林自強(qiáng)

摘? ?要：針對初中物理蒸發(fā)吸熱和液化放熱的教學(xué)難點(diǎn)，明確診斷性教學(xué)取向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改進(jìn)的理論依據(jù)，介紹結(jié)合自制教具和器材改進(jìn)開展的突破難點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐，同時(shí)從堅(jiān)持問題導(dǎo)向的角度總結(jié)研究感悟。

關(guān)鍵詞：診斷性教學(xué)；自制教具；汽化吸熱；液化放熱

以養(yǎng)成核心素養(yǎng)中科學(xué)思維為目標(biāo)，以診斷性教學(xué)為取向，改進(jìn)器材和自制教具，對突破蒸發(fā)吸熱和液化放熱的實(shí)驗(yàn)教學(xué)難點(diǎn)進(jìn)行研究，效果良好。

1? 理論依據(jù)

診斷性教學(xué)模式要求通過觀察、提問、談話、分析學(xué)生活動結(jié)果獲得診斷信息。它的策略是促使學(xué)生解釋，發(fā)展知識結(jié)構(gòu)；方法是對各種情境進(jìn)行預(yù)測，并解釋預(yù)測；重點(diǎn)是將注意集中在結(jié)構(gòu)的有控制的變化上[ 1 ]。物理學(xué)科核心素養(yǎng)中科學(xué)思維是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑、批判，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品質(zhì)[ 2 ]。蒸發(fā)吸熱和液化放熱是教學(xué)難點(diǎn)，主要由于熱量較難觀察、生活中形成許多不一定正確的前概念等原因。這些前概念可能不符合科學(xué)本質(zhì)，但也來源于觀察和體驗(yàn)[ 3 ]。器材的改進(jìn)和自制教具的思路是把對熱量的直覺判斷轉(zhuǎn)換為對溫度的觀察、目的是用數(shù)顯溫度計(jì)和演示溫度計(jì)的數(shù)據(jù)變化取代直覺，更科學(xué)直觀。結(jié)合教具進(jìn)行診斷性教學(xué)引導(dǎo)，注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)前的預(yù)測，有助于促進(jìn)思維發(fā)散，展示在各階段對現(xiàn)象的解釋。引導(dǎo)學(xué)生集中注意力，對比觀察實(shí)驗(yàn)中溫度的變化，從而建立正確的概念。

2? 案例分析

2.1? 蒸發(fā)吸熱

筆者原來教學(xué)中為建立蒸發(fā)吸熱的概念，引導(dǎo)學(xué)生在手背涂抹酒精，通過感覺有無涼意來判斷酒精蒸發(fā)是否吸熱，效果還不錯(cuò)。然而反復(fù)琢磨發(fā)現(xiàn)還存在問題：（1）學(xué)習(xí)這個(gè)內(nèi)容的時(shí)候氣溫低于體溫，酒精溫度等于或低于室溫，感受到?jīng)鲆饪赡苁且驗(yàn)闊醾鬟f，并不能真正說明蒸發(fā)吸熱。（2）酒精從皮膚吸熱，判斷溫度變化靠直覺是不科學(xué)的。

