張祖鑫　韓禮剛　彭楓

［摘 要］初中物理中比熱容的定義涉及三個物理量，相較于速度、密度等概念較為復(fù)雜，實際學(xué)習(xí)中學(xué)生對比熱容的定義理解有一定的困難，究其原因是在學(xué)習(xí)中忽視了比熱容概念的建構(gòu)過程。5E教學(xué)模式是科學(xué)教育中被廣泛接受的教學(xué)模式，其優(yōu)點是允許學(xué)生探究并深入學(xué)習(xí)，因此采用5E教學(xué)模式設(shè)計教學(xué)，突出比熱容概念的建構(gòu)過程，可使學(xué)生對比熱容概念的建構(gòu)有清晰的認識。

［關(guān)鍵詞］5E教學(xué)模式；比熱容；初中物理

［中圖分類號］ G633.7 ［文獻標(biāo)識碼］? A ［文章編號］ 1674-6058（2023）26-0049-03

比熱容是初中物理極為抽象的概念之一，其定義涉及三個物理量，學(xué)生理解起來有一定的難度?！读x務(wù)教育物理課程標(biāo)準（2022年版）》對學(xué)習(xí)比熱容的要求是通過實驗，了解比熱容；能運用比熱容說明簡單的自然現(xiàn)象。在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對教材中“比較不同物質(zhì)的吸熱情況”這一實驗的探究過程不清楚，往往傾向于記住實驗結(jié)論和比熱容的定義，而對比熱容概念的建構(gòu)過程較為模糊，無法體會到“比熱容是物質(zhì)的一種特殊屬性”。

5E教學(xué)模式以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）、評價（Evaluation）五個環(huán)節(jié)。在開展5E教學(xué)時，教師首先呈現(xiàn)一個事例給學(xué)生，再結(jié)合事例提出問題，引導(dǎo)學(xué)生進行探究、提煉概念，在探查學(xué)生是否掌握科學(xué)概念、培養(yǎng)學(xué)生的探究能力以及構(gòu)建能力方面均具有優(yōu)勢。因此，采用注重探究的5E教學(xué)模式設(shè)計“比熱容”的教學(xué)，突出探究過程的關(guān)聯(lián)性，可讓學(xué)生深刻理解比熱容概念的建構(gòu)過程，使教學(xué)更加精確化。

一、5E教學(xué)流程

5E教學(xué)的組織應(yīng)體現(xiàn)科學(xué)思維及科學(xué)探究的應(yīng)用，遵循學(xué)生解決問題的邏輯順序，以生活情境鋪墊引入主題，突出比熱容概念的探究建構(gòu)過程，使學(xué)生能夠清晰地感知概念的形成過程，形成良好的思維邏輯。5E教學(xué)流程如圖1所示。

二、基于5E教學(xué)模式的“比熱容”教學(xué)設(shè)計

（一）情境引入，吸引學(xué)生

在課始，教師結(jié)合生活中常見的自然現(xiàn)象創(chuàng)設(shè)問題情境：夏天的時候在相同的日照條件下，沙灘上的沙子熱得燙腳，而海水卻很涼爽，產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是什么呢？在學(xué)生回憶生活情境后，教師提示學(xué)生同樣的日照條件意味著吸收相同的熱量，學(xué)生根據(jù)教師的提示用物理語言描述“沙子熱得燙腳”和“海水涼爽”兩種不同的現(xiàn)象，由此引出本節(jié)課要探究的問題：質(zhì)量相等的不同物質(zhì)，吸收相同的熱量，升高的溫度相同嗎？

評析：讓學(xué)生按照教師提示歸納出沙子與海水的溫度情況并提出探究的問題，以此培養(yǎng)學(xué)生運用物理語言描述并分析問題的能力。

（二）問題探究，邏輯建構(gòu)

