巧用實(shí)驗(yàn)，化解“汽化、液化”難點(diǎn)

摘 要：物理是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué).因此筆者在物理教學(xué)中非常重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，常常利用物理實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)幫助學(xué)生生成物理知識(shí)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)突重、攻難，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和分析、思考能力，在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力.本文所列舉的例子就是筆者在物態(tài)變化這一章的教學(xué)中用實(shí)驗(yàn)化解難點(diǎn)的典型案例.

關(guān)鍵詞：巧用實(shí)驗(yàn)；汽化、液化；化解

作者簡(jiǎn)介：何明聰（1963-），男，四川綿陽(yáng)人，大學(xué)本科，中學(xué)高級(jí)教師.研究方向：物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力.

汽化、液化這兩種物態(tài)變化就內(nèi)容本身而言，課標(biāo)要求不高，學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)難度不是很大.生活中，自然現(xiàn)象中也有大量實(shí)例可以引用到教學(xué)中，幫助學(xué)生學(xué)習(xí).按常規(guī)方法教學(xué)，學(xué)生也能較好掌握其中的內(nèi)容.但是，筆者在長(zhǎng)期的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生理解起來(lái)確實(shí)還有難度，掌握的效果也不盡如人意，如果巧用實(shí)驗(yàn)，可化解難點(diǎn)，收到非常好的教學(xué)效果.

