滲透科學(xué)方法的“濕度和降水”教學(xué)實(shí)踐

陳蒼鵬

摘 要：“濕度和降水”是一個(gè)復(fù)雜的物理現(xiàn)象，教學(xué)中蘊(yùn)含著許多的科學(xué)方法，在教學(xué)設(shè)計(jì)中突出實(shí)驗(yàn)法、模型法、比較法等科學(xué)方法，促使學(xué)生利用不同的方法來(lái)解決不同的問(wèn)題，以提高學(xué)生解決問(wèn)題和實(shí)踐創(chuàng)新的能力。

關(guān)鍵詞：濕度和降水；科學(xué)方法；運(yùn)用

科學(xué)方法是解決科學(xué)問(wèn)題的重要手段，是人們?yōu)楂@得科學(xué)認(rèn)識(shí)所采用的規(guī)則和手段系統(tǒng)，是科學(xué)認(rèn)識(shí)的成果和必要條件?？茖W(xué)方法也是學(xué)生從知識(shí)學(xué)習(xí)到能力發(fā)展的中間環(huán)節(jié)，從某種意義上講科學(xué)方法比知識(shí)更重要，并將影響學(xué)生的一生。

科學(xué)方法主要有控制變量法、實(shí)驗(yàn)法、觀察法、模型法、歸納法、演繹法、類(lèi)比法、比較法、分類(lèi)法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法等。為了突出科學(xué)方法教育對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和科學(xué)素養(yǎng)的作用，把各種科學(xué)方法運(yùn)用到具體科學(xué)教學(xué)中，應(yīng)該以實(shí)踐為落腳點(diǎn)，以學(xué)生為切入點(diǎn)。

一、教材分析

濕度是物理學(xué)中的一個(gè)概念，也是影響天氣的一個(gè)重要因素，降水的形成過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，屬于天氣現(xiàn)象。其中濕度的概念是本節(jié)課的一個(gè)難點(diǎn)，學(xué)生對(duì)此比較陌生，而且概念繁多——涉及濕度、絕對(duì)濕度、飽和濕度、相對(duì)濕度等，對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)真是非常抽象，難以理解，需要通過(guò)模型來(lái)幫助學(xué)生理解濕度的相關(guān)概念。在學(xué)習(xí)了相對(duì)濕度等概念之后，再學(xué)習(xí)降水，就比較符合邏輯，既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，也符合物理規(guī)律。但是降水的形成條件以及過(guò)程還是比較難，尤其是凝結(jié)核的概念，又是一個(gè)比較難的知識(shí)點(diǎn)。

二、教學(xué)思路建構(gòu)與分析

教學(xué)思路設(shè)計(jì)：濕度與健康（問(wèn)題情境）—濕度（觀察法）—相對(duì)濕度等（模型法）—干濕球溫度計(jì)制作（實(shí)驗(yàn)）—測(cè)量相對(duì)濕度（實(shí)驗(yàn)法）—降水條件（歸納法）—降水模擬（模擬實(shí)驗(yàn)法）—人工降水（原理運(yùn)用）。

從教學(xué)思路中可以看出，本節(jié)課運(yùn)用了實(shí)驗(yàn)法、模型法、歸納法、觀察法等多種科學(xué)方法。尤其是飽和濕度、相對(duì)濕度，通過(guò)模型來(lái)揭示其特征和本質(zhì)，這里的模型借助PowerPoint技術(shù)，直觀反映本質(zhì)的思想模型，使難以直接觀察到的相對(duì)濕度等直觀化，有助于理解概念。

對(duì)于降水條件的歸納，也比較抽象，需要借助模擬實(shí)驗(yàn)的手段來(lái)突破，通過(guò)一邊觀察實(shí)驗(yàn)一邊分析，逐步建立降水形成的一般模型：空氣上升→冷卻降溫→水汽凝結(jié)→云滴增大→降水形成。

學(xué)生初學(xué)濕度和降水這樣難度大的內(nèi)容時(shí)，需要遵循“從簡(jiǎn)到繁、由易到難、循序漸進(jìn)”的原則。引導(dǎo)學(xué)生處理濕度概念的時(shí)候，盡量把復(fù)雜的問(wèn)題分解成若干個(gè)較為簡(jiǎn)單的問(wèn)題后再逐個(gè)突破。

