合理挖掘教材，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建物理概念的思維能力

王麗英

【說課教案】

《比熱容》選自教育科學(xué)出版社義務(wù)教育教科書《物理》九年級上冊第1章第3節(jié)第1課時。下面我將從內(nèi)容和內(nèi)容解析、目標(biāo)和目標(biāo)解析、教學(xué)問題診斷分析、教學(xué)過程設(shè)計、目標(biāo)檢測設(shè)計五個方面闡述這節(jié)課的設(shè)計思路。

一、內(nèi)容和內(nèi)容解析

1. 內(nèi)容

實驗探究“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”，“比熱容”概念的建立。

2. 內(nèi)容解析

“比熱容”是在實驗探究“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”的基礎(chǔ)上建立起來的。比熱容是物質(zhì)的諸多特性之一，這一概念的建立再次體現(xiàn)了比值定義法對于建立物理概念的重要性。

在實驗探究“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”之前，需要先在理論上分析清楚“如何比較物體吸收熱量的多少”“物體的吸熱能力與哪些因素有關(guān)”，這一過程體現(xiàn)了控制變量法、轉(zhuǎn)換法。 科學(xué)方法是實驗及其結(jié)果是否科學(xué)的關(guān)鍵，是科學(xué)探究的重要方法。

“比熱容”概念對于后續(xù)更好地理解和解釋“比熱容”的現(xiàn)象及應(yīng)用有著重要的作用和意義。

基于以上分析，確定本節(jié)課的教學(xué)重點：比熱容概念的引入過程。

二、目標(biāo)和目標(biāo)解析

1. 目標(biāo)

（1）理解“加熱時間”的作用，會用停表記錄“加熱時間”，體會轉(zhuǎn)換法的思想。

（2）經(jīng)歷“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”的實驗設(shè)計過程，理解控制變量法。

（3）經(jīng)歷實驗探究過程，通過對實驗數(shù)據(jù)、現(xiàn)象的分析，建立“比熱容”概念。

2. 目標(biāo)解析

達成（1）的標(biāo)志：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，在分析“物體的吸熱能力與哪些因素有關(guān)”、設(shè)計“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”的實驗方案時，知道要用“加熱時間”來反映“物體吸收熱量的多少”。

達成（2）的標(biāo)志：學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，知道要探究的問題是“物體的吸熱能力與物質(zhì)種類的關(guān)系”，能運用控制變量法和轉(zhuǎn)換法的思想設(shè)計科學(xué)合理的實驗探究步驟。

達成（3）的標(biāo)志：學(xué)生在分組實驗的過程中能夠合理分工、有條理地記錄數(shù)據(jù)。學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，結(jié)合實驗現(xiàn)象、實驗數(shù)據(jù)進行定量分析，通過獨立思考、組內(nèi)分析、組間交流，找出數(shù)據(jù)間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)同種物質(zhì)的共性、不同種物質(zhì)的特性，并最終用相關(guān)物理量的符號表示出來。

三、教學(xué)問題診斷分析

物體的吸熱能力是一個較為抽象的物理概念。物體吸熱能力的強弱如何比較，以及與質(zhì)量、溫度變化、物質(zhì)種類等影響因素之間存在著怎樣的聯(lián)系，學(xué)生不易直接得出結(jié)論。而且，“比熱容”概念的建立涉及加熱時間、物體質(zhì)量、溫度變化等三個物理量間的運算，即使順利完成實驗，實驗數(shù)據(jù)間的數(shù)量關(guān)系也不明顯。

克服第一個難點：教師結(jié)合學(xué)生的燒水經(jīng)歷，并借助學(xué)案，幫助學(xué)生理清這五個物理量（吸收熱量、加熱時間、物體質(zhì)量、溫度變化、物質(zhì)種類）間的邏輯關(guān)系。

克服第二個難點：先回憶“密度”定義的得出，然后鋪設(shè)臺階，循序漸進，將討論變量的個數(shù)由一個逐漸增加到三個，最后借助Excel表格處理數(shù)據(jù)，通過數(shù)形結(jié)合，深化學(xué)生對“比熱容”概念和比值定義法的理解。

基于以上分析，確定本節(jié)課的教學(xué)難點為：比熱容概念的建立過程。

四、教學(xué)過程設(shè)計

新課標(biāo)倡導(dǎo)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，但是離開教師必要的引導(dǎo)，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)就會流于形式，因此需要用合理的教學(xué)設(shè)計，一來保證課堂教學(xué)的有序，二來促進課堂教學(xué)的生成。本節(jié)課的教學(xué)將從以下六個環(huán)節(jié)展開。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境