1 化解難點(diǎn)之一：蒸發(fā)會(huì)吸熱

汽化有沸騰、蒸發(fā)兩種方式.沸騰的過(guò)程要吸熱，學(xué)生容易理解.由沸騰實(shí)驗(yàn)，以及生活中燒開(kāi)水的實(shí)例都可以讓學(xué)生明白汽化是一個(gè)吸熱過(guò)程.但蒸發(fā)的過(guò)程也要吸熱，學(xué)生就不容易理解.這個(gè)知識(shí)點(diǎn)，教師在教學(xué)中一般很喜歡做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把酒精涂在學(xué)生手背上，手背感到很涼爽（打針時(shí)學(xué)生也有類(lèi)似的體驗(yàn)）.再分析得到“液體蒸發(fā)要吸熱”的結(jié)論.然而2010屆筆者用這種方法進(jìn)行教學(xué)后.課間休息時(shí)就有兩個(gè)學(xué)生到辦公室找到我說(shuō)，這個(gè)例子說(shuō)明液體蒸發(fā)要吸熱的說(shuō)服力不強(qiáng)，原因還可能是酒精的溫度比人體低，酒精擦在人體皮膚上，就要從人體皮膚上吸熱，導(dǎo)致皮膚的溫度下降.筆者當(dāng)即用溫度計(jì)測(cè)實(shí)驗(yàn)時(shí)的酒精，果然酒精的溫度低于人體的正常體溫.說(shuō)明這兩位同學(xué)講的很有道理.為了解決學(xué)生的疑問(wèn)，查閱了別的版本的教材對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的處理差不多是這樣的：把酒精擦在溫度計(jì)的玻璃泡上（或者用一小塊棉花沾上酒精，然后裹在溫度計(jì)的玻璃泡上）觀察到溫度計(jì)示數(shù)下降，從而說(shuō)明，液體蒸發(fā)要吸熱，其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)也存在同樣的問(wèn)題：那就是酒精的溫度比溫度計(jì)玻璃泡的溫度低，酒精涂在玻璃泡上，就要從玻璃泡上吸熱，導(dǎo)致玻璃泡的溫度下降.有了這次學(xué)生的質(zhì)疑，同時(shí)受其他版本教材的啟發(fā).在后來(lái)的教學(xué)中，對(duì)液體蒸發(fā)要吸熱這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，設(shè)計(jì)成一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)，老師首先提出問(wèn)題：汽化有沸騰和蒸發(fā)兩種方式，沸騰過(guò)程要吸熱，那么蒸發(fā)過(guò)程是否也要吸熱呢？第二步讓學(xué)生讀出溫度計(jì)的示數(shù)，讓學(xué)生知道這個(gè)示數(shù)表示此時(shí)教室的室溫；第三步用溫度計(jì)測(cè)出小燒杯中酒精的溫度，發(fā)現(xiàn)酒精的溫度略低于室溫，并把溫度計(jì)玻璃泡放在酒精中不要拿出來(lái)；第四步讓學(xué)生猜想，如果把溫度計(jì)從液體中拿出來(lái)，溫度計(jì)的讀數(shù)會(huì)怎樣，學(xué)生普遍猜想會(huì)上升，理由是室內(nèi)溫度高于酒精溫度，那么拿出來(lái)后，溫度計(jì)示數(shù)要變得與室溫相同，故會(huì)立即上升；第五步讓學(xué)生把溫度計(jì)從酒精中取出進(jìn)行仔細(xì)觀察，同學(xué)們發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)的示數(shù)是急速下降，讓大家繼續(xù)觀察，同學(xué)們又發(fā)現(xiàn)下降之后又上升，直至和室溫一樣，溫度計(jì)的示數(shù)就不再發(fā)生變化；第六步帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行分析論證，溫度計(jì)從酒精中取出它的示數(shù)下降說(shuō)明了酒精蒸發(fā)要吸熱.直此，液體蒸發(fā)吸熱這個(gè)難點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了真正的突破.這個(gè)探究教學(xué)過(guò)程，消除了學(xué)生心中的疑慮，克服以往教學(xué)和其他版本教材設(shè)計(jì)的不足，而且第五步的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與第四部的猜想之間的矛盾，引起學(xué)生很強(qiáng)的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的思考，有助于培養(yǎng)學(xué)生的分析和思考能力.最后再用實(shí)驗(yàn)結(jié)論解釋“游泳時(shí)，人從水中回到岸邊，感覺(jué)很冷；打針時(shí)在皮膚上涂上酒精，皮膚感到很涼爽”這些現(xiàn)象.讓學(xué)生學(xué)會(huì)把物理知識(shí)與生活聯(lián)系起來(lái).這個(gè)教學(xué)案例告訴我們有些方法我們常以為輕車(chē)熟路，學(xué)生理解起來(lái)應(yīng)該很簡(jiǎn)單，其實(shí)不然.因此，教學(xué)要真正起到促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)以及能力發(fā)展的作用，教師必須放下師道真嚴(yán)的架子，多多走進(jìn)學(xué)生，收集學(xué)生疑問(wèn)，傾聽(tīng)學(xué)生的聲音，不斷改進(jìn)教學(xué)方法.

2 化解難點(diǎn)之二：氣態(tài)“遇冷”時(shí)液化

氣態(tài)物質(zhì)在溫度降低時(shí)才能液化，這個(gè)知識(shí)教材是直接陳述出來(lái)的，教學(xué)中常常是利用液化是汽化的逆過(guò)程，汽化是吸熱過(guò)程.那么液化就是放熱過(guò)程，氣態(tài)物質(zhì)要放出熱量才能液化，必須把它放在溫度比它低的環(huán)境或遇上溫度低的物體即“遇冷”才能放出熱量，這個(gè)分析過(guò)程對(duì)于初二的學(xué)生過(guò)于理性，學(xué)生理解起來(lái)是比較困難的.受生活中倒入開(kāi)水的杯子的內(nèi)壁，過(guò)一會(huì)內(nèi)壁會(huì)出現(xiàn)大量的水珠這個(gè)現(xiàn)象的啟發(fā)，在教學(xué)過(guò)程中用一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)巧妙化解了這個(gè)難點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)是這樣設(shè)計(jì)的：用兩個(gè)500ml的燒杯裝上40℃左右的溫水，這樣杯上方基本上看不見(jiàn)“冒白氣”.再用兩面鏡子，其中一面用酒精燈的火焰上微微烤幾下，以提高鏡面溫度，之后蓋在其中一個(gè)燒杯上面如圖1.另一面直接蓋在另一個(gè)燒杯上如圖2，等待1至2分鐘之后同時(shí)揭開(kāi)兩面鏡子，發(fā)現(xiàn)被加熱的那面鏡子上幾乎沒(méi)有水珠如圖3.而另一面鏡子的鏡面上出現(xiàn)大量的水珠如圖4.讓學(xué)生進(jìn)行分析討論，造成這兩個(gè)差異的原因是什么？從而得到“水蒸氣遇冷，溫度降低時(shí)會(huì)液化”這個(gè)結(jié)論.進(jìn)一步推而廣之所有氣體，溫度降到足夠低時(shí)都會(huì)液化.

