指向深度學習的情境教學在初中物理概念教學中的運用

姚壘

摘要：情境教學已經成為物理概念教學的常用教學方式，但由于教師沒有充分挖掘情境資源，情境創(chuàng)設流于形式，導致學生的學習往往是機械的、淺層的，不利于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。以“比熱容”的概念教學為例，可以從三個方面創(chuàng)設情境：結合物理學史創(chuàng)設情境，利用類比創(chuàng)設情境，聯系生活實際創(chuàng)設情境，引導學生深度學習。

關鍵詞：深度學習;情境教學;物理概念;“比熱容”

在初中物理中，“比熱容”的概念極其抽象，是第一個由三個物理量定義的概念，學生理解起來非常困難。教師只有通過創(chuàng)設合理的教學情境，讓學生主動探索發(fā)現，親身經歷物理概念的建構過程，才能解決這一大教學難點。下面筆者結合蘇教版“物質的比熱容”一節(jié)的教學，談談在概念教學中如何進行情境創(chuàng)設，引導學生深度學習。

一、結合“比熱容”概念建立的歷史，創(chuàng)設物理情境，深刻理解物理概念

脫離物理學史設計的實驗情境，會讓物理概念建立得牽強。學生知其然而不知其所以然，自然無法實現對學習情境的深入理解。追尋“比熱容”概念建立的過程，英國科學家約瑟夫·布萊克首先將“熱量和溫度”兩個概念區(qū)分開來。布萊克經過大量反復的實驗，終于發(fā)現：同樣的物質，物體的重量（質量）越大，升高的溫度越多，所需要的熱量也越多，并且成正比;并進一步發(fā)現：重量（質量）相同的不同物質，升高相同的溫度所需要的熱量也不同。用公式表示出來：

Q=c·m·（t-t0）

比例系數c，布萊克把它叫作“比熱”。

【片段1】

師：同學們都燒過熱水，要將水燒開，怎樣減少加熱時間？

生：加大火力，減少水的質量，提高水的初溫……

師：油炸食物需要燒熱油，標準大氣壓下，油的沸點在2300C-2500C，水的沸點是1000C。初溫、質量都相同的兩鍋水和油，用同樣大小的火力加熱，誰先沸騰？

觀看視頻：油先沸騰。

師：同一時刻，水和油誰吸收的的熱量多？

生1：油溫度高，油吸收的熱量多。

生2：加熱方式一樣，加熱時間也相同，油和水吸收的熱量一樣多。

師：加熱方式相同時，損失的熱量一樣，可以認為單位時間內吸收的熱量也相同。200多年前，人們也是這樣錯誤地認為“溫度高的物體吸收的熱量多”，直到英國科學家約瑟夫·布萊克將一塊00C的冰和77.80C的熱水混合，發(fā)現冰吸收了熱量，溫度并沒有升高，仍是00C。他認為溫度和熱量是兩回事。

師：同一時刻水和油吸收的熱量一樣多，為什么油先沸騰（油升溫快）？

【設計意圖】從生活情境“加熱水和油，油先沸騰”引入，巧設問題，切入學生認識的誤區(qū)“溫度高的物體吸收熱量多”。結合物理學史布萊克的研究，引導學生深入思考釋疑，為后續(xù)的教學掃清障礙。

【片段2】

實驗探究：水和油吸熱升溫的現象。

師：試著找出探究的問題涉及幾個物理量？

生：質量，升高的溫度，吸收的熱量。

師：布萊克經過大量的實驗，發(fā)現同樣的物質，質量越大，升高的溫度越多，所需要的熱量也越多。我們要比較水和油吸熱升溫的現象，需要控制哪些物理量相同？

生：質量和加熱方式相同。

師：我們可以將水和油升高相同的溫度，比較吸收的熱量（加熱時間）。

學生實驗：將質量相同的水和油裝入相同的燒杯中，用同一酒精燈加熱，記錄溫度升高200℃所需要的時間。改變升高的溫度，進行多次實驗。

師：我們發(fā)現了布萊克得到的結論：質量相同的不同物質，升高相同的溫度時，吸收的熱量不同。這一結論顯示出物質的一種熱學性質——吸熱能力。那么，水和油誰的吸熱能力大？

生：水。因為水升高同樣的溫度吸收的熱量多。

師：布萊克經大量研究，發(fā)現熱量可以用公式表示出來：Q=c·m·（t-t0）。公式可以變形得到c=Q/（mΔt）。最初布萊克把比例系數C叫作“比熱”，后來人為賦予了它新的內涵，用“比熱容”來反映不同物質對吸收熱量的容納本領。

【設計意圖】學生很容易在熟悉的生活情境中找到“比熱容”概念中涉及的三個物理量，順著布萊克的發(fā)現歷程設計實驗，讓實驗探究順理成章。

二、創(chuàng)設情境進行類比，引導學生深入思考

利用探究得到的實驗結論，解釋“為什么同一時刻水和油吸收的熱量一樣多，油先沸騰”。學生一時無法解釋。教師創(chuàng)設物理情境進行類比遷移，可以幫助學生突破認知屏障。

【片段3】

教師在水平桌面上放兩個橫截面積不同、高度相同的燒杯。

師：如果把這兩個燒杯裝滿水，誰需要的水多？誰的盛水本領大？

生：大燒杯b。

教師將等質量的紅墨水倒入兩個燒杯中，觀察液面高度的變化。

師：容納能量（熱）的能力不同類比容納液體的能力不同，吸收熱量的多少類比盛水的多少，升高的溫度類比液面高度的變化。大燒杯b容納液體的本領強，放入相同的液體，液面升高得少。試著解釋不同物質吸收相同熱量時溫度的變化。

生：“比熱容”大的物質容納能量的能力強，吸收相同的熱量時，升高的溫度少。

【設計意圖】利用實驗結論解釋概念引入情境中設置的問題，前后呼應，主題突出，引發(fā)學生深度思考。

三、物理概念回歸生活，通過生活情境，深度領悟概念的物理意義

根據“比熱容”概念的內涵：“比熱容”大的物質吸熱（放熱）能力強，溫度不易變化，教師可以從這兩種表現創(chuàng)設生活情境，幫助學生理解“比熱容”的物理意義。學生已經親歷了探究的過程，建構了“比熱容”概念，可以自行分析：“為什么海邊中午沙子燙而海水涼，傍晚沙子涼而海水溫？”“為什么沿海地區(qū)晝夜溫差小，內陸地區(qū)晝夜溫差大？”“為什么汽車發(fā)動機用水進行冷卻，熱水袋里裝水取暖？”聯系實際學以致用，學生在對所學知識的遷移應用中，深化對概念的理解。

巧設情境，引導學生深度思考是構建物理概念的關鍵。教師要充分挖掘教學資源，利用學生已有的生活經驗，創(chuàng)設引發(fā)學生深度學習的、多樣化呈現的物理情境，實現教學與學生發(fā)展的融合共進。學生在對概念積極的建構生成過程中，完善了概念網絡，能夠運用學習策略和新知識解決實際問題，促進了核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]崔友興.基于核心素養(yǎng)培育的深度學習[J].課程·教材·教法，2019（2）.

[2]朱文軍.基于物理學史的比熱容教學[J].物理教學探討，2017（10）.

[3]李吉林.情境教學怎樣設計情境[J].人民教育，1999（2）.

[4]吳志明.促進深度學習的問題驅動教學研究[J].中學物理教學參考，2017（12）.

[5]唐曉挺.淺層與深層生活物理問題的相互融合：初中物理教學中基于生活的問題導學策略[J].物理之友，2015（2）.

（責任編輯：韓曉潔）