【教學(xué)內(nèi)容】學(xué)生觀察圖片，思考教師提出的問題：同學(xué)們?nèi)ミ^海邊嗎？炎炎夏日，站在海水里的小女孩與站在沙灘上的小男孩感受相同嗎？為什么同樣在太陽的照射下，海水和沙子升高的溫度不同呢？

【設(shè)計意圖】多數(shù)學(xué)生對海水與沙子的溫差有比較深刻的體會。聯(lián)系學(xué)生已有的生活經(jīng)驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生的思考，使他們積極參與到課堂學(xué)習(xí)中。

環(huán)節(jié)二：明確要探究的問題

【教學(xué)內(nèi)容】給出概念：在這個情境中，沙子與海水都吸收了熱量。 在物理學(xué)科中，如果物體吸收熱量越多，我們就說物體的吸熱能力越強。

提出問題：物體的吸熱能力與哪些因素有關(guān)？首先以燒水為例，來研究同種物質(zhì)的情況。結(jié)合情景① 燒一壺水與燒半壺水；情景② 將一壺水燒至100℃與50℃。完成學(xué)案上的問題：水吸收熱量的多少與哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生發(fā)言并相互補充，得出：物體的吸熱能力與質(zhì)量、溫度變化有關(guān)。

【設(shè)計意圖】為了降低難度，首先引導(dǎo)學(xué)生研究同種物質(zhì)的情況。學(xué)生普遍都有燒水的生活經(jīng)歷，對加熱時間、水吸收的熱量都有親身體驗，不難找出情景①和②中要凸顯的影響因素——質(zhì)量、溫度變化。學(xué)案的設(shè)計有助于學(xué)生進一步梳理思路，體會轉(zhuǎn)換法的作用，明確相關(guān)物理量間的邏輯關(guān)系，為后面的實驗探究打基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)三：明確實驗探究方案

【教學(xué)內(nèi)容】提出問題：加熱相同質(zhì)量的水和沙子，使它們升高相同的溫度，它們吸收的熱量相同嗎？你有什么猜想？

學(xué)生合理猜想：物體的吸熱能力是否與物質(zhì)的種類有關(guān)？引出新的實驗探究問題。

提出問題：怎樣探究物體的吸熱能力是否與物質(zhì)的種類有關(guān)？請同學(xué)們以小組為單位，討論一下這個實驗的設(shè)計方案。

各小組踴躍發(fā)言并相互補充，在實驗器材（尤其是測量工具及其作用）、實驗步驟（尤其是控制變量法如何體現(xiàn)）等方面達成了共識。

學(xué)生閱讀教科書，思考教師提出的問題：教材上的表格，利用的是哪個方法？如何利用這個表格記錄實驗數(shù)據(jù)？

學(xué)生發(fā)言并相互補充，進一步明確了實驗分工、步驟以及需要收集的數(shù)據(jù)。

【設(shè)計意圖】聯(lián)系上課之初所舉的例子，引導(dǎo)學(xué)生步入本節(jié)課的主題——實驗探究“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”。實驗方案的設(shè)計離不開控制變量法。學(xué)生的能力有差異，因此組織學(xué)生進行小組學(xué)習(xí)。學(xué)生不但可以在學(xué)習(xí)小組內(nèi)部討論出實驗方案，還可以通過小組間交流，使實驗方案得到補充、完善，在分享中收獲到學(xué)習(xí)的快樂。本實驗涉及三個測量工具，較為復(fù)雜。為了在后續(xù)實驗中利用好實驗記錄表格、了解實驗操作要點，在實驗前，教師要引導(dǎo)學(xué)生通過思考、討論，明確實驗表格的使用方法，為后續(xù)實驗鋪墊，確保實驗探究有序、有效地進行。

環(huán)節(jié)四：分組實驗 小組匯報

【教學(xué)內(nèi)容】大屏幕展示“溫馨提示”，學(xué)生動手實驗，教師巡回指導(dǎo)。

實物投影展示學(xué)生收集的數(shù)據(jù)，學(xué)生分析表格中的數(shù)據(jù)，思考教師提出的問題：分析數(shù)據(jù)，你有什么發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生發(fā)言并相互補充，一致得出“水比鐵砂吸熱能力強”的實驗結(jié)論。