通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)嘗試，發(fā)現(xiàn)使用兩根演示溫度計(jì)（J0302）和一個(gè)藿香正氣水空瓶（內(nèi)裝酒精），一根溫度計(jì)測量瓶內(nèi)酒精初溫，一根溫度計(jì)測量室溫（如圖1）進(jìn)行對比，效果好且科學(xué)。教學(xué)流程：（1）測量前引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測酒精初溫，闡述依據(jù)。學(xué)生猜想有兩類：①酒精溫度等于室溫，依據(jù)是酒精和空氣達(dá)到熱平衡；②酒精溫度低于室溫，依據(jù)是酒精蒸發(fā)吸熱。（2）教師演示實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、匯報(bào)現(xiàn)象。（3）引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)探究酒精蒸發(fā)吸熱的實(shí)驗(yàn)步驟。大多數(shù)學(xué)生設(shè)計(jì)將左側(cè)浸在酒精中的溫度計(jì)玻璃泡取出，和右側(cè)溫度計(jì)對比觀察。（4）演示前請學(xué)生預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和對應(yīng)結(jié)論。學(xué)生猜想分兩類：①溫度計(jì)示數(shù)下降說明酒精蒸發(fā)吸熱；②溫度計(jì)示數(shù)不下降說明酒精蒸發(fā)不吸熱。（5） 教師演示并要求學(xué)生在玻璃泡離開酒精后馬上觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（如圖2），分析得結(jié)論。（6）請學(xué)生預(yù)測隨時(shí)間延長，左側(cè)溫度計(jì)示數(shù)變化趨勢。（7）讓學(xué)生繼續(xù)觀察實(shí)驗(yàn)，匯報(bào)現(xiàn)象，驗(yàn)證猜想。教師可以4倍速播放接下來12 min的實(shí)驗(yàn)視頻（這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場演示時(shí)，從酒精蒸發(fā)完到示數(shù)回到室溫的時(shí)間較長，現(xiàn)象又沒明顯變化。拍攝視頻快進(jìn)播放僅花3 min，節(jié)約了時(shí)間，借助信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)教學(xué)增值。如果遇到現(xiàn)象變化明顯又進(jìn)展快速的實(shí)驗(yàn)過程，也可以慢播，將一閃而過的現(xiàn)象變清晰）。（8）請學(xué)生在坐標(biāo)軸上描繪出溫度計(jì)示數(shù)隨時(shí)間變化的大致圖像（如圖3）。

設(shè)計(jì)意圖：（1）設(shè)計(jì)測酒精初溫的優(yōu)點(diǎn)：①確定酒精的初態(tài)，方便后續(xù)探究；②對比兩個(gè)相同溫度計(jì)的示數(shù)，能更直觀、更科學(xué)分析得出酒精初溫跟室溫相同；③教師通過提問、觀察進(jìn)行診斷，引導(dǎo)學(xué)生建立酒精與室內(nèi)空氣達(dá)到熱平衡的模型。實(shí)現(xiàn)該意圖的技巧是用藿香正氣水的空瓶裝酒精，瓶口內(nèi)徑與溫度計(jì)玻璃泡直徑幾乎相等，反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)酒精體積達(dá)到容積的八分之七時(shí)，玻璃泡剛好浸沒酒精不溢出，酒精蒸發(fā)的表面積達(dá)最小。若酒精溢出，增大了酒精蒸發(fā)表面積，會使酒精溫度低于室溫2 ℃左右（室溫不同，溫差可能不同）。若用礦泉水瓶、燒杯等容器裝酒精，由于容器口較大，因上層酒精蒸發(fā)吸熱，會使酒精初溫比室溫低更多，干擾后續(xù)探究。（2）溫度計(jì)玻璃泡離開酒精后，玻璃泡外壁的酒精迅速蒸發(fā)，溫度計(jì)示數(shù)迅速減小，溫度變化快而明顯（注意：此處須引導(dǎo)學(xué)生專注觀察溫度計(jì)的示數(shù)）。（3）要求學(xué)生先預(yù)測溫度計(jì)示數(shù)變化，再觀察的優(yōu)點(diǎn)：①學(xué)生在預(yù)測中發(fā)散思維，展示前概念，突出學(xué)生的主體性地位；②突破了蒸發(fā)吸熱的難點(diǎn)；③有助于學(xué)生養(yǎng)成逆向思維，建立起玻璃泡內(nèi)水銀放、吸熱模型，實(shí)現(xiàn)知識拓展。（4）要求學(xué)生用圖像描述現(xiàn)象，有利于幫助學(xué)生提升觀察能力、使用圖形語言的表達(dá)能力，實(shí)現(xiàn)能力的延伸。

2.2? 液化放熱

筆者原來教學(xué)中為了介紹液化放熱，在裝有沸水的燒杯口斜放一塊金屬片，觀察金屬片上有無液滴生成判斷水蒸氣是否發(fā)生液化、觀察金屬片的溫度升高與否判斷液化是否放熱，教學(xué)效果還不錯(cuò)。然而不斷琢磨發(fā)現(xiàn)還存在問題：（1）燒杯口就有水蒸氣液化成白霧，金屬片上的液滴未必都是水蒸氣遇金屬片后發(fā)生液化形成的。（2）水蒸氣和白霧本來就比金屬片的溫度高，金屬片溫度升高也有熱傳遞的原因。

