李思敏 朱巧萍

(寧夏大學(xué)物理與電子電氣工程學(xué)院 寧夏 銀川 750000)

杜威經(jīng)驗(yàn)論改造所衍生的教育特性表明，經(jīng)驗(yàn)教育具有連續(xù)性、情境性、整體性、交互性和偶然性[1].根據(jù)經(jīng)驗(yàn)教育的特性，郭元祥教授概括出了一種新的經(jīng)驗(yàn)教學(xué)模式——U型模式[2].該模式包括“下沉”“潛行”“上浮”3個(gè)主要環(huán)節(jié)，而這3個(gè)環(huán)節(jié)用圖形表示類似于“U”型，所以命名為“U型模式”.其中，“下沉”即還原和下沉，知識(shí)具有連續(xù)性，學(xué)習(xí)新知識(shí)需要與原有知識(shí)建立聯(lián)系，在已有知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)建補(bǔ)充或改良修正，與原有知識(shí)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，達(dá)到想要繼續(xù)探索、求真的效果；“潛行”即經(jīng)驗(yàn)與探索，利用活動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，以新的問(wèn)題為目標(biāo)，引導(dǎo)探究，進(jìn)行新知識(shí)框架體系的建構(gòu)，這一過(guò)程是學(xué)生深入學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，通過(guò)不斷經(jīng)歷“經(jīng)驗(yàn)—活動(dòng)—新經(jīng)驗(yàn)”的探究過(guò)程，擴(kuò)展認(rèn)知，達(dá)到對(duì)知識(shí)的了解和認(rèn)識(shí)；“上浮”即反思與上浮，對(duì)新知識(shí)進(jìn)行反思與應(yīng)用，加深理解，能夠進(jìn)行知識(shí)提取，達(dá)到知識(shí)的升華.

《新課程標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)、精選和內(nèi)容等提出了要求，以實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，發(fā)展素質(zhì)教育的獨(dú)特育人價(jià)值[3].將學(xué)科核心素養(yǎng)滲透到U型模式中指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，在教學(xué)環(huán)節(jié)中潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)教育育人的終極目標(biāo).本文以2019人教版普通高中物理教科書(shū)選擇性必修第三冊(cè)第二章第2節(jié)“氣體的等溫變化”為研究?jī)?nèi)容，通過(guò)在該節(jié)教學(xué)中運(yùn)用U型教學(xué)模式，如圖1所示，充分體現(xiàn)物理學(xué)科核心素養(yǎng)的滲透.

圖1 “氣體的等溫變化”U型教學(xué)模式圖

1 教材分析

“氣體的等溫變化”是本章的重點(diǎn)內(nèi)容，研究在等溫狀態(tài)下，一定質(zhì)量的氣體壓強(qiáng)p與體積V的關(guān)系.重點(diǎn)使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)理解氣體等溫變化的規(guī)律，得出玻意耳定律，難點(diǎn)在于如何運(yùn)用玻意耳定律去分析和解決實(shí)際問(wèn)題.高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)對(duì)本章的要求是“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解氣體實(shí)驗(yàn)定律”，其中“探究等溫情況下一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系”也是新課程標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的學(xué)生必做的實(shí)驗(yàn)之一[3].

2 學(xué)生分析

選擇性必修第三冊(cè)這本物理教材在實(shí)際教學(xué)中一般面向高二或高三的學(xué)生，學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中有過(guò)認(rèn)識(shí)氣體狀態(tài)參量的機(jī)會(huì)，對(duì)壓強(qiáng)、體積和溫度3個(gè)物理概念分別有所掌握，但是對(duì)于三者之間存在的關(guān)系還沒(méi)有系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，并且學(xué)生已經(jīng)使用過(guò)控制變量、圖像分析等實(shí)驗(yàn)與探究的方法，在教師的引導(dǎo)下可以很容易明確目標(biāo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)總結(jié)出規(guī)律.

3 教學(xué)過(guò)程

3.1 下沉——聯(lián)系生活知識(shí)表象

情景活動(dòng)一：表演控制氣球的魔術(shù)

圖2所示為自制的簡(jiǎn)易哈勃瓶，在瓶?jī)?nèi)放入氣球，將氣球口固定在瓶口，請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)演示吹氣球.展示利用一個(gè)瓶蓋就可以控制氣球膨脹的神奇之處，設(shè)置懸念.

圖2 自制“哈勃瓶”

情景活動(dòng)二：視頻展示+演示實(shí)驗(yàn)

(1)播放視頻：如圖3所示，在太陽(yáng)下暴曬的密封鐵桶，當(dāng)用冷水沖洗降溫時(shí)會(huì)變癟.