【設(shè)計意圖】為了節(jié)約時間，教師事先調(diào)試好實驗裝置，同時對水和鐵砂進行加熱，保證學(xué)生有充足的實驗時間。學(xué)生分組實驗后，教師借助投影設(shè)備隨機選取各小組的實驗數(shù)據(jù)進行匯總，學(xué)生更容易得出具有普遍性的結(jié)論，也更能體會到小組合作學(xué)習(xí)的重要性。

環(huán)節(jié)五：定量分析 建立概念

【教學(xué)內(nèi)容】提出問題：通過分析，我們不難發(fā)現(xiàn)“水的吸熱能力比鐵砂強”。那么，水的吸熱能力究竟是鐵砂的多少倍呢？你是通過分析表格中的哪些數(shù)據(jù)得出結(jié)論的？

學(xué)生發(fā)言并相互補充。學(xué)生們發(fā)現(xiàn)，可以選取不同組數(shù)據(jù)進行比較，方法較多，但是不同組數(shù)據(jù)對應(yīng)的數(shù)量關(guān)系相似：質(zhì)量相同時，加熱時間與升高溫度的比值■，對于水或鐵砂而言相同、水與鐵砂相比則不同；升高溫度相同時，加熱時間與質(zhì)量的比值■，對于水或鐵砂而言相同、水與鐵砂相比則不同。

提出問題：如果質(zhì)量和升高溫度都不同，你還能比較水的吸熱能力是鐵砂的多少倍嗎？

想一想，要比較不同種物質(zhì)的密度，它們的質(zhì)量也不同，體積也不同，我們怎樣處理？

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生無論通過理性思考，還是數(shù)據(jù)驗證，都不難發(fā)現(xiàn)，可以比較■，即使質(zhì)量和升高溫度都不同，對于水或鐵砂而言相同，水與鐵砂相比則不同。

提出問題：這反映了物質(zhì)的一種什么性質(zhì)？

大屏幕展示excel表格，教師輸入數(shù)據(jù)：同學(xué)們有什么發(fā)現(xiàn)？

學(xué)生張口就答：“這是物質(zhì)的一種特性。”通過分析圖像，學(xué)生進一步發(fā)現(xiàn)，以加熱時間T為縱軸，質(zhì)量和升高溫度的乘積m·？駐t為橫軸，水和鐵砂對應(yīng)的圖像分別是兩條經(jīng)過原點、且傾斜程度不同的直線，為兩個正比例函數(shù)。學(xué)生在確認(rèn)了答案的基礎(chǔ)上，對計算機擬合出的圖像仍感到驚嘆。

【設(shè)計意圖】在定性分析的基礎(chǔ)上進行定量分析，是為了引導(dǎo)學(xué)生了解“比熱容”概念的建立過程。由于初四學(xué)生的理性思維還不強，為了從定性分析順利過渡到定量分析，教師可以換用一個數(shù)據(jù)成倍增加的實驗表格，降低思維難度；在理性分析過程中，由易到難，逐漸增加變量個數(shù)，將已學(xué)過的“密度”的定義方法遷移過來，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)的吸熱能力也可以用同樣的方法來比較。通過數(shù)形結(jié)合得出正比例函數(shù)，直觀地體現(xiàn)這一比值對應(yīng)著物質(zhì)的一種特性，有助于學(xué)生思維能力從感性到理性的提升。

環(huán)節(jié)六：引出概念 了解內(nèi)涵

【教學(xué)內(nèi)容】給出概念：這個比值對于不同種物質(zhì)是不同的，對于同種物質(zhì)是相同的，但是不要忘了，加熱時間并不是我們的研究目的，而是為了反映物體吸收熱量的多少。于是，我們就把這樣一個比值■定義為“比熱容”，符號c，公式c=■。

提出問題：比熱容的大小反映了什么？

學(xué)生張口就答：“物質(zhì)的一種吸熱能力。”“1kg的某種物質(zhì)溫度升高1℃吸收的熱量?！?/p>

教師補充：對于同一種物質(zhì)，質(zhì)量相同時，升高1℃所吸收的熱量與降低1℃所放出的熱量是相同的。因此，比熱容的大小反映了物質(zhì)的一種吸放熱能力，即1kg的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃時吸收（或放出）的熱量的多少。