在一次培訓(xùn)學(xué)習(xí)中，有幸見到了黃樹清教授自制的教具解決了這個(gè)問題。受此啟發(fā)，憑借記憶自制教具，自制教具由改裝壺、方形支架、試管和數(shù)顯溫度計(jì)組成。第一次實(shí)驗(yàn)失敗了，原因在壺蓋直接鉆孔，壺蓋和壺口漏氣嚴(yán)重。后來經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，改裝壺如圖4，在壺口塞一個(gè)橡膠墊片密封，挖一個(gè)孔插入玻璃管連接導(dǎo)蒸氣管，同時(shí)密封了壺嘴，在壺身也鉆一個(gè)孔連接導(dǎo)沸水管。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5，支架為立方體，上表面擺放電磁爐，正面安裝兩個(gè)同規(guī)格的數(shù)顯溫度計(jì)和兩個(gè)完全相同的試管。兩試管外壁等高位置用黃線做好標(biāo)記，在黃線上方1 cm處再標(biāo)藍(lán)線。

教學(xué)流程：（1） 用注射器將長期靜置室內(nèi)染紅的水，分別注入兩試管中，液面都到達(dá)試管外壁的黃線位置。（2）將數(shù)顯溫度計(jì)的探頭分別沒入兩試管的水中，讀出水的初溫（如圖5）。（3）在水沸騰后，調(diào)小電磁爐功率，通過導(dǎo)水管往左側(cè)試管加適量的沸水，使液面從黃線上升到藍(lán)線位置，用細(xì)棒攪拌均勻，讀出混合液的溫度（如圖6）。（4）通過導(dǎo)氣管把同溫的水蒸氣引導(dǎo)入右側(cè)試管液面下發(fā)生液化，等右試管中液面也從黃線上升到藍(lán)線位置時(shí)，取出導(dǎo)氣管，用細(xì)棒攪拌均勻。演示的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測：混合液溫度右側(cè)與左側(cè)相比有哪些可能的情況？分別說明什么結(jié)論？學(xué)生猜想有兩類：①左右側(cè)溫度相同，說明液化沒有放熱；②右側(cè)比左側(cè)溫度高，說明液化有放熱。（5）讀出右側(cè)混合液的溫度（如圖7），引導(dǎo)學(xué)生分析現(xiàn)象得結(jié)論。

3? 研究感悟

只要在日常教學(xué)過程中，堅(jiān)持質(zhì)疑精神，重視實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)等就容易發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的問題和不足。并能及時(shí)進(jìn)行研究和改進(jìn)，合理使用信息化手段，教學(xué)策略定會有新的突破和提升，非實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容也有異曲同工之效。在研究過程中，促進(jìn)教師帶著問題去學(xué)習(xí)、培訓(xùn)，將教研成果及時(shí)轉(zhuǎn)化為教學(xué)技術(shù)，也能提高教師研究水平。若能長期堅(jiān)持質(zhì)疑精神，養(yǎng)成重視細(xì)節(jié)發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)研究改進(jìn)的習(xí)慣，不但能突破教學(xué)難點(diǎn)，突出教學(xué)重點(diǎn)，改進(jìn)教學(xué)方法，還會使教師自身的綜合素質(zhì)實(shí)現(xiàn)量變到質(zhì)變的提升，也會使學(xué)生的綜合素質(zhì)產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 美國國家研究院學(xué)習(xí)科學(xué)發(fā)展委員會，美國國家研究院學(xué)習(xí)研究與教育實(shí)踐委員會. 人是如何學(xué)習(xí)的[M].程可拉，孫亞玲，王旭卿，等，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2013：118.

［2］ 朱曉安，張鳳英. 比較教學(xué)：防治知識負(fù)遷移促進(jìn)核心素養(yǎng)提升[J]. 中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（6）：42-46.

［3］ 林，艾倫. 學(xué)科學(xué)和教科學(xué)[M].裴新寧，劉新陽，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：13.