三、教學(xué)過(guò)程

（一）創(chuàng)設(shè)情境 實(shí)驗(yàn)觀察 構(gòu)建概念

為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引出濕度，一開(kāi)始就播放濕度和生活息息相關(guān)的電視報(bào)道——黑龍江電視臺(tái)《濕度和身體健康》。

學(xué)生通過(guò)電視視頻感悟到，濕度不僅是影響人類(lèi)身體健康的一個(gè)因素，而且也是天氣的一個(gè)重要因素。那么什么是濕度呢？

學(xué)生小組活動(dòng)，觀察和思考（如圖1）。

（1）表面皿底部發(fā)現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么會(huì)這樣？ （2）一杯冷水和一杯熱水，哪一杯上方空氣中水汽多？為什么？（3）如果水汽不斷增多，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

學(xué)生觀察與討論后，根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行分析，再經(jīng)過(guò)小組互助，形成如下觀點(diǎn)。

（1）熱水杯表面皿底部發(fā)現(xiàn)很多的水珠，而冷水杯上的表面皿底部則沒(méi)有發(fā)現(xiàn)水珠。因?yàn)闊崴戏剿唷囟雀?，遇冷凝結(jié)，而冷水杯上方水汽少、溫度低，不會(huì)凝結(jié)。

（2）熱水燒杯上方的水汽比冷水燒杯上方的水汽多。因?yàn)闊崴舭l(fā)得多也蒸發(fā)得快，在外界氣溫和氣壓條件相同的情況下，在相同的時(shí)間里（約3分鐘），熱水杯上方的表面皿下方有許多細(xì)小的水滴，而冷水杯上方的表面皿則是干燥的。

本實(shí)驗(yàn)也說(shuō)明了溫度越高，空氣中水汽也越多。

（3）冷水杯水汽不斷增多的話，也會(huì)出現(xiàn)水珠，熱水杯水汽增多，水汽凝結(jié)更加厲害。

教師對(duì)學(xué)生的發(fā)言和互助，需要給予及時(shí)的鼓勵(lì)和肯定。同時(shí)繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生引出新概念——濕度。從問(wèn)題（2）可知，不同空氣中水汽的多少是不一樣的，我們把空氣中水汽的多少稱(chēng)之為濕度。這樣，學(xué)生同樣可以推出：在地面條件相似的情況下，溫度越高，濕度越大。

教師繼續(xù)引導(dǎo)：從熱水杯出現(xiàn)水珠的現(xiàn)象，我們可以認(rèn)為這個(gè)杯子里面水汽還能容納嗎？學(xué)生很自然予以否定。教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合“飽和溶液”與“不飽和溶液”的概念，提出“飽和濕度”——把這個(gè)不能再容納水汽的現(xiàn)象稱(chēng)之為水汽的飽和現(xiàn)象。這個(gè)濕度可稱(chēng)之為“飽和濕度”，那么另外一個(gè)稱(chēng)之為不飽和現(xiàn)象，把空氣中水汽實(shí)際的含量，科學(xué)家稱(chēng)之為“絕對(duì)濕度”。當(dāng)然，絕對(duì)濕度可以不可以是飽和的？學(xué)生自然認(rèn)為是可以的。

【設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)】通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察，既呈現(xiàn)了真實(shí)的情境，讓學(xué)生仔細(xì)觀察物理現(xiàn)象，并分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的科學(xué)問(wèn)題，融合了一種重要的科學(xué)方法。在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的比較中，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析與比較，并能初步嘗試尋找各相關(guān)因素之間的聯(lián)系。通過(guò)學(xué)生的定性觀察，建立濕度概念，并在此基礎(chǔ)上加以引導(dǎo)，推出“飽和濕度”“絕對(duì)濕度”等概念，從而培養(yǎng)學(xué)生的推理能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—做出假設(shè)—進(jìn)行觀察—做出判斷—進(jìn)行推理這一思維方法。

（二）設(shè)計(jì)模型 化難為易 探究本質(zhì)

教師啟發(fā)：熱水杯空氣中水汽已經(jīng)達(dá)到飽和狀態(tài)，會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)現(xiàn)象，而冷水杯空氣中水汽沒(méi)有達(dá)到飽和狀態(tài)，水汽不會(huì)凝結(jié)，那么，它離飽和濕度還有多大的程度呢？