3 化解難點(diǎn)之三：“白氣”現(xiàn)象是液化現(xiàn)象

“白氣”是生活中很普遍的現(xiàn)象，煮飯、燒開(kāi)水，鍋里、壺里冒“白氣”，夏天吃冰糕，冰糕冒“白氣”；寒冷冬天人口里呼出“白氣”.如何讓學(xué)生明白這些“白氣”是液化現(xiàn)象，很長(zhǎng)一段時(shí)間的教學(xué)過(guò)程都是這樣處理的：首先通過(guò)講解讓學(xué)生知道“白氣”不是水蒸氣，理由是水蒸氣人眼是看不見(jiàn)的，比如說(shuō)空氣中就有大量水蒸氣，下雨之后地面積水很快變干變成了水蒸氣，水蒸氣人眼看不見(jiàn)，但上面這些實(shí)例中的“白氣”人眼都能看見(jiàn)，說(shuō)明這些“白氣”不是水蒸氣，不是氣態(tài)，顯然也不是固態(tài)，那么這些“白氣”就是液態(tài)，是很小的小水珠.接著再通過(guò)學(xué)生討論交流，教師點(diǎn)撥的方式讓學(xué)生明白鍋里、壺里冒“白氣”是鍋里、壺里冒出的水蒸氣在外界遇冷液化形成的小水珠，冰糕周?chē)暗摹鞍讱狻笔潜庵車(chē)諝庵械乃魵庥隼湟夯纬傻男∷?，冬天人嘴里呼出的“白氣”是人嘴里呼出的水蒸氣在外界遇冷液化形成的小水珠，看?lái)這些“白氣”都是水蒸氣液化形成的小水珠.這個(gè)教學(xué)過(guò)程從新課之后的作業(yè)來(lái)看，學(xué)生掌握的情況都不錯(cuò)，遇到類(lèi)似的現(xiàn)象幾乎都能判斷為液化現(xiàn)象.可是時(shí)間稍微長(zhǎng)一點(diǎn)，比如期末復(fù)習(xí)或考試中出現(xiàn)這樣的物態(tài)變化練習(xí)題、試題，正確率就不高，甚至很低.很多同學(xué)都判斷為汽化.就這種現(xiàn)象，筆者與同事進(jìn)行探討，與學(xué)生進(jìn)行交流，也進(jìn)了反思，歸納起來(lái)造成此種現(xiàn)象的原因有二：一是學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)時(shí)，受前概念的干擾，人們對(duì)這些現(xiàn)象的表述都是“白氣”，學(xué)生也會(huì)不加思考的認(rèn)為這是氣態(tài)，那既然是氣態(tài)，判斷的物態(tài)變化當(dāng)然就是汽化；二是新課教學(xué)盡乎于科學(xué)推理.雖說(shuō)在物理教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)推理，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)推理的能力是必要的.但是對(duì)于初二學(xué)物理剛處于入門(mén)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種方法過(guò)于理性，很難收到良好的效果.再說(shuō)，這個(gè)教學(xué)過(guò)程很難破除前概念對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)的干擾.在后來(lái)的教學(xué)中，吸取以往教學(xué)的教訓(xùn)，解決這個(gè)難點(diǎn)的關(guān)鍵就是要讓學(xué)生明白“白氣”是液態(tài)，是小水珠.

