指向深度教學(xué)的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)
——以“比熱容”為例

文/佛山市南海區(qū)桂城街道平洲第二初級(jí)中學(xué) 隋文泉

相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，物理實(shí)驗(yàn)的深度教學(xué)體現(xiàn)在與教和學(xué)兩個(gè)方面，一方面需要教師在課前深度備課，包括備教材、備學(xué)情等；另一方面要能夠做到引導(dǎo)學(xué)生深入思考，使得學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程有深刻理解，并最終形成科學(xué)的深度思維。

一、教材的分析與備課

根據(jù)新課標(biāo)要求，學(xué)生要通過(guò)實(shí)驗(yàn)，了解比熱容，嘗試用比熱容說(shuō)明簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象。在以往的教學(xué)實(shí)踐中，如何通過(guò)“比較不同物質(zhì)吸熱情況”的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生了解比熱容的概念，這是初中物理教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。為了更好地深度備課，備教材，因此選擇了人教版和滬科粵教版兩種版本的教材，做了對(duì)比分析。（見(jiàn)表一）

表一

“比較不同物質(zhì)吸熱情況”的實(shí)驗(yàn)，人教版教材中采用的材料是水和食用油，加熱裝置是電加熱器。而滬科粵教版教材中采用的材料是水和沙子，加熱裝置是酒精燈。水和沙子的組合雖然和引入情景相吻合，但是由于熱傳遞的方式不同，在實(shí)驗(yàn)中往往一開(kāi)始沙子升溫較慢，這就為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析增加了難度，因此采用水和食用油的對(duì)比實(shí)驗(yàn)更好一些。此外，酒精燈作為加熱裝置，火焰不穩(wěn)定，兩個(gè)酒精燈很難做到單位時(shí)間放熱量相等，因此不建議使用酒精燈加熱。而教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，人教版教材圖中的電加熱器功率過(guò)大，實(shí)驗(yàn)過(guò)程短，不便于記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。所以，對(duì)于有條件的學(xué)校，建議更換成為實(shí)驗(yàn)室用的紅外加熱器。

在學(xué)情方面，學(xué)生在本節(jié)課學(xué)習(xí)中的一大難點(diǎn)在于，實(shí)驗(yàn)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，構(gòu)建比熱容這個(gè)物理量的概念，表達(dá)式運(yùn)用了比值定義法，涉及到了四個(gè)物理量，而且熱量Q不是測(cè)量結(jié)果，而是由加熱時(shí)間轉(zhuǎn)換比較得來(lái)的，因此對(duì)學(xué)生的思維跨度要求較大，對(duì)比熱容的概念容易產(chǎn)生認(rèn)知障礙。針對(duì)這種情況，應(yīng)該注意為學(xué)生搭建“腳手架”，引導(dǎo)學(xué)生思維，特別是類比其他采用比值定義法的物理量，比如速度、密度等，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的知識(shí)遷移。

二、教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)展

1.引導(dǎo)學(xué)生思考，提出探究問(wèn)題

情景展示：如圖2 所示，夏天的中午，人們赤腳走在海邊的沙灘上，覺(jué)得沙子很燙；當(dāng)走進(jìn)海水的時(shí)候，卻覺(jué)得海水比較涼。

師：圖中的場(chǎng)景，涉及到了哪些物理量呢？

生1：海水的“燙”和沙子的“涼”都是在描述物體的冷熱，物理上用溫度描述物體的冷熱程度。

生2：夏天的中午，太陽(yáng)在向海水和沙子傳遞熱量。

師：同學(xué)們能不能從這樣的現(xiàn)象中，提煉出一個(gè)值得我們實(shí)驗(yàn)探究的物理問(wèn)題呢？

生：不同的物質(zhì)，吸收了相同的熱量后，溫度的變化相同嗎？

點(diǎn)評(píng)：比熱容的概念涉及到了多個(gè)物理量，以往的教學(xué)過(guò)程中，引入環(huán)節(jié)由教師主導(dǎo)，過(guò)程較快，往往幾分鐘便進(jìn)入了實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)，沒(méi)有給學(xué)生預(yù)留充分思考分析的空間。 在搭建情景之后， 應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生， 啟發(fā)他們用科學(xué)的思維和物理的概念來(lái)重新建構(gòu)問(wèn)題， 從生活的直觀感受和主觀經(jīng)驗(yàn)邁進(jìn)物理的世界。

2.整理實(shí)驗(yàn)思路，提煉科學(xué)思維

師：實(shí)驗(yàn)員為大家準(zhǔn)備了兩種物質(zhì)，一種是水，一種是食用油，我們今天來(lái)比較他們的吸熱情況，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意什么呢？

生：水和食用油的質(zhì)量要相等。

師：這樣的要求體現(xiàn)了物理研究中的什么方法？

生：控制變量法。

師：是否要求水和食用油的初溫相等呢？

生：不需要，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)觀察的是溫度變化量，與初溫?zé)o關(guān)。

