“熱機(jī)”教學(xué)中的“看似容易其實(shí)難”及突破

吳志華

摘 要：初中物理“熱機(jī)”教學(xué)中，有幾處貌似容易其實(shí)困難的地方，如教材陳述雖然簡(jiǎn)單，但隱含著豐富的物理內(nèi)涵；“試管熱機(jī)”實(shí)驗(yàn)演示看起來(lái)容易，卻存在很多改進(jìn)之處；教學(xué)方法看似單一，其實(shí)需要培養(yǎng)學(xué)生很多能力和良好的習(xí)慣。這就需要教師把握課標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際與特點(diǎn)，采用靈活恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略。

關(guān)鍵詞：初中物理；“熱機(jī)”教學(xué)；教學(xué)策略

人教版九年級(jí)物理全一冊(cè)中的“熱機(jī)”，在教學(xué)實(shí)踐中存在幾處看起來(lái)容易，其實(shí)困難的地方，需要教師把握課程目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生實(shí)際及物理學(xué)科的特點(diǎn)加以突破。

一、教材看似一篇閱讀課文，其實(shí)包含著豐富的物理內(nèi)涵

教材以“汽車是如何獲得機(jī)械能的呢？”的提問(wèn)開篇，接著演示“試管熱機(jī)”實(shí)驗(yàn)，然后以記敘文的方式，敘述了“熱機(jī)”概念、汽油機(jī)工作原理、柴油機(jī)和汽油機(jī)工作過(guò)程的不同及“科學(xué)世界”中的“現(xiàn)代汽車”。整個(gè)內(nèi)容看起來(lái)像一篇語(yǔ)文閱讀課文，但只要細(xì)心品味就會(huì)發(fā)現(xiàn)“課文”中隱含著豐富的物理內(nèi)涵。

第一，涉及的物理概念多。本節(jié)內(nèi)容講述了“熱機(jī)”、內(nèi)燃機(jī)、沖程、工作循環(huán)等物理新概念，也牽涉到了內(nèi)能、機(jī)械能、燃料、做功、壓強(qiáng)等已學(xué)的物理概念。這些概念相互聯(lián)系、相互衍生。如通過(guò)內(nèi)能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化說(shuō)明“熱機(jī)”；通過(guò)燃料燃燒的位置說(shuō)明內(nèi)燃機(jī)是“熱機(jī)”；等等。第二，涉及的物理知識(shí)延伸廣。在講述“汽油機(jī)吸氣沖程中為什么能將汽油和空氣的混合物吸進(jìn)汽缸”和“排氣沖程中是怎樣將廢氣排出”時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生把知識(shí)延伸到汽缸內(nèi)氣體體積的變化，從而引起的氣壓變化，以及與大氣壓的關(guān)系。在分析吸氣、壓縮、排氣三個(gè)沖程中的活塞運(yùn)動(dòng)及能量情況時(shí)，就要拓展延伸到飛輪的作用及慣性知識(shí)。在分析四個(gè)沖程中的活塞運(yùn)動(dòng)、曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就要拓展延伸到每完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，曲輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，燃?xì)庾龉σ淮蔚取５谌?，涉及的物理理念?shí)。首先，滲透了“物理知識(shí)來(lái)源于生活，服務(wù)于社會(huì)”的理念。本節(jié)內(nèi)容與生產(chǎn)、生活聯(lián)系緊密。熱機(jī)是一種廣泛使用的動(dòng)力設(shè)備，如摩托車、汽車、飛機(jī)、輪船、火車、收割機(jī)、推土機(jī)等都使用了“熱機(jī)”。從燃料的燃燒中獲得內(nèi)能是人類使用能量的主要來(lái)源，特別是“熱機(jī)”工作的原理所涉及的工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)，其設(shè)計(jì)的巧妙之處都是為了實(shí)現(xiàn)更高效地利用內(nèi)能做功這一目的。其次，體現(xiàn)了“從實(shí)際出發(fā)，面向?qū)W生”的觀念。本節(jié)內(nèi)容側(cè)重于如何實(shí)現(xiàn)內(nèi)能的利用，教材通過(guò)章首圖的蒸汽機(jī)車和節(jié)首圖火箭汽車（噴汽發(fā)動(dòng)機(jī)汽車），突出所討論問(wèn)題的偏重技術(shù)的背景。作為“熱機(jī)”最常見(jiàn)的應(yīng)用之一的汽車，學(xué)生并不陌生。然而速度極快的火箭汽車，反映了人類對(duì)于速度的不斷追求，這很容易引發(fā)學(xué)生的興趣。因此，教材首先給出了火箭汽車的圖片，從汽車怎樣獲得機(jī)械能引入新課，結(jié)合上一章內(nèi)能的學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生。為了便于學(xué)生理解，教材結(jié)合汽油機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，簡(jiǎn)單介紹了汽油機(jī)構(gòu)造，只突出了那些為講清工作過(guò)程所必須知道的部件。針對(duì)學(xué)生對(duì)熱機(jī)能夠連續(xù)工作的疑惑，教材既關(guān)注了“熱機(jī)”工作中能量轉(zhuǎn)化等物理問(wèn)題，又注意了工程技術(shù)的一些目的是如何實(shí)現(xiàn)的，如連桿與曲軸的作用。基于教材已較為詳細(xì)地介紹了汽油機(jī)的基本工作過(guò)程，柴油機(jī)的構(gòu)造、工作原理與汽油機(jī)相似，教材增加了柴油機(jī)內(nèi)容，并且介紹得很簡(jiǎn)單，這樣有利于學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的遷移。最后，滲透了科學(xué)與技術(shù)相互發(fā)展與促進(jìn)的STS思想。通過(guò)學(xué)習(xí)汽油機(jī)四個(gè)沖程的過(guò)程，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)研究和實(shí)際技術(shù)的開發(fā)過(guò)程是不同的；通過(guò)汽油機(jī)與柴油機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比，滲透了事物是一分為二的辯證思想；通過(guò)節(jié)后“科學(xué)世界”中的“現(xiàn)代汽車”，幫助學(xué)生更加全面理解科學(xué)如何應(yīng)用于技術(shù)和技術(shù)如何促進(jìn)科學(xué)發(fā)展的STS思想。還有，通過(guò)“熱機(jī)”的發(fā)展與分類，培養(yǎng)學(xué)生了解物理學(xué)史、熱愛(ài)科學(xué)的意識(shí)；通過(guò)柴油機(jī)優(yōu)點(diǎn)的呈現(xiàn)，以及現(xiàn)代汽車技術(shù)的提高，培養(yǎng)學(xué)生節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。

