基于實(shí)驗(yàn)的學(xué)生物理核心素養(yǎng)培育策略

金剛

摘要

物理的探索需要實(shí)驗(yàn)的支撐，初中物理教學(xué)過程中我們可以針對(duì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)不斷“再"設(shè)計(jì)、“再”驗(yàn)證，引發(fā)學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)生思維，揭秘事物本身的差異和共性，提升學(xué)生的認(rèn)知深度、應(yīng)用能力，逐步培育學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞

物理 實(shí)驗(yàn) 問題 核心素養(yǎng)

2016年9月，教育部委托課題“中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)”研究成果正式發(fā)布，明確了中國學(xué)生發(fā)展的六大核心素養(yǎng)，通過頂層設(shè)計(jì)來解決對(duì)“素養(yǎng)發(fā)展”關(guān)注不足的問題。核心素養(yǎng)的提，出是對(duì)三維目標(biāo)的提煉和整合，既承接了“知識(shí)、能力、情感態(tài)度價(jià)值觀”三維目標(biāo)，又超越了三維目標(biāo)，是學(xué)科育人的集中體現(xiàn)。物理學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)內(nèi)化的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，由“物理觀念”“科學(xué)思維”“實(shí)驗(yàn)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”等四個(gè)方面的要素構(gòu)成。

“水沸騰實(shí)驗(yàn)”是蘇科版八年級(jí)物理上冊(cè)第二章第二節(jié)中的重要實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中多處現(xiàn)象要師生“再”理解，“再”深入，“再”設(shè)計(jì)，“再”驗(yàn)證，“再”強(qiáng)化，以期發(fā)展學(xué)生的各項(xiàng)素養(yǎng)。

一、巧設(shè)實(shí)驗(yàn)，觀念“再”形成

在物理學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的認(rèn)知過程不能僅停留在強(qiáng)行識(shí)記，上，課堂中教師不能一給出概念就讓學(xué)生去熟讀強(qiáng)背。實(shí)驗(yàn)是個(gè)很好的載體，教師可以巧妙地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象讓學(xué)生去認(rèn)知概念，辨析概念，理解概念，從而建立科學(xué)的物理觀念。

在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中會(huì)出現(xiàn)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。筆者設(shè)計(jì)了一組學(xué)生實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。用酒精燈給燒杯（燒杯未加蓋）中的水加熱，當(dāng)溫度計(jì)示數(shù)上升至97°C便不再上升，此時(shí)燒杯中并未出現(xiàn)大量由小變大上升的氣泡。

沸騰是液體內(nèi)部與表面同時(shí)進(jìn)行的劇烈的汽化現(xiàn)象，此時(shí)并未出現(xiàn)劇烈的汽化現(xiàn)象，所以不能叫作沸騰。沸點(diǎn)是液體沸騰時(shí)保持不變的溫度，實(shí)驗(yàn)中雖然溫度保持不變，但是液體并沒有沸騰，所以本實(shí)驗(yàn)中保持不變的979C并不是沸點(diǎn)。

通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與物理概念，有利于學(xué)生對(duì)物理概念的“再”理解。物理概念的辦析建立，對(duì)提升學(xué)生學(xué)習(xí)物理的信心起著重要作用，也有利于學(xué)生在潛移默化中形成物理觀念。

二、問題引領(lǐng)，思維“再”深入

借助上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以提出很多相關(guān)的問題來幫助學(xué)生更好地思考，這就需要教師設(shè)計(jì)問題來引導(dǎo)。問題：水溫保持979C不變的原因是什么？學(xué)生討論后很容易得到：保持不變的原因是979C時(shí)水吸收的熱量跟放出的熱量正好平衡，即Q吸=Q放，所以水溫保持不變。

1.問題鏈細(xì)化“再”深入。

問題1：979C時(shí)吸放熱平衡，95C時(shí)吸放熱是否平衡？（不平衡，因?yàn)闇囟冗€會(huì)，上升。）

問題2：95C時(shí)吸放熱不平衡是水吸熱導(dǎo)致的還是放熱導(dǎo)致的？（放熱導(dǎo)致，因?yàn)榫凭珶舴艧嵛醋?，即水吸熱不變，放熱?79C時(shí)少，此時(shí)Q吸》Q放，所以溫度繼續(xù)上升。）

問題3：什么會(huì)導(dǎo)致放熱變化？（溫度，更確切地說是與外界的溫差，溫差越大，放熱越快。）

2.圖像法輔助“再”驗(yàn)證。

對(duì)上述問題，我們還可以通過圖像法進(jìn)行輔助研究，幫助學(xué)生驗(yàn)證理解，讓知識(shí)更扎實(shí)，思維更清晰。將各個(gè)時(shí)刻溫度計(jì)的示數(shù)制表，如表1所示，并將數(shù)據(jù)用作圖的方式呈現(xiàn)在坐標(biāo)系中，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)隨著溫度的上升曲線變緩，說明溫度升高越慢，放熱越快。

