實(shí)踐活動(dòng)教學(xué)中的問題引領(lǐng)

程榮貴

摘 要：《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》在課程性質(zhì)中指出：物理教學(xué)不僅重科學(xué)知識(shí)的傳授和技能的訓(xùn)練，而且應(yīng)注重從生活走向物理，落實(shí)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、科學(xué)方法、科學(xué)探究以及科學(xué)態(tài)度、科學(xué)精神等科學(xué)素養(yǎng)。本文以“蘇科版”《物理》中《汽化和液化》一節(jié)的“水的沸騰實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)行為改進(jìn)為例，談?wù)勗诮虒W(xué)中如何落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，以期達(dá)到在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的。

關(guān)鍵詞：水的沸騰實(shí)驗(yàn)；科學(xué)素養(yǎng)；教學(xué)行為改進(jìn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2018）8-0076-3

水的沸騰實(shí)驗(yàn)是義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)要求的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)之一，這部分內(nèi)容的教學(xué)目標(biāo)是“了解水沸騰現(xiàn)象，會(huì)用沸騰的知識(shí)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象”，看起來要求不是很高。但是，如何進(jìn)行好水沸騰這個(gè)實(shí)驗(yàn)就不是那么簡(jiǎn)單了。一般在教學(xué)中，教師安排學(xué)生分組，組裝器材、觀察水的沸騰現(xiàn)象、記錄溫度和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等。可是，在很多的教學(xué)研討交流活動(dòng)中，筆者并沒有觀察到沸騰前的氣泡和聽到沸騰前后的聲音。為什么會(huì)有這樣的情況產(chǎn)生，引起筆者深入地思考：水的沸騰是師生都非常熟悉的一種常見的生活現(xiàn)象，有些現(xiàn)象即使在教學(xué)中不太明顯，或不易觀察出來，只要教師講授，學(xué)生還是很容易接受。但是，在初中物理教學(xué)中，要使得學(xué)生真正掌握水的沸騰實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、條件與特點(diǎn)，處理好水的沸騰實(shí)驗(yàn)的教學(xué)非常重要，尤其是處理好實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，更是有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

以下是筆者執(zhí)教本節(jié)課的一些反思與改進(jìn)，與各位同行分享。

1 對(duì)課本實(shí)驗(yàn)的反思

義務(wù)教育初中物理“蘇科版”（2012年審定）教材中關(guān)于“觀察水的沸騰” 實(shí)驗(yàn)是利用圖1所示的裝置進(jìn)行的。經(jīng)過筆者多次實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)并沒有達(dá)到預(yù)期效果，通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)和思考，筆者分析其原因如下：

1.實(shí)驗(yàn)時(shí)間不易把握。教材的實(shí)驗(yàn)裝置燒杯口較大，酒精燈在加熱過程中，散熱快；需要的水量也比較多，所以耗時(shí)比較長(zhǎng)。因此，有的教師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)：（1）改用初溫更高的熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于實(shí)驗(yàn)用水一般都是進(jìn)行二次沸騰，根據(jù)亨利定律，水中溶解的氣體量與水面上該氣體分壓力成正比。當(dāng)水達(dá)到所處壓力下的沸點(diǎn)時(shí)水沸騰，水面充滿水蒸氣，其他氣體分壓力為零，水中溶解的氣體也為零。這樣就不易觀察到沸騰前的氣泡，影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察結(jié)果。（2）換用小燒杯，減少水量。這樣不僅因?yàn)樗腥芙獾臍怏w含量低，而且加熱時(shí)間短，同樣不易觀察燒杯中水沸騰前的氣泡，更不能清晰地觀察到氣泡上升過程中的變化。

2.教材采用在燒杯口加一個(gè)蓋子的方式減少熱量的損失，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。根據(jù)液體的沸點(diǎn)與液面上的氣壓的關(guān)系，氣壓越大，液體的沸點(diǎn)越高。不論蓋子上是否有空，加蓋子在一定程度上也會(huì)增加水面上方的氣壓，使燒杯中水的沸點(diǎn)升高。同時(shí)，由于水蒸發(fā)遇冷液化后附著在燒杯內(nèi)壁，會(huì)影響到觀察氣泡現(xiàn)象的效果。

3.對(duì)于為什么水中出現(xiàn)大量氣泡，且在上升過程逐漸變大就是劇烈的汽化現(xiàn)象，多次與學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)：學(xué)生對(duì)于沸騰仍是感性認(rèn)識(shí)，認(rèn)為只要溫度保持不變就是沸騰狀態(tài)，沒有從“汽化過程是從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)”過程中的氣泡和聲音的現(xiàn)象來理解沸騰。

2 基于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教學(xué)行為改進(jìn)

通過與“滬科版”“人教版”初中《物理》教材的比較，水的沸騰實(shí)驗(yàn)的處理相對(duì)來說都比較簡(jiǎn)單，但筆者認(rèn)為：要達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)要求的“會(huì)用沸騰的知識(shí)解釋生活中的相關(guān)現(xiàn)象”，必須要充分了解“水的沸騰實(shí)驗(yàn)”的現(xiàn)象，明確沸騰是一種汽化方式的本質(zhì)?；谂囵B(yǎng)和提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求，筆者認(rèn)為教材對(duì)于師生只是范例、不是唯一的課程資源，教學(xué)的關(guān)鍵在于處理好教材與教學(xué)的關(guān)系，由“教教材”轉(zhuǎn)向“用教材”，優(yōu)選整合教學(xué)資源，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。因此，在進(jìn)行“水的沸騰實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)中，教師可根據(jù)教學(xué)實(shí)際處理生活和物理的關(guān)系，整合教材、教具等各類教學(xué)資源，對(duì)教材作出富有針對(duì)性的設(shè)計(jì)、進(jìn)行創(chuàng)造性的實(shí)施，引導(dǎo)、促進(jìn)學(xué)生對(duì)“水的沸騰實(shí)驗(yàn)”的認(rèn)知發(fā)展。為了改善和優(yōu)化整個(gè)教學(xué)資源，筆者改進(jìn)了教學(xué)行為，對(duì)教材進(jìn)行了如下處理：