我們通過(guò)案例和模型來(lái)進(jìn)行分析（如圖2），幫助建立相對(duì)濕度的概念。例如，10℃時(shí)，某草坪上空1 m3的空氣中實(shí)際含水汽的量為5g，而1 m3空氣中最多能容納水汽量為10g。這樣，這1m3空氣離飽和的程度有多大？（這里的數(shù)據(jù)做了近似處理，便于運(yùn)算）

學(xué)生會(huì)出現(xiàn)不同的數(shù)據(jù)，有的認(rèn)為是5g，有的認(rèn)為50%。

啟發(fā)：由于空氣很多，去稱(chēng)量多少水汽質(zhì)量會(huì)很困難，用百分比會(huì)比較方便。這個(gè)50%是怎么算出來(lái)的？學(xué)生很自然地得出絕對(duì)濕度與飽和濕度的比值。我們就把這個(gè)值叫作相對(duì)濕度。它是由兩個(gè)物理量共同組成，能反映絕對(duì)濕度和飽和濕度的關(guān)系，有利于判斷水汽凝結(jié)的情況。

例如，10℃時(shí)，某草坪上空1 m3的空氣中實(shí)際含水汽的量為5g，水汽能凝結(jié)嗎？學(xué)生會(huì)認(rèn)為不能判斷，還需要知道10℃時(shí)的飽和濕度。所以，絕對(duì)濕度還不能預(yù)測(cè)水汽是否凝結(jié)，而飽和濕度只能說(shuō)明該溫度下水汽能凝結(jié)成云，難以看出天氣的變化。相對(duì)濕度就能把這兩個(gè)數(shù)據(jù)合為一體，能較好地預(yù)測(cè)水汽是否凝結(jié)，預(yù)測(cè)天氣怎么變化。

教師進(jìn)一步提出：該草坪上水汽如果再增加2g，那又是多少？再增加到多少克才會(huì)達(dá)到飽和呢？若不斷增加水汽呢？在模型的基礎(chǔ)上，學(xué)生很自然地計(jì)算出增加2g相對(duì)濕度為70%，增加5g就是100%了，水汽要達(dá)到飽和了，如果繼續(xù)增加水汽，那就會(huì)凝結(jié)出現(xiàn)水珠。

教師在此實(shí)例的基礎(chǔ)上又可以引導(dǎo)學(xué)生得出另外一個(gè)重要的結(jié)論：相對(duì)濕度可以作為水汽是否凝結(jié)的一個(gè)條件。

一定溫度下，相對(duì)濕度越大，空氣中水汽和干濕程度有什么關(guān)系？這個(gè)問(wèn)題需要教師組織學(xué)生進(jìn)行小組合作與交流，然后得出：一定溫度下，相對(duì)濕度越大，空氣中水汽越接近飽和，就越容易發(fā)生凝結(jié)。

空氣的干濕程度與空氣中所含有的水汽量接近飽和的程度有關(guān)，而和空氣中含有水汽的絕對(duì)量卻無(wú)直接關(guān)系。例如，20℃空氣中的濕度為17g/ m3時(shí)，已達(dá)到飽和，感到很悶，即將下雨。但在炎熱的夏天中午，氣溫30℃，人們并不感到潮濕，因?yàn)榇藭r(shí)離水汽飽和氣壓還很遠(yuǎn)，物體中的水分還能夠繼續(xù)蒸發(fā)。而在較冷的秋天，大約15℃，人們卻會(huì)感到潮濕，因?yàn)檫@時(shí)的水汽壓已經(jīng)達(dá)到飽和，水分不但不能蒸發(fā)，而且還要凝結(jié)成水。

【設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)】相對(duì)濕度模型的構(gòu)建，讓學(xué)生的思維和意識(shí)上建立起相應(yīng)的科學(xué)模型，從而使相對(duì)濕度的概念能被學(xué)生所接受。對(duì)于初中生來(lái)說(shuō)，需要把這種看不見(jiàn)摸不著的“絕對(duì)濕度”“相對(duì)濕度”等復(fù)雜的問(wèn)題做簡(jiǎn)單化處理，摒棄次要因素，突出主要因素，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行合理化處理，幫助學(xué)生構(gòu)建科學(xué)模型。實(shí)際上，這也是一種重要的科學(xué)思想。