綜合分析可知，酒精燈放熱不變，就是水吸熱不變;當(dāng)水溫升高后，與外界空氣溫差變大，向外界空氣放熱就會(huì)變快，到達(dá)979C時(shí)，吸放熱的速度相同，達(dá)到吸放熱平衡，所以溫度保持97C不再上升。

知識(shí)的構(gòu)建與能力的形成需要一個(gè)漫長而循序漸進(jìn)的過程。在課堂教學(xué)中，這種循序性、漸進(jìn)性都需要教師的引領(lǐng)，問題及問題鏈的“再”深入、“再”細(xì)化、“再”設(shè)計(jì)，研究方法的多樣化，對(duì)激發(fā)科學(xué)思維、培養(yǎng)興趣起著至關(guān)重要的作用。

三、釋疑解惑，探究“再”驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，979C時(shí)水吸放熱平衡導(dǎo)致達(dá)不到沸點(diǎn)，要使水溫繼續(xù)上升達(dá)到沸點(diǎn)，看到沸騰現(xiàn)象，我們需要打破平衡。要解決這個(gè)問題，我們可以增大Q吸或者減小Q放，即可以加大酒精燈火焰或者減少放熱。如圖3所示，可以采用加蓋減少熱損失的方式來完成此實(shí)驗(yàn)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)水沸騰后出現(xiàn)大量的“白煙”，溫度計(jì)的玻璃管上吸附著大量小水珠。

疑惑一：高溫水蒸氣液化后放熱吸附在玻璃管上會(huì)不會(huì)使玻璃管中液注再膨脹而使溫度上升？此時(shí)溫度計(jì)的示數(shù)就會(huì)高于水的沸點(diǎn)。

解惑一：我們可以用普通溫度計(jì)、數(shù)顯溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量水沸騰時(shí)的溫度（因?yàn)閿?shù)顯溫度計(jì)是用感溫頭測(cè)溫）。如圖4所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩溫度計(jì)示數(shù)相等，說明液化放熱使玻璃管中液注再上升影響溫度計(jì)測(cè)量水的沸點(diǎn)的說法不成立。

疑惑二：加蓋后會(huì)不會(huì)使燒杯內(nèi)氣壓變高而使水的沸點(diǎn)升高呢？

解惑二：同樣用類比的方法對(duì)燒杯內(nèi)的水.進(jìn)行加熱至沸騰，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，加蓋前溫度計(jì)測(cè)出水的沸點(diǎn)為99C，加蓋后測(cè)出沸點(diǎn)為102C，由此可見加蓋后的沸點(diǎn)明顯升高，排除由于水蒸氣液化放熱使讀數(shù)上升后，影響因素就可能是氣壓了。為了證實(shí)猜想，又用燒瓶盛水進(jìn)行水沸騰實(shí)驗(yàn)。如圖5所示，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)燒瓶中測(cè)得的水溫達(dá)到104.29C，這時(shí)水還未沸騰，說明水的沸點(diǎn)升高了，也就說明沸騰后水蒸氣集聚不能及時(shí)跑出瓶外，導(dǎo)致燒瓶內(nèi)氣壓局部升高，會(huì)影響水的沸點(diǎn)，使沸點(diǎn)升高。

學(xué)生在有目的的探究活動(dòng)中，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，抓住主要因素，忽略次要因素，往往容易獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)論及物理規(guī)律。但是被我們忽略的次要因素，其中有很多值得我們?nèi)パ芯?，為此，我們?yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“再”設(shè)計(jì)、“再”探究，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

四、關(guān)注生活，責(zé)任“再”強(qiáng)化

物理源于生活并服務(wù)于生活，為此，我們應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的物理現(xiàn)象并提出問題，利用所學(xué)物理知識(shí)分析得出結(jié)論，使物理素養(yǎng)再強(qiáng)化。在課堂教學(xué)之余，教師可布置以小組為單位的課外實(shí)驗(yàn)任務(wù)，以此培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。

任務(wù)一：如何進(jìn)一步縮短加熱時(shí)間？這在生活中有哪些應(yīng)用？學(xué)生通過分析和實(shí)踐，總結(jié)出了不同的方法，同時(shí)很自然地形成了“節(jié)能”的意識(shí)。在此基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步提出：高溫水蒸氣是有能量的，這部分能量能利用起來嗎？學(xué)生很自然地就聯(lián)想到蒸汽機(jī)，以及能量有效利用、節(jié)約能源的問題。

任務(wù)二：用不同的水做實(shí)驗(yàn)，比如純凈水、自來水、河水，它們的沸點(diǎn)是否相同呢？

（作者單位：江蘇省江陰市夏港中學(xué)）

本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“以素養(yǎng)發(fā)展為導(dǎo)向的初中物理課堂樣態(tài)轉(zhuǎn)型研究”（編號(hào)：C-c/2016/02/29）、江陰市教育科研專項(xiàng)資金項(xiàng)目“指向‘學(xué)科素養(yǎng)'培育的物理課堂轉(zhuǎn)型”（編號(hào)：JY2019C02）階段性研究成果之一。

【參考文獻(xiàn)】

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