教師展示實驗器材，如電子天平、兩個分別裝有食用油和水的燒杯、電加熱器、數(shù)字溫度計以及電源。學(xué)生根據(jù)實驗器材分組設(shè)計實驗方案來探究上述問題。教師對各小組設(shè)計的實驗方案進行指導(dǎo)點評，并提醒學(xué)生注意控制變量法和轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用。在學(xué)生應(yīng)用控制變量法的基礎(chǔ)上提問學(xué)生實驗中需要控制哪個物理量不變以及需要測量哪些物理量。在學(xué)生應(yīng)用轉(zhuǎn)換法的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生明白用相同熱源加熱時間的長短來表示物質(zhì)吸收熱量的多少。最后引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)實驗方案并進行實驗，即用完全相同的電加熱器分別加熱質(zhì)量相等的食用油和水，每隔相同時間，測量并記錄它們的溫度。

評析：5E教學(xué)中的探究環(huán)節(jié)允許學(xué)生最大限度地自主探究并進行深入學(xué)習(xí)，教師在此過程中要逐步引導(dǎo)、有序組織，突出邏輯順序。由于無法測量物質(zhì)吸收的熱量，因此需要借助轉(zhuǎn)換法通過比較加熱時間來比較吸收熱量的多少，這是首先需要引導(dǎo)學(xué)生理解的。實驗結(jié)束后，學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)，歸納實驗結(jié)論：質(zhì)量相等的食用油和水吸收相同的熱量，水的溫度上升較少。此時教師要繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生進一步分析，由“升高相同的溫度，水的加熱時間長”得出食用油和水的吸熱能力有所不同，即不同的物質(zhì)吸熱能力各不相同。通過實驗數(shù)據(jù)得出正確結(jié)論并推理，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維能力，避免學(xué)生由“食用油溫度升高多”而得出“水的吸熱能力強”的錯誤結(jié)論。

在之前探究的基礎(chǔ)上，教師提出問題：食用油與水的吸熱能力有所不同，質(zhì)量相等的食用油和水升高相同的溫度，水加熱的時間長，那么水吸收的熱量與什么因素有關(guān)呢？待學(xué)生思考后，教師引出生活中常見的例子，然后引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)思考：燒水時加熱時間的長短受哪些因素的影響？

學(xué)生猜想并設(shè)計實驗方案，分別探究水吸收的熱量與其升高溫度、質(zhì)量的關(guān)系。在實驗過程中，需要讓學(xué)生在探究水吸收的熱量與其升高溫度的關(guān)系時保持水的質(zhì)量不變，改變水升高的溫度測量并記錄加熱時間；在探究水吸收的熱量與其質(zhì)量的關(guān)系時改變水的質(zhì)量，使每次水的溫度升高的度數(shù)相同，測量并記錄加熱時間，由此引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

評析：5E教學(xué)注重創(chuàng)設(shè)生活情境和實施問題導(dǎo)學(xué)。引導(dǎo)學(xué)生借助生活經(jīng)驗分析較為抽象的物理問題，能夠有效降低問題解決的難度，同時符合“從生活走向物理”的課程理念。學(xué)生在分析物質(zhì)吸收熱量與哪些因素有關(guān)時難度較大，而燒開水是一個非常好的生活實例，學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗知道在相同條件下燒開一壺水比燒開半壺水用的時間多；將一壺水燒開比不燒開用時長。由此，學(xué)生能很快聯(lián)想到水吸收的熱量與水的質(zhì)量和升高的溫度有關(guān)。在實驗探究中應(yīng)用控制變量法探究三者關(guān)系，得到水吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度的乘積成正比，學(xué)生掌握了科學(xué)探究方法，有效提高了分析與解決問題的能力。

基于上述實驗結(jié)果，教師引導(dǎo)學(xué)生思考食用油吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度的乘積是否也成正比。學(xué)生猜想并進行實驗驗證，重復(fù)上述實驗操作，驗證食用油吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度的乘積的關(guān)系。實驗結(jié)束后，學(xué)生分別作食用油和水的加熱時間與質(zhì)量和升高溫度的乘積的函數(shù)圖像并匯總在同一個坐標(biāo)系上。

