定？（用橡皮套堵住進(jìn)氣口；用潤(rùn)滑油涂抹活塞，防止漏氣）

問(wèn)題2.實(shí)驗(yàn)中怎么保持氣體溫度不變？（緩慢推拉活塞；不要用手握著注射器）

問(wèn)題3.怎么改變氣體壓強(qiáng)？（上拉活塞氣體體積增大，下推活塞氣體體積減?。?/p>

問(wèn)題4.實(shí)驗(yàn)中要記錄哪些數(shù)據(jù)？（讀出氣體體積和對(duì)應(yīng)氣體壓強(qiáng)計(jì)示數(shù)）

至此，通過(guò)上述問(wèn)題的解決，設(shè)計(jì)出了課本第18頁(yè)的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖6所示）.

圖6

問(wèn)題5.怎么尋找氣體壓強(qiáng)與體積的定量關(guān)系？（觀察法：體積大，壓強(qiáng)??；猜想：反比關(guān)系；圖像法：p-V圖，p-1／V圖）

疑問(wèn)1：好像反比關(guān)系有點(diǎn)勉強(qiáng)，是壓根兒反比關(guān)系就不成立呢？還是實(shí)驗(yàn)測(cè)量誤差較大而引起呢？在學(xué)生疑惑之時(shí)，教師展示更加精確的實(shí)驗(yàn)儀器.

情境實(shí)驗(yàn)6.用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，探究氣體等溫變化規(guī)律——玻意耳定律.

用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的壓強(qiáng)傳感器可以較準(zhǔn)確測(cè)量氣體壓強(qiáng)，實(shí)驗(yàn)裝置連接如圖7所示，讓兩位學(xué)生走上講臺(tái)進(jìn)行合作實(shí)驗(yàn)，一位同學(xué)緩慢拉活塞，讀出氣體體積，另一位同學(xué)在電腦上記錄數(shù)據(jù)（如表1中）.

圖7

表1

利用計(jì)算機(jī)擬合p-V圖是一條曲線（如圖8），因不便于確定壓強(qiáng)與體積的關(guān)系，利用“化曲為直”的思想擬合p-1／V圖（如圖9）可以明顯看到p-1／V圖像是一條不過(guò)原點(diǎn)直線，只能說(shuō)明一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)隨體積減小而均勻增大，但不成反比.

圖8

圖9

疑問(wèn)2：圖線不過(guò)原點(diǎn)，是實(shí)驗(yàn)誤差造成？還是一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時(shí)，氣體壓強(qiáng)與體積本身就不成反比呢？

引導(dǎo)：基于證據(jù)大膽質(zhì)疑，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和分析解決問(wèn)題的能力.基于學(xué)生初次接觸對(duì)氣體的實(shí)驗(yàn)研究，且高二學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析素養(yǎng)尚待提高，教師要設(shè)疑啟思，降低臺(tái)階.

探究：教師舉高實(shí)驗(yàn)裝置，讓大家仔細(xì)觀察并提問(wèn)：實(shí)驗(yàn)研究的氣體是否就是注射器筒中氣體？并讓幾個(gè)學(xué)生走上講臺(tái)近距離仔細(xì)觀察.

問(wèn)題發(fā)現(xiàn)：注射器前連接針頭的部分（叫乳頭），乳頭與壓強(qiáng)傳感器連接的軟管有一定的體積，其中存有氣體.

疑問(wèn)3：圖線不過(guò)原點(diǎn)是否就是這微小體積影響所致呢？

修正：把實(shí)驗(yàn)測(cè)得的氣體體積加上連接軟管中的氣體體積（測(cè)得此型號(hào)的注射器乳頭及連接軟管的總?cè)莘e為1.5 mL）

氣體體積修正后數(shù)據(jù)如表2.

表2

利用計(jì)算機(jī)再次擬合p-V圖和p-1／V圖如圖10、11.

圖10

圖11

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：一定質(zhì)量的氣體，在溫度不變的情況下，壓強(qiáng)與體積成反比.人們把這一規(guī)律叫玻意耳定律（板書(shū)：三、玻意耳定律）.

從以上可以看到，學(xué)生經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)測(cè)量、數(shù)據(jù)分析、尋找規(guī)律、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、質(zhì)疑改進(jìn)、分析修正等科學(xué)研究過(guò)程，體會(huì)到了科學(xué)研究方法和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度.

學(xué)以致用：能用玻意耳定律解釋夏天為什么容易爆胎？

2 課堂核心素養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)反思

教學(xué)目標(biāo)是課堂教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)，也是歸宿.課堂教學(xué)目標(biāo)的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到課堂教學(xué)的方向和定位.教學(xué)目標(biāo)的有效達(dá)成度直接影響著課堂教學(xué)效率和質(zhì)量的提高，影響著學(xué)生知識(shí)和方法的掌握，影響著學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.一堂好的課，必須面向全體學(xué)生，使每個(gè)學(xué)生主動(dòng)地得到全面發(fā)展.2017版課程標(biāo)準(zhǔn)明確要求必須把培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)作為物理教學(xué)的重要目標(biāo)，將“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落實(shí)于教學(xué)活動(dòng)中.審視本節(jié)課流程和細(xì)節(jié)，不難發(fā)現(xiàn)核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)情況如下（表3）.

可以說(shuō)，這節(jié)課的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，設(shè)計(jì)立足于學(xué)生生活、實(shí)施立足全體學(xué)生、目標(biāo)立足于學(xué)生發(fā)展，充分體現(xiàn)了“學(xué)生主體，教師主導(dǎo)”的理念，教學(xué)效果較好.

3 結(jié)語(yǔ)

物理學(xué)是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)探究學(xué)習(xí)情境不僅是必要的而且是行之有效的好方法.良好的實(shí)驗(yàn)情境應(yīng)該具備以下特點(diǎn)：基于生活實(shí)際，接近真實(shí)情境；引起認(rèn)知沖突，激發(fā)積極思維；適合學(xué)生水平，符合最近發(fā)展區(qū)要求；緊扣教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點(diǎn)；具有形象性、具體性、探究性和可感知性.體現(xiàn)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)必須把核心素養(yǎng)培養(yǎng)作為教學(xué)設(shè)計(jì)的主目標(biāo)并將其融合于教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)之中.實(shí)施物理核心素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)，必須創(chuàng)設(shè)鮮活、真實(shí)的學(xué)習(xí)情境.教師應(yīng)根據(jù)教材內(nèi)容，積極創(chuàng)設(shè)學(xué)生熟知的、形象直觀的實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生求知、探究欲望，為新課的開(kāi)展注入動(dòng)力.同時(shí)在實(shí)驗(yàn)探究中引導(dǎo)學(xué)生理解科學(xué)思想和方法，培養(yǎng)科學(xué)思維習(xí)慣，增強(qiáng)科學(xué)探究能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，逐步形成科學(xué)的態(tài)度和正確的價(jià)值觀，最終落實(shí)物理核心素養(yǎng)的提升.

表3