為了突破以上難處，教師可以采取以下行動(dòng)策略：第一，從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)背景出發(fā)，挖掘物理因素。在課前學(xué)生已經(jīng)有煮飯時(shí)水蒸氣能把鍋蓋頂起以及對(duì)汽車的了解等生活經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)有前章學(xué)習(xí)的有關(guān)內(nèi)能知識(shí)及瓦特改良蒸汽機(jī)的故事等知識(shí)背景。因此，教師只要恰當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和啟發(fā)，使學(xué)生自覺(jué)地貼近生活找物理，并意識(shí)到物理源于生活；使學(xué)生能給物理找“原型”，把常識(shí)提煉為物理，促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解；使學(xué)生能依托知識(shí)背景，促進(jìn)知識(shí)的遷移發(fā)展。第二，講清知識(shí)在現(xiàn)實(shí)生活和社會(huì)中的應(yīng)用。如本節(jié)中提到的汽車、輪船、飛機(jī)、摩托車等都是學(xué)生耳熟能詳?shù)摹盁釞C(jī)”應(yīng)用的實(shí)例，教師要使學(xué)生感受到物理與現(xiàn)實(shí)生活的聯(lián)系，增強(qiáng)其物理應(yīng)用意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生用物理眼光看問(wèn)題、用物理頭腦想問(wèn)題、用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。第三，為學(xué)生提供自學(xué)問(wèn)題單，教給學(xué)生學(xué)習(xí)策略。如本節(jié)教學(xué)可以通過(guò)諸如“熱機(jī)”的實(shí)質(zhì)是什么、每個(gè)過(guò)程中能量情況怎樣等設(shè)問(wèn)方式，擬定自學(xué)提綱，讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)；可以通過(guò)柴油機(jī)與汽油機(jī)在構(gòu)造和工作原理上的對(duì)比，找相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，滲透對(duì)比學(xué)習(xí)策略。