評析：相較于教材，本教學(xué)設(shè)計將“比較不同物質(zhì)的吸熱情況”這一探究實驗分為三個步驟。一是根據(jù)生活現(xiàn)象驗證不同物質(zhì)吸收相同熱量后溫度變化確實有所不同；二是探究物質(zhì)吸收熱量與什么因素有關(guān)；三是在明確關(guān)系后探究其背后存在的數(shù)學(xué)關(guān)系并由此定義新的物理量，使學(xué)生對概念的引出獲得清晰、全面的認識，這樣的探究過程更符合思維邏輯。

（三）類比解釋，定義概念

教師引導(dǎo)學(xué)生分別分析食用油和水吸收的熱量與其質(zhì)量和升高溫度乘積的函數(shù)圖像，學(xué)生根據(jù)已有數(shù)學(xué)知識進行交流討論。通過交流討論發(fā)現(xiàn)，食用油和水吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度乘積的成正比，但比值不同，由此呈現(xiàn)出兩條均過原點但斜率不同的直線。此時，教師提醒學(xué)生在前面學(xué)習(xí)的內(nèi)容中已出現(xiàn)過同樣的函數(shù)圖像，學(xué)生回憶、思考后，教師展示鐵和鋁的質(zhì)量與體積的函數(shù)圖像，學(xué)生回憶密度的定義過程并嘗試用類比法定義比熱容，最后教師和學(xué)生一起對比熱容的定義、物理意義及公式、單位做補充說明。

評析：通過前面三個探究環(huán)節(jié)的鋪墊，引導(dǎo)學(xué)生對探究過程及結(jié)果進行交流分析，鼓勵學(xué)生根據(jù)已有知識進行邏輯推理并作出科學(xué)解釋。在定義密度時，由鐵和鋁的質(zhì)量與體積圖像可知，同種物質(zhì)的質(zhì)量和體積成正比；物質(zhì)不同，它們的質(zhì)量和體積的比值也不同，這反映了不同物質(zhì)的不同性質(zhì)，由此定義密度的概念。與密度類似，物體吸收的熱量與質(zhì)量和升高溫度的乘積也成正比，而且不同物質(zhì)的比值不同，這同樣反映出物質(zhì)的性質(zhì)。因此，引導(dǎo)學(xué)生自主歸納，將物體的這一性質(zhì)定義為比熱容。學(xué)生在這一環(huán)節(jié)中運用類比方法解釋探究過程，將各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來使之成為整體，這是5E教學(xué)的優(yōu)勢所在，各環(huán)節(jié)既相互獨立又彼此相連，發(fā)揮整體作用。這樣的學(xué)習(xí)歷程使學(xué)生對比熱容的定義過程和“比熱容是物質(zhì)的一種屬性”有了更加深刻的認識，有利于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展，也符合課程標(biāo)準的要求。

（四）遷移應(yīng)用，鞏固創(chuàng)新

經(jīng)歷吸引、探究和解釋三個環(huán)節(jié)，學(xué)生對比熱容概念有了深刻且全面的理解，此時教師提出生活中與比熱容相關(guān)的三個問題，引導(dǎo)學(xué)生將知識遷移到新的問題情境中。例如，為什么沿海地區(qū)晝夜溫差小，而沙漠地區(qū)晝夜溫差大？我國北方樓房中的暖氣用水作為介質(zhì)，把燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量帶到房屋中取暖，為什么要用水作為介質(zhì)呢？在早期的汽車中，為防止發(fā)動機的溫度過高而用水作為冷卻劑，為什么要用水作為冷卻劑呢？后來人們又加入其他成分進行了改進，為什么又不單純用水作為冷卻劑了呢？

評析：“遷移”環(huán)節(jié)是5E教學(xué)模式中學(xué)生鞏固已有概念并與新情境建立聯(lián)系的環(huán)節(jié)，通過三個問題的設(shè)計讓學(xué)生在“遷移”環(huán)節(jié)中充分提高知識水平和思維品質(zhì)。第一個問題將地理現(xiàn)象與物理知識聯(lián)系起來，引導(dǎo)學(xué)生查找水與沙石的比熱容大小，分析沿海地區(qū)與沙漠地區(qū)晝夜溫度變化的差別。第二個問題與生活聯(lián)系緊密，待學(xué)生解釋原因后教師可適當(dāng)引入比熱容計算，讓學(xué)生根據(jù)計算結(jié)果體會水作為介質(zhì)取暖的經(jīng)濟性與便利性。第三個問題具有挑戰(zhàn)性，學(xué)生分析解釋后需要針對“水在冬天易結(jié)冰”這一缺點進行改進，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性解決問題的綜合能力。