對(duì)于水和食用油質(zhì)量相等，學(xué)生往往能夠想到，但初溫是否要相等，學(xué)生中可能會(huì)有不同的看法，這里可以組織學(xué)生討論，觀點(diǎn)交鋒，在討論中強(qiáng)化學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解。

師：我們?cè)趺幢ＷC相同質(zhì)量的水和食用油吸收相同的熱量呢？

生：可以使用相同的加熱裝置，加熱相同的時(shí)間。

師：用加熱時(shí)間代表吸收熱量的多少，這體現(xiàn)了什么科學(xué)方法呢？

生：轉(zhuǎn)換法。

最終引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)得出實(shí)驗(yàn)思路，用質(zhì)量相同的水和食用油，在相同的加熱裝置下，加熱相同時(shí)間，比較兩種物質(zhì)升高的溫度。

點(diǎn)評(píng)：在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)階段，需要老師抽絲剝繭，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，攻克難點(diǎn)， 厘清實(shí)驗(yàn)思路。 比如用加熱時(shí)間表示吸收熱量的多少，是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)，在這里需要注意為學(xué)生構(gòu)建腳手架， 而不能越俎代庖， 灌輸式教學(xué)。 同時(shí)在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，注意總結(jié)科學(xué)思維和科學(xué)方法， 有利于培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.重視數(shù)據(jù)記錄，提升分析能力

數(shù)據(jù)的記錄和分析是非常重要的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，因此要注意指導(dǎo)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，然后組織學(xué)生對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。并且要向?qū)W生強(qiáng)調(diào)，應(yīng)該如實(shí)記錄，不能編造修改實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是，嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)品質(zhì)。

得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)后，指導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，描點(diǎn)連線，通過(guò)圖像進(jìn)行分析?？梢砸约訜釙r(shí)間或吸收熱量為橫坐標(biāo)，溫度或者溫度變化量為縱坐標(biāo)，做出圖像，例如圖1 所示。從圖像中，可以分析出，相同質(zhì)量的水和食用油，在吸收相同熱量的情況下，升高的溫度不相等，水升溫較慢，而食用油升溫較快。

圖1

點(diǎn)評(píng)：如果圖像不能明顯比較出兩種物質(zhì)的吸熱能力， 則應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生分析原因， 是由于某些環(huán)節(jié)出現(xiàn)了錯(cuò)誤， 比如相同質(zhì)量水和食用油的稱量、溫度計(jì)的讀數(shù)，還是其他原因?qū)е碌膶?shí)驗(yàn)誤差。 在分析總結(jié)的過(guò)程中，鍛煉學(xué)生的科學(xué)思維，加深對(duì)于物理知識(shí)、 物理思想的理解，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣和熱愛(ài)。而不應(yīng)該直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論，甚至簡(jiǎn)單粗暴地否定學(xué)生得到的“不理想”的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

4.把握認(rèn)知規(guī)律，突破教學(xué)難點(diǎn)

比熱容作為表示物質(zhì)吸熱能力的物理量，在向?qū)W生提出之前，應(yīng)該注意比值定義法的滲透。以速度的概念為例，要比較物體運(yùn)動(dòng)的快慢，相同時(shí)間可以比較路程，相同路程可以比較時(shí)間，但是如果時(shí)間和路程均不相同，那么就用路程與時(shí)間的比值，這就是速度的概念。

同理比較不同的兩個(gè)物體的吸熱能力，吸收相同熱量時(shí)，可以比較升高溫度；而升高相同溫度時(shí)，可以比較吸收熱量；但是如果兩個(gè)物體吸收的熱量和升高的溫度都不相同呢？這時(shí)根據(jù)比值定義法，由速度概念的認(rèn)知遷移，學(xué)生會(huì)想到用熱量Q 與溫度變化量Δt 的比值，其實(shí)這就是“熱容”這個(gè)物理量的表達(dá)式。有的學(xué)生可能會(huì)想到，但是這個(gè)比值越大，意味著物體的吸熱能力越差，這不符合多數(shù)人的思維習(xí)慣，因此我們用，而不用兩種不同物質(zhì)在比較吸熱能力時(shí)，還要注意到質(zhì)量m 的影響，因此我們要用再除以質(zhì)量m，保證用單位質(zhì)量的去比較，此時(shí)就引出了“比熱容”的表達(dá)式

點(diǎn)評(píng)：借助比值定義法這一“腳手架”，以及熱容概念的過(guò)渡，可以突破比熱容概念教學(xué)的難點(diǎn)， 具有比較清晰的邏輯建構(gòu)， 也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

三、結(jié)論

要上好一節(jié)實(shí)驗(yàn)課，需要老師深度備課，研究教材，分析實(shí)驗(yàn)安排的合理性，大膽改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)裝置，以及分析學(xué)情。課堂教學(xué)過(guò)程中，注意學(xué)生的主體性，引導(dǎo)學(xué)生深度思考，多動(dòng)手動(dòng)腦，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)精神。對(duì)于教學(xué)中的難點(diǎn)，要善于構(gòu)建“腳手架”，遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)認(rèn)知遷移，深化對(duì)于物理知識(shí)的理解與應(yīng)用。