二、“演示”看似一個(gè)簡(jiǎn)單的熱學(xué)實(shí)驗(yàn)，其實(shí)操作起來(lái)并不容易

教材通過(guò)“試管熱機(jī)”中水蒸氣沖開瓶塞，演示了內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程，使學(xué)生直觀地觀察到能量的轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生加深對(duì)“熱機(jī)”概念的理解。本實(shí)驗(yàn)看起來(lái)很簡(jiǎn)單，其一，需要的實(shí)驗(yàn)器材少，只有鐵架臺(tái)、試管、膠塞、酒精燈、水；其二，裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于操作；第三，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，膠塞被沖開，同時(shí)有霧產(chǎn)生。但是，真正操作起來(lái)有難度。若器材選擇和裝配不合適，就可能實(shí)驗(yàn)不成功。水多了，把水燒開需要較長(zhǎng)時(shí)間，水少了會(huì)很快蒸發(fā)和沸騰，不能充分顯示蒸汽的動(dòng)力。試管的大小、傾斜度和塞子的塞緊程度都對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響：若試管太大，瓶口太上，塞得太松，由于膠塞的重力原因，蒸汽沖不開塞子，或塞子只在瓶口振動(dòng)，且產(chǎn)生的霧很少，學(xué)生看不見(jiàn)；若試管太小，瓶口太低，塞得太緊，可能因?yàn)樵嚬軆?nèi)壓強(qiáng)太大、水倒流而導(dǎo)致試管爆裂，出現(xiàn)安全事故。若要在短時(shí)間內(nèi)使該實(shí)驗(yàn)做成功，就要選擇優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案。最好選擇中號(hào)試管，內(nèi)裝三分之一試管的熱水，不用橡皮塞而用膠木塞且塞得不松不緊，不泄氣即可。試管傾斜角約為30°，酒精燈的火勢(shì)不能太猛。本實(shí)驗(yàn)真正分析起來(lái)也不容易。從能量轉(zhuǎn)化的角度來(lái)看，涉及燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為水、水蒸氣的內(nèi)能，再轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能；從物體內(nèi)能改變的角度來(lái)看，涉及熱傳遞和做功；從物態(tài)變化的角度來(lái)看，涉及汽化與液化。這些雜糅在一起，學(xué)生難于厘清，這就需要教師采用復(fù)習(xí)與提問(wèn)、討論的方法加以突破。

三、教學(xué)方法看似單一，其實(shí)需要培養(yǎng)學(xué)生的能力和習(xí)慣較多

本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)只要采用觀察和對(duì)比兩種教學(xué)方法即可。所謂觀察，那就是引導(dǎo)學(xué)生觀察教師做的“試管熱機(jī)”演示實(shí)驗(yàn)，觀察汽油機(jī)、柴油機(jī)模型；所謂對(duì)比，那就是引導(dǎo)學(xué)生將汽油機(jī)和柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和四個(gè)沖程加以比較。但僅做到以上兩點(diǎn)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。其實(shí)，通過(guò)本節(jié)的教學(xué)需要培養(yǎng)學(xué)生的能力和習(xí)慣還很多，如通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)和模型、課件的展示可以培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析問(wèn)題的能力以及良好的觀察習(xí)慣；通過(guò)提出諸如什么叫“熱機(jī)”、吸氣沖程中為什么能將汽油和空氣的混合物吸進(jìn)汽缸等問(wèn)題，可以培養(yǎng)學(xué)生思考與解決問(wèn)題的能力；在學(xué)習(xí)汽油機(jī)后，讓學(xué)生對(duì)照模型和動(dòng)畫圖片閱讀課文，自主學(xué)習(xí)柴油機(jī)的工作原理，嘗試用自己的語(yǔ)言描述柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作狀態(tài)，引導(dǎo)學(xué)生將汽油機(jī)和柴油機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和四個(gè)沖程加以比較，這樣可以培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，還可以培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維和比較能力；通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生閱讀“科學(xué)世界——現(xiàn)代汽車”，可以擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；通過(guò)課堂小結(jié)，讓學(xué)生談本課的收獲及不明白的問(wèn)題，可以培養(yǎng)學(xué)生自我評(píng)價(jià)與歸納的能力以及有拓展延伸的意識(shí)與習(xí)慣。

物理教師要有敏銳的眼光，很好地把握課程目標(biāo)，深挖教材隱含的物理內(nèi)涵，找到教與學(xué)中的困難，根據(jù)學(xué)生實(shí)際，尋求可行的突破策略，力求課堂教學(xué)高效。

（作者單位：湖南省常德市鼎城區(qū)石公橋鎮(zhèn)中學(xué)）