在建立科學(xué)模型時(shí)，有時(shí)為了更加形象地描述科學(xué)問(wèn)題，往往還需要引入一些虛擬的內(nèi)容，比如，這里我們就采取一個(gè)簡(jiǎn)單的圖形，來(lái)形象、直觀地表述絕對(duì)濕度和飽和濕度。

（三）動(dòng)手操作 學(xué)以致用 理解原理

設(shè)疑：生活中，哪些現(xiàn)象能說(shuō)明相對(duì)濕度達(dá)到100%？學(xué)生不假思索地提出許多現(xiàn)象：出現(xiàn)云霧降水，墻壁瓷磚上出現(xiàn)水珠，家里衛(wèi)生間里鏡子上出現(xiàn)水珠……

在此基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)提供新的問(wèn)題情境：這是2015年11月26日杭州氣象臺(tái)預(yù)報(bào)的相對(duì)濕度預(yù)報(bào)圖（見(jiàn)圖3），請(qǐng)根據(jù)相對(duì)濕度來(lái)預(yù)報(bào)天氣。

學(xué)生進(jìn)行小組討論后再做回答：今天天氣以陰為主，在早晨和傍晚有雨，深夜將會(huì)晴。

教師設(shè)疑過(guò)渡：那么，我們能否測(cè)出相對(duì)濕度的大小呢？出示濕度測(cè)量工具——常用干濕球濕度計(jì)（如圖4）。要求學(xué)生完成以下三個(gè)小任務(wù)：（1）干濕球濕度計(jì)結(jié)構(gòu)；（2）干濕球濕度計(jì)的工作原理；（3）怎么讀數(shù)？怎么查表？（4）制作干濕球濕度計(jì)。

教師提供兩支溫度計(jì)、紗布、細(xì)線、小燒杯、鐵架臺(tái)、水以及相對(duì)濕度表。學(xué)生針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察與思考。

組織學(xué)生進(jìn)行觀察與實(shí)驗(yàn)。學(xué)生利用器材制作干濕球濕度計(jì)，并測(cè)一測(cè)教室內(nèi)的相對(duì)濕度的值。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生可以測(cè)得數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行小結(jié)與反思：實(shí)驗(yàn)中難免出現(xiàn)誤差，甚至?xí)鲥e(cuò)。請(qǐng)學(xué)生分析各組獲得的數(shù)據(jù)。思考：為什么干球溫度計(jì)的讀數(shù)也會(huì)出現(xiàn)這么大的差異？

根據(jù)教材表2-5相對(duì)濕度表的數(shù)據(jù)可以得出：相同氣溫下，干濕差越大，濕度越??；相同干濕差下，氣溫越高，濕度越大。對(duì)于測(cè)得的數(shù)據(jù)，學(xué)生分析后也找到實(shí)驗(yàn)中存在的一些問(wèn)題：因?yàn)闇囟扔?jì)本身的原因；因?yàn)椴煌男〗M所處的位置所影響；因?yàn)樽x數(shù)中出現(xiàn)錯(cuò)誤……

【設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)】通過(guò)學(xué)生動(dòng)手制作干濕球濕度計(jì)，測(cè)量教室里的相對(duì)濕度，并討論測(cè)量的誤差，分析誤差的原因。這一系列的探究活動(dòng)，既有利于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、思維能力，也有助于培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及鍛煉學(xué)生沉著操作、冷靜思考的心智。

教學(xué)中，特別注意到對(duì)獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，尋找不同小組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的原因，從學(xué)生最熟悉的事實(shí)引出，容易激發(fā)學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，引發(fā)學(xué)生思考并理解濕度的概念。

（四）模擬實(shí)驗(yàn) 總結(jié)規(guī)律 實(shí)踐提升

在學(xué)習(xí)了濕度及測(cè)量濕度等一系列知識(shí)后，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行歸納：云、霧形成的條件是什么？學(xué)生會(huì)歸納出成云降水的條件是“空氣的相對(duì)濕度達(dá)到100% ，高空中氣溫降低”?？墒菍?duì)于空氣中“有較多的凝結(jié)核”這一條件，學(xué)生是想不到的，或者說(shuō)難以想到的。教師可以做這樣的問(wèn)題設(shè)計(jì)：秋天早晨往往會(huì)有露水，這些露水都掛在哪里？學(xué)生立即想到在小草的尖端看到露水。