大屏幕展示比熱容表格，學(xué)生觀察表格，思考教師提出的問題：從表格中，你收集到了哪些信息？

學(xué)生發(fā)言并補充：“水的比熱容最大”“比熱容與物質(zhì)種類有關(guān)”“比熱容與物質(zhì)狀態(tài)有關(guān)”等。

【設(shè)計意圖】學(xué)生經(jīng)歷的計算、比較比值的過程，為比熱容概念賦予了個性的理解和感悟，使它不再是一個空洞而生硬的物理概念。學(xué)生對比熱容物理意義的流利闡述為之前的科學(xué)探究過程畫上了一個完美的句號。這一環(huán)節(jié)也拓展了學(xué)生對比熱容概念和內(nèi)涵的認(rèn)識。

【評析】

立足教材 適度挖掘 大膽創(chuàng)新

這節(jié)課是執(zhí)教者在深入理解和挖掘新教材的基礎(chǔ)上，選取并組織適合的課程資源，經(jīng)過精心設(shè)計、充分準(zhǔn)備以后，呈現(xiàn)在我區(qū)教研活動上的一節(jié)展示課。

1. 新舊教材對比分析

與舊教材相比，新教材在本節(jié)的變化主要體現(xiàn)在如下三個方面：

（1）實驗探究方案

①從實驗裝置上看：新教材用2支相同的試管替代了2個相同的金屬盒，用鐵砂替代了沙子，去掉了鐵板，用同一個酒精燈先后直接對裝有水和鐵砂的試管加熱；

②從設(shè)計思路上看：新教材更為具體，不但指出了溫度計的作用，而且明確地將實驗需要收集的數(shù)據(jù)以文字、表格的形式呈現(xiàn)在讀者面前。

（2）比熱容的定義

新教材改變了原來“文字”定義的形式，凸顯了“比值”定義法。

2. 備課中遇到的困難及對策

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容為《比熱容》第一課時，主要涉及新教材在“實驗探究方案”“比熱容的定義”兩方面的變化。執(zhí)教者在設(shè)計本課時遇到的困難，也不外乎這兩方面：

（1）實驗真心難做

困難①：鐵砂難覓.俗話說：巧婦難為無米之炊.沙子隨手可得，但是鐵砂卻不好找，學(xué)校也來不及配備，只能放眼器材市場與鐵制品工廠。難道放棄鐵砂？查一下比熱容表格，鐵砂的比熱容是沙子的一半，用鐵砂做實驗，現(xiàn)象肯定更為明顯！而且，由于金屬的導(dǎo)熱性好，即使不攪拌，也能得到較為準(zhǔn)確的實驗結(jié)果！鐵砂值得尋找……

困難②：實驗數(shù)據(jù)毫無規(guī)律。教者采用新教材的實驗裝置和實驗表格，在辦公室里親自動手實驗，加熱試管中的水時，發(fā)現(xiàn)火苗左右搖擺，熱源極不穩(wěn)定，根本無法保證試管底部在相同的時間內(nèi)吸收相同的熱量，導(dǎo)致一定質(zhì)量的水在升高溫度成倍增加的情況下，所測得的加熱時間也毫無規(guī)律可言；而且，溫度升高得很快，在記錄數(shù)據(jù)時非常不方便。

困難③：實驗在短時間內(nèi)無法重做。執(zhí)教者對數(shù)據(jù)很不滿意，打算重新實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試管中的水溫度降低得很慢，除非借助冷水降溫或者在試管中重裝等質(zhì)量的水，否則要等待很長時間。這就意味著，學(xué)生在課堂上分組實驗時，一旦實驗失敗，很難有時間或機會重做實驗。這無疑是對學(xué)生實驗?zāi)芰Φ奶魬?zhàn)。

困難④：使用秒表難。本實驗涉及天平、溫度計、秒表三個測量工具，其中秒表的使用最為困難。體現(xiàn)在：如果累積計時，就會遇到分、秒及后兩位數(shù)字間的單位不同的麻煩；如果連續(xù)計時，就要迅速讀數(shù)、迅速復(fù)位，得眼疾手快，并且配合協(xié)調(diào)。