（五）多維評價，反思提高

通過課堂表現(xiàn)評價表（見表1），從個人學(xué)習(xí)態(tài)度、個人知識的掌握情況、人際交流與合作三個方面評價學(xué)生。教師評價可使學(xué)生獲得正確認知，學(xué)生互評可使學(xué)生從合作者的角度獲得感知，自我評價有助于學(xué)生反思總結(jié)與提高?；谠u價結(jié)果，教師可有目的地控制基礎(chǔ)性作業(yè)與拓展性作業(yè)的分布比例。

評析：“評價”環(huán)節(jié)至關(guān)重要，評價貫穿于整個5E教學(xué)中，它能反饋學(xué)情，為后續(xù)教學(xué)穩(wěn)定開展奠定基礎(chǔ)。學(xué)生能獲得對知識和課堂中各個環(huán)節(jié)表現(xiàn)的認知，教師據(jù)此掌握教學(xué)情況，從而優(yōu)化教學(xué)。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計著重把“比較不同物質(zhì)的吸熱情況”這一實驗拆分成三個探究步驟，清晰還原出比熱容的定義過程，有效降低了思維跨度，使學(xué)生能更好地理解比熱容概念的建構(gòu)過程。同時在采用5E教學(xué)模式設(shè)計教學(xué)時，針對5E教學(xué)各環(huán)節(jié)的特點總結(jié)出了各環(huán)節(jié)的應(yīng)用實施策略。

（一）探究主導(dǎo)“明”過程

物理概念是在大量事實和相關(guān)實驗的基礎(chǔ)上建立的。在5E教學(xué)中的引入、探究環(huán)節(jié)，利用生活現(xiàn)象引出所要探究的主要問題，將探究過程設(shè)計為前后相聯(lián)系的環(huán)節(jié)，清晰展現(xiàn)出比熱容的完整定義過程。

（二）科學(xué)解釋“悟”方法

科學(xué)解釋強調(diào)用證據(jù)對問題作出解釋。中學(xué)生限于認知發(fā)展規(guī)律對未知概念、數(shù)據(jù)聯(lián)系等方面的辨析容易出錯，例如在加熱時間相等的情況下，學(xué)生會認為溫度升高多的物質(zhì)吸熱能力強，沒有正確區(qū)分溫度變化與吸熱能力兩個概念。在5E教學(xué)模式下，通過教師在“解釋”環(huán)節(jié)中適當(dāng)引導(dǎo)，學(xué)生能很好地領(lǐng)悟概念的內(nèi)涵和掌握概念辨析的方法，培養(yǎng)了正確的物理觀念。

（三）遷移提高“拓”思維

知識遷移能力是物理學(xué)科核心素養(yǎng)中的關(guān)鍵能力之一。教師在遷移環(huán)節(jié)中拓展舊知，使學(xué)生在新的情境中對比已有知識經(jīng)驗，思考、解決問題，從而提升知識遷移能力。層層遞進地設(shè)計三個問題的深度，使整個教學(xué)結(jié)構(gòu)更加完整，有效提高了學(xué)生的思維品質(zhì)，深化了學(xué)生對概念的理解。

（四）多維評價“促”發(fā)展

評價應(yīng)著眼于學(xué)生的發(fā)展?！霸u價”環(huán)節(jié)是5E教學(xué)中的最后一個環(huán)節(jié)，但在教學(xué)中發(fā)揮的作用不可小視。從學(xué)生的個人學(xué)習(xí)態(tài)度、個人知識的掌握情況、人際交流與合作三大領(lǐng)域?qū)W(xué)生進行全面評價，可促進學(xué)生全面發(fā)展。

［參考文獻］

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［2］? 徐勇，孟照順.“吸”“容”有別 “授”“受”分清：從比熱容教學(xué)困惑想起［J］.物理通報，2021（11）：2-3，11.