教師繼續(xù)演示降水模擬——取一塊潔凈的玻璃板，在其左半面（下表面）撒上一些灰塵，再用雙手平舉著（稍微傾斜），在玻璃板下方距離50厘米左右的地方，放一個(gè)電熨斗釋放大量的熱的水蒸氣。

讓學(xué)生進(jìn)行觀察“降水的形成過(guò)程”實(shí)驗(yàn)。學(xué)生會(huì)觀察到：熱的水蒸氣上升—凝結(jié)成“白汽”—聚成“云”—聚成大“水滴”—降“雨”。學(xué)生觀察后初步建立降水形成的過(guò)程：潮濕空氣上升→冷卻降溫→水汽凝結(jié)→云滴增大→降水形成。教師需要指出，這樣的降水過(guò)程，是自然界中的一種形式，不同的地理?xiàng)l件，其機(jī)理有一定的差異。

對(duì)于知識(shí)性的內(nèi)容，我們作為閱讀材料，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)降水、降水量。重要的是讓學(xué)生做一做：用礦泉水瓶制作出一個(gè)直接讀數(shù)的雨量筒、雨量杯，組織學(xué)生交流，找到自己制作的不足之處。

【設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)】在探究降水的過(guò)程中，水汽上升、凝結(jié)成云等問(wèn)題單憑自己的生活經(jīng)驗(yàn)及觀察是難以得出結(jié)論的。我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)模擬降水過(guò)程的實(shí)驗(yàn)來(lái)幫助學(xué)生觀察，這里把降水的主要條件以及降水的過(guò)程，通過(guò)“玻璃板、蒸汽、灰塵”等物質(zhì)來(lái)模擬降水，學(xué)生觀察方便。

本塊知識(shí)教學(xué)中，對(duì)于降水的條件的歸納是一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)，需要教師的啟發(fā)與引導(dǎo)，尤其是“灰塵”作為“凝結(jié)核”，學(xué)生是非常難以理解的，需要教師利用日常生活的雨露、霧霾等現(xiàn)象予以引導(dǎo)。

（五）應(yīng)用規(guī)律 學(xué)以致用 提高能力

本節(jié)新課知識(shí)學(xué)習(xí)之后，將教材設(shè)計(jì)的練習(xí)給學(xué)生進(jìn)行演練，指導(dǎo)學(xué)生存在的問(wèn)題。之后采取“學(xué)以致用”——人工降雨方法。例如，2022年亞運(yùn)會(huì)在杭州召開(kāi)，開(kāi)幕式當(dāng)天，若預(yù)報(bào)有雨，能否利用降水形成的過(guò)程來(lái)思考提前降水，使當(dāng)天天氣變晴？提供給學(xué)生閱讀材料和科學(xué)視頻，結(jié)合學(xué)過(guò)的知識(shí)進(jìn)行分析。

四、實(shí)踐感悟

課堂教學(xué)三個(gè)問(wèn)題：一是你帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)什么；二是如何組織學(xué)生學(xué)習(xí)；三是判斷學(xué)生學(xué)得怎么樣。這三個(gè)問(wèn)題可以化解為：教學(xué)目標(biāo)設(shè)定—教學(xué)內(nèi)容的選擇—教學(xué)過(guò)程與方法的設(shè)計(jì)—教學(xué)評(píng)價(jià)的利用。

在教學(xué)設(shè)計(jì)上，應(yīng)注重以上幾個(gè)要素之間的相互關(guān)系，突出科學(xué)教學(xué)的一般特征：以學(xué)生觀察與實(shí)驗(yàn)為基本方法，結(jié)合歸納、推理、模型等方法，提升學(xué)生的思維能力和探究能力。降水和濕度的教學(xué)設(shè)計(jì)，充分考慮現(xiàn)實(shí)問(wèn)題情境，逐步探究濕度和降水的科學(xué)本質(zhì)，每一個(gè)點(diǎn)的探究都滲透了科學(xué)方法的教育。

學(xué)生在科學(xué)方法的選擇上，重在引導(dǎo)與體驗(yàn)，教師不宜喧賓奪主，而是應(yīng)該在啟發(fā)的基礎(chǔ)上，大膽地讓學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中讓學(xué)生感覺(jué)到科學(xué)方法的重要性，使其會(huì)積極考慮科學(xué)方法，以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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