這些實驗操作困難，①、③、④屬于人為因素，可以解決，但是②則是由于新教材中的實驗裝置本身不完善導(dǎo)致的，需要執(zhí)教者加以改進。

對策：為了解決熱源不穩(wěn)定、加熱時間短的困難，執(zhí)教者與同組老教師（李臣老師）交流后，借鑒水沸騰的實驗裝置，增加了一片石棉網(wǎng)（如圖2），立刻得到了令人振奮的實驗效果——在誤差允許范圍內(nèi)，升高5℃、10℃、15℃、20℃所需的加熱時間穩(wěn)定地成倍數(shù)變化！

（2）比值法難定義

新教材在實驗探究結(jié)束后，直接給出了“比熱容”的定義式。比熱容涉及了三個物理量的運算關(guān)系，是初中階段最為復(fù)雜的物理概念之一。

新教材一改舊教材用“文字”定義物理概念的方式，顯然是要凸顯比值定義法對建立物理概念的作用，并希望學(xué)生初步形成用比值來描述物質(zhì)特性的意識。也就是讓學(xué)生不但知道“是什么”，而且還能知道“為什么”。

因此，執(zhí)教者須引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷建立“比熱容”概念的過程，而這一過程就是運用比值定義法比較同種或不同種物質(zhì)的過程。

但是，初四學(xué)生的理性思維還不強，直接用物理符號進行理論推導(dǎo)是行不通的。又由于升高規(guī)定的溫度（5℃、10℃、15℃、20℃）所對應(yīng)的加熱時間不是整數(shù)，它們之間的數(shù)量關(guān)系很難直接看出，所以要引導(dǎo)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)進行定量分析也很困難。

怎樣才能降低思維上的難度，讓學(xué)生自己意識到這個比值的來歷，明白建立“比熱容”概念的意義所在呢？教材沒有指出，這顯然需要執(zhí)教者對新教材內(nèi)容進行補充（如表1）。

在解決困難的過程中，執(zhí)教者通過親身體驗感到：物理教學(xué)應(yīng)該與時俱進，努力用新教材的新理念、新要求來指導(dǎo)教學(xué)，應(yīng)該盡量貼近新教材，用心體會新教材的設(shè)計意圖，卻又不能完全依賴新教材，執(zhí)教者還應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平、認(rèn)知規(guī)律、認(rèn)知習(xí)慣，對教材做必要的改進和補充，正所謂“用教材教，而不是教教材”。

3. 教學(xué)實施中的亮點與不足

（1）亮點

①分組實驗.學(xué)生們都能動手動腦，積極參與到物理概念的學(xué)習(xí)過程中，既獲得了直觀體驗，又鍛煉了實驗?zāi)芰?，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用。

②手段豐富。本課采用了實驗、定性分析、比值定義、圖像等多種手段，目的都是為了找到“比較不同種物質(zhì)的吸熱能力”的辦法。這些教學(xué)方法的變化激發(fā)了學(xué)生的興趣，降低了學(xué)生學(xué)習(xí)抽象概念的難度，調(diào)動了學(xué)生用不同的思維方式思考同一個物理問題的興趣，將生硬的物理概念加入了自己的個性理解?？梢哉f，在這一節(jié)課的時間內(nèi)，學(xué)生學(xué)到的不僅是物理知識，更學(xué)到了物理方法，并且收獲了鮮活的生命體驗。

③學(xué)案引領(lǐng)。學(xué)案幫助學(xué)生梳理各物理概念間的聯(lián)系，構(gòu)建自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將知識與方法加以落實，為后續(xù)學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，為物理學(xué)習(xí)注入持續(xù)動力。

（2）不足

①由于借班上課，教對于學(xué)生的實驗?zāi)芰α私獠蛔?，沒有在課前讓學(xué)生對秒表的使用加以練習(xí)，導(dǎo)致部分學(xué)生對加熱時間的數(shù)據(jù)收集和處理不準(zhǔn)確。

②在定量分析時，對數(shù)據(jù)的分析處理有些復(fù)雜。如果能夠分別對水與色拉油進行分析，學(xué)生會很容易發(fā)現(xiàn)，對于水或色拉油而言，是定值，比較水與色拉油，卻是不同的。既能達到同樣的目的，又能大大降低難度。

③圖像不僅可以直觀形象地揭示一些物理規(guī)律，而且可以鑒別錯誤數(shù)據(jù)，為此，如果能將錯誤數(shù)據(jù)也輸入電腦，引導(dǎo)學(xué)生從圖像上將其與合理的實驗數(shù)據(jù)加以區(qū)分，對圖像的利用就更充分了。