設(shè)計(jì)一個(gè)二次汽化實(shí)驗(yàn)；上課前提前進(jìn)入教室，對(duì)燒瓶里的水用精酒燈燒至沸騰.上課時(shí)，將整個(gè)裝置放置在講臺(tái)上如圖5，并提問(wèn)：同學(xué)們看見(jiàn)了什么現(xiàn)象？有說(shuō)燒瓶里的水沸騰了，有說(shuō)與燒瓶相連的玻璃管口冒出了白氣，表?yè)P(yáng)同學(xué)們觀察真仔細(xì).再問(wèn)：燒瓶中水沸騰是什么物態(tài)變化？學(xué)生齊聲答道是汽化.再問(wèn)這個(gè)玻璃管口冒出的白氣是什么物態(tài)變化，學(xué)生還是齊聲答到汽化.追問(wèn)真的是汽化嗎？這一問(wèn)，教室里片刻安靜之后便出現(xiàn)相互討論甚至爭(zhēng)論，在同學(xué)們討論之后，教師強(qiáng)調(diào)要確定這個(gè)“白氣”是汽化形成的還是液化形成，關(guān)鍵是要解決一個(gè)問(wèn)題，這個(gè)“白氣”究竟是氣態(tài)還是液態(tài).這個(gè)問(wèn)題如何解決呢？有同學(xué)說(shuō)用手摸一下，教師告訴學(xué)生不能這樣做，一是不安全，這個(gè)“白氣”溫度比較高，可能把手燙傷，二是用手摸也不能確定是氣還是液，還有同學(xué)說(shuō)拿一玻璃來(lái)承接，于是拿出一個(gè)玻璃板，擋住“白氣”.如圖6，稍等片刻，玻板上就有大量水珠生成，甚至有水滴從玻板上往下滴，這時(shí)有個(gè)很愛(ài)動(dòng)腦筋的同學(xué)站起來(lái)說(shuō)：老師，這個(gè)現(xiàn)象也不能說(shuō)明“白氣”是氣還是液，因?yàn)槿绻菤猓敲此龅綔囟容^低的玻璃板液化成小水珠，如果“白氣”本身是液，那么它在玻板上越積越多越大，水滴就會(huì)淌下來(lái).教師深深為這位同學(xué)的觀察力、思考力、表達(dá)力折服.表?yè)P(yáng)了這位同學(xué)觀察思考精神.那么究竟如何確定這個(gè)“白氣”是氣還是液呢？對(duì)這個(gè)“白氣”加熱，如果這個(gè)“白氣”是氣，那么加熱以后還是氣，加熱前、后都是氣，那看見(jiàn)的現(xiàn)象就沒(méi)有什么變化；如果這個(gè)“白氣”是液，那么加熱以后有可能變成氣，加熱前后的現(xiàn)象就不會(huì)一樣，提醒學(xué)生，接下來(lái)是見(jiàn)證奇跡的時(shí)候到了.用酒精燈火焰對(duì)“白氣”加熱，奇跡發(fā)生了，如圖7所示，“白氣”從加熱處中斷，管口與火焰之間仍然看見(jiàn)“白氣”，“火焰”右側(cè)“白氣”立即消失，拿開(kāi)酒精燈又恢復(fù)，反復(fù)幾次，把酒精燈放在其它幾個(gè)不同位置，甚至放到玻璃管口，整個(gè)“白氣”就消失了，學(xué)生深深被這一神奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吸引.通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生自然理解了“白氣”不是氣，是液，是水沸騰產(chǎn)生的水蒸氣到外界遇冷液化成的小水珠.在這個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，學(xué)生很容易解釋其它類(lèi)似的現(xiàn)象.最近幾屆學(xué)生都用這個(gè)方法，教學(xué)效果很好，在期末考試和中考考試中遇到這樣的物態(tài)變化的辯識(shí)題正確率都很高，甚至可以達(dá)到百分之百.畢業(yè)了的學(xué)生聊及初中物理學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還記憶猶新，津津樂(lè)道.endprint