圖3 冷水沖洗熱鐵桶

(2)實(shí)驗(yàn)演示：如圖4所示，將裝過(guò)熱水后的塑料瓶密封，用冷水沖洗，塑料瓶會(huì)變癟.

圖4 冷水沖洗熱水瓶

通過(guò)視頻和演示的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生了解到與氣體狀態(tài)相關(guān)的物理量，認(rèn)識(shí)到對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，其狀態(tài)與體積、壓強(qiáng)和溫度有關(guān)，進(jìn)而使其明白氣體“狀態(tài)參量”的概念和內(nèi)容.

設(shè)計(jì)意圖：一節(jié)課的開(kāi)始，最重要的一點(diǎn)就是集中學(xué)生注意力，讓學(xué)生快速進(jìn)入到物理課的學(xué)習(xí)中來(lái)，通過(guò)學(xué)生的親自動(dòng)手操作，提高學(xué)生參與度，迅速吸引學(xué)生.通過(guò)展示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生原有認(rèn)知的沖突，激起學(xué)生的好奇心和探究心理，進(jìn)而繼續(xù)探索新知.將生活中的現(xiàn)象構(gòu)建成物理模型，密切聯(lián)系生活，加強(qiáng)與個(gè)人的聯(lián)系性.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象將抽象的物理知識(shí)表象化，讓學(xué)生能夠明白3個(gè)狀態(tài)參量之間存在一定的聯(lián)系，為接下來(lái)的繼續(xù)探究作下鋪墊.

3.2 潛行——自我加工科學(xué)探究

3.2.1 引入新課

利用舊知識(shí)(“速度、位移與時(shí)間”的關(guān)系、“電流、電壓與電阻”的關(guān)系)歸納出本節(jié)探究?jī)?nèi)容應(yīng)選用的實(shí)驗(yàn)方法——控制變量法，結(jié)合氣體狀態(tài)參量?jī)?nèi)容，引出本節(jié)課的主要意圖在于探究溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量氣體壓強(qiáng)p與體積V之間的關(guān)系，即“氣體的等溫變化”.

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)方法是學(xué)生之前所學(xué)習(xí)過(guò)的，教師給出一點(diǎn)提示引導(dǎo)，學(xué)生就能說(shuō)出答案，讓學(xué)生回憶之前知識(shí)，目的在于使他們想起該實(shí)驗(yàn)方法如何使用，類比推理到本節(jié)實(shí)驗(yàn)該如何進(jìn)行，在學(xué)習(xí)新內(nèi)容的同時(shí)也鞏固舊知識(shí).

3.2.2 新課探究

情景活動(dòng)一：定性探究氣體等溫變化的規(guī)律

教師提供給學(xué)生儀器備品，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，小組思考討論，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，利用所給儀器，自主設(shè)計(jì)安裝實(shí)驗(yàn)裝置(圖5)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，觀察現(xiàn)象，猜想結(jié)論，最后各小組展示成果，說(shuō)明本組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，并分析以下幾個(gè)問(wèn)題:

圖5 定性探究等溫變化規(guī)律的實(shí)驗(yàn)情景

(1)如何確定自己所研究的氣體質(zhì)量是不變的？

(2)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中是如何控制溫度不變的？

(3)壓強(qiáng)的變大變小是通過(guò)什么判斷的？

引導(dǎo)學(xué)生得出一定質(zhì)量的氣體，溫度不變時(shí)，體積越大，壓強(qiáng)越??；體積越小，壓強(qiáng)越大.

情景活動(dòng)二：定量探究氣體等溫變化的規(guī)律

利用圖6所示的實(shí)驗(yàn)儀器，學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，明確實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，利用傳感器讀取數(shù)據(jù)，繪制表格記錄數(shù)據(jù)，如表1所示，運(yùn)用圖像法分析、處理數(shù)據(jù)，如圖7所示.各組對(duì)實(shí)驗(yàn)圖像進(jìn)行對(duì)比分析，概括總結(jié)氣體等溫變化的規(guī)律，并找出造成圖像差異的可能性.