第一，將“水的沸騰實(shí)驗(yàn)”分為三個(gè)觀察性實(shí)驗(yàn)：第一次是觀察水沸騰前后氣泡的大小、多少和上升過程中的變化情況；第二次是觀察水沸騰前后聲音的變化情況；第三次是觀察水沸騰前后溫度的變化情況。前兩次用圖2所示的水壺進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，最后一次用圖1所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

分析：通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，逐步認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后隱藏的物理知識(shí)和規(guī)律，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，是觀察性實(shí)驗(yàn)需要達(dá)成的目標(biāo)。

因此，為了更加明顯地觀察到水沸騰時(shí)的氣泡和聲音變化情況，筆者選用生活中常見的透明水壺作為實(shí)驗(yàn)器材，其好處是：一是水壺容積大，可以裝4 L或5 L的水，氣泡和聲音的變化更接近生活實(shí)際中的燒水情況；二是選擇透明水壺是為了便于直接觀察沸騰前后的氣泡；雖然在平時(shí)教學(xué)中沒有足夠的透明水壺進(jìn)行分組，但筆者認(rèn)為依然可以準(zhǔn)備4或5個(gè)透明水壺進(jìn)行大的分組觀察實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力。

第二，接著，筆者為了幫助學(xué)生理解沸騰前后的氣泡變化，進(jìn)行了如下處理：

師：沸騰前后水中氣泡的大小、多少和上升過程中變化情況如何？

生：水沸騰前，里面的氣泡體積很小且數(shù)量比較少，上升過程中氣泡逐漸變小直到消失；水開始沸騰后氣泡體積很大且數(shù)量很多，上升過程中氣泡逐漸變大，直到在水面破裂。

師：同學(xué)們根據(jù)什么現(xiàn)象判斷水在沸騰？

生：應(yīng)該是水在出現(xiàn)大量氣泡，且在上升過程中逐漸變大。

師：生活中你們有類似的經(jīng)歷嗎？

生：在家里燒開水，水在壺中翻滾的時(shí)候水就開了。

師：很好，這時(shí)候水沸騰了，那么“為什么水中出現(xiàn)大量氣泡，且在上升過程逐漸變大就是劇烈的汽化現(xiàn)象”？

生：處在沉思中。

師：汽化就是物質(zhì)從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程，在水沸騰的過程中液態(tài)的水和氣態(tài)的水分別是什么，分別存在于什么位置？

生：液態(tài)的水就是燒杯中的水，氣態(tài)的水是氣泡中的水蒸氣。

分析：以上教學(xué)過程的優(yōu)點(diǎn)是解決了一個(gè)看似很難，其實(shí)體現(xiàn)了水沸騰是一種劇烈的汽化現(xiàn)象的本質(zhì)問題，教學(xué)過程是在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的科學(xué)探究基礎(chǔ)上進(jìn)行的科學(xué)思維能力的提升，這比教師直接告訴學(xué)生根據(jù)什么現(xiàn)象來判斷水沸騰是汽化的一種方式，教學(xué)效果要好得多。

第三，第三次實(shí)驗(yàn)采用100 mL的小燒杯，加入80 mL的溫水，進(jìn)行敞口加熱，只需要觀察沸騰前后的溫度變化情況。這樣設(shè)計(jì)的目的在于：一是先進(jìn)行大的分組觀察氣泡和聲音，突破教學(xué)中的難點(diǎn)；二是學(xué)生經(jīng)歷組裝器材，溫度計(jì)的使用和沸騰前后溫度的變化，既讓學(xué)生親歷觀察實(shí)驗(yàn)的操作，回顧溫度計(jì)的使用，又能體會(huì)沸騰時(shí)溫度變化的特點(diǎn)；三是利用不加蓋子的燒杯不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和水的沸點(diǎn)。

觀察水的沸騰實(shí)驗(yàn)，改進(jìn)方法也簡(jiǎn)單，就是重新整合教材，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，利用透明水壺分三次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)教學(xué)行為，就能達(dá)到滿意的效果。且根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，最終能理解沸騰過程是由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的劇烈的汽化現(xiàn)象，對(duì)提高學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)很有幫助。

以上是筆者執(zhí)教“水沸騰實(shí)驗(yàn)”的教學(xué)反思與改進(jìn)措施，這節(jié)課的教學(xué)改進(jìn)行為充分體現(xiàn)了當(dāng)下強(qiáng)調(diào)的科學(xué)素養(yǎng)的要求，且教且思考，讓師生共同成長(zhǎng)，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部. 義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012 .

[2]楊九詮.學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)三十人談[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017.

[3]郭玉英，等.美國(guó)《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》述評(píng)[J].課程·教材·教法，2013，33（8）：125.

（欄目編輯 李富強(qiáng)）