圖6 定量探究等溫變化實(shí)驗(yàn)儀器

表1 某組學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表(T=24.6 ℃)

圖7 某組學(xué)生數(shù)據(jù)處理圖

情景活動(dòng)三：DIS實(shí)驗(yàn)?zāi)M等溫變化規(guī)律

圖8 DIS實(shí)驗(yàn)裝置圖

圖9 DIS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合截圖

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)小組交流討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷猜想假設(shè)、收集和處理數(shù)據(jù)，歸納總結(jié)結(jié)論和規(guī)律等實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，體驗(yàn)知識(shí)的得出，加深對(duì)知識(shí)理解的同時(shí)也提升了動(dòng)手和動(dòng)腦能力，是培養(yǎng)科學(xué)思維的必備過(guò)程；交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果的過(guò)程也是學(xué)生反思自我的過(guò)程，通過(guò)理解結(jié)果中不可避免的誤差也有利于學(xué)生實(shí)事求是、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度的培養(yǎng)；將傳感器與計(jì)算機(jī)等現(xiàn)代信息技術(shù)加入到物理課堂的教學(xué)中，更是體現(xiàn)了核心素養(yǎng)中科學(xué)與技術(shù)的融合，形成物理智慧化課堂，提高實(shí)驗(yàn)的效率，促進(jìn)物理教學(xué)信息化發(fā)展[4].

3.3 上浮——自我建構(gòu)知識(shí)升華

情景活動(dòng)一：回顧課前吹氣球魔術(shù)，運(yùn)用本節(jié)知識(shí)解釋原因

學(xué)生將玻意耳定律與“魔術(shù)”對(duì)比，注意到氣體壓強(qiáng)和體積的變化，發(fā)現(xiàn)不擰上瓶蓋時(shí)吹氣球，瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)與外界大氣壓相同，壓強(qiáng)不發(fā)生變化；擰上瓶蓋時(shí)，吹氣球會(huì)使瓶?jī)?nèi)氣體體積變小，導(dǎo)致壓強(qiáng)變大，所以不容易吹起來(lái).

情景活動(dòng)二：播放一段人在水底吐泡泡的視頻和圖片,如圖10所示，讓學(xué)生觀察泡泡在水中由下至上的變化情況

圖10 水底吐泡視頻圖

學(xué)生觀看“水底吐泡”視頻，發(fā)現(xiàn)泡泡由下至上越來(lái)越大，泡泡中氣體體積變大，根據(jù)玻意耳定律，氣泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)會(huì)變小，而實(shí)際情況確實(shí)是在上升過(guò)程中水的壓強(qiáng)和氣體壓強(qiáng)之和在變小，所以符合玻意耳定律.

情景活動(dòng)三：組織學(xué)生回憶玻意耳定律的知識(shí)，并讓學(xué)生思考生活中應(yīng)用此定律的例子或裝置

學(xué)生利用生活中的物品舉例子：噴灑農(nóng)藥的噴霧器、洗手液或洗發(fā)水的瓶子等，教師補(bǔ)充“氣壓保溫瓶”，布置學(xué)生課后查閱資料，分析氣壓保溫瓶或洗手液、洗發(fā)水瓶子等物品的內(nèi)部構(gòu)造和工作原理，然后自制模型，下節(jié)課組織活動(dòng)互相展示，交流成果.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)揭示現(xiàn)象的本質(zhì)，加強(qiáng)學(xué)生知識(shí)的建構(gòu)和理解，培養(yǎng)學(xué)生從物理學(xué)視角解釋現(xiàn)象和實(shí)際問(wèn)題，形成自己的物理觀念，理解科學(xué)本質(zhì)；認(rèn)識(shí)到物理學(xué)在社會(huì)和生活中的應(yīng)用，打破“唯分?jǐn)?shù)”的思想，看到物理學(xué)的真正價(jià)值；將知識(shí)運(yùn)用建模，使其得到升華，逐漸形成探索自然的內(nèi)在動(dòng)力，并有創(chuàng)造性的應(yīng)用和發(fā)展能力.

4 結(jié)束語(yǔ)

物理學(xué)科以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，其知識(shí)和規(guī)律的獲得來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)，親身體驗(yàn)知識(shí)的產(chǎn)生過(guò)程、歸納總結(jié)物理規(guī)律是理解物理知識(shí)、解決物理學(xué)習(xí)困難的關(guān)鍵.本文利用U型模式教學(xué)，讓學(xué)生經(jīng)歷從生活現(xiàn)象到定性探究再到定量實(shí)驗(yàn)的過(guò)渡，整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程由淺入深、由簡(jiǎn)到繁，“下沉”出生活中的物理問(wèn)題，“體驗(yàn)”到新知識(shí)的獲得過(guò)程，“上浮”做到物理現(xiàn)象的解釋和建模.這種教學(xué)模式既貼近學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，又利于學(xué)生理解接納新的知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的物理觀念，訓(xùn)練其科學(xué)思維，對(duì)養(yǎng)成學(xué)生的物理興趣和提高物理教學(xué)的有效性具有重要作用.