以情啟智 情智共生 ①——以“升華和凝華”教學(xué)為例

王 璟

(江蘇省南通市海門區(qū)東洲中學(xué),江蘇 南通 226100)

子曰:不憤不啟,不悱不發(fā)。意即在未達(dá)到學(xué)生努力想弄明白但仍然想不透的程度時,先不要去開導(dǎo)他;不到學(xué)生心里明白卻又不能完善表達(dá)出來的程度時,也不要去啟發(fā)他。在物理課堂上怎么才能讓學(xué)生達(dá)到“憤”和“悱”的狀態(tài)呢?現(xiàn)以蘇科版物理“升華和凝華”的教學(xué)為例來探討這個問題。

1 以情激趣，興趣進(jìn)階

創(chuàng)設(shè)情境：準(zhǔn)備一箱干冰、一個裝水的玻璃缸，用勺子挖出幾塊干冰,將干冰放入水中,可以看到干冰周圍產(chǎn)生大量的氣泡向上升起,就像“沸騰”了一樣,同時水面上出現(xiàn)了大量的白霧(圖1)。用手將白霧扇一扇,教室前排頓時變成了“仙境”,學(xué)生們發(fā)出“哇”的驚嘆。在這樣的情境下,筆者設(shè)計了以下問題，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的內(nèi)在求知欲。

圖1

問題1:干冰狀態(tài)發(fā)生了怎樣的改變?

生:干冰一開始是固態(tài),投到水中后,有大量的氣泡產(chǎn)生,氣泡中的氣體是二氧化碳,說明干冰的狀態(tài)由固態(tài)變?yōu)榱藲鈶B(tài)。

追問:這個過程中干冰中有沒有液態(tài)出現(xiàn)?

老師用勺子挖了一塊干冰,利用投影讓學(xué)生觀察。學(xué)生觀察干冰在勺子上劇烈抖動,前排的同學(xué)還能聽到“呲呲”聲,干冰逐漸變小,最后消失。

生：整個過程中沒有看到液體出現(xiàn),說明干冰由固態(tài)直接變?yōu)闅鈶B(tài),沒有經(jīng)歷液態(tài)。

讓學(xué)生摸一下勺子,又把放干冰的泡沫箱子打開,讓學(xué)生把手放在干冰上方但不觸碰,感受干冰周圍的溫度。

問題2:勺子和干冰周圍的溫度很低,說明了什么?

通過體驗,學(xué)生認(rèn)識到干冰在由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)的過程中會吸熱,導(dǎo)致勺子和周圍空氣的溫度降低。

問題3:你能解釋水面上白霧形成的現(xiàn)象嗎?

學(xué)生通過小組討論后進(jìn)行匯報，有前兩個問題的鋪墊,學(xué)生能說出白霧是空氣中的水蒸氣遇冷液化形成的。

用干冰升華制造白霧創(chuàng)設(shè)情境,給學(xué)生以多感官刺激，激發(fā)了學(xué)生的興趣；利用情境提出有梯度的問題，激活學(xué)生的思維和內(nèi)在求知欲,學(xué)生在“憤”和“悱”狀態(tài)中,通過“啟”讓學(xué)生由感興趣向探究事物本質(zhì)進(jìn)階。

2 以情促思，思維進(jìn)階

以情促思是指通過創(chuàng)設(shè)情境,依據(jù)情境設(shè)置環(huán)環(huán)相扣的問題鏈,誘發(fā)學(xué)生思考。

情境：分組做碘升華的實驗。如圖2所示，用熱水加熱“碘錘”底部,觀察現(xiàn)象。再從熱水中取出“碘錘”,向上端內(nèi)凹的部位注入少量冷水,邊冷卻邊觀察。

圖2

問題1:用熱水給“碘錘”加熱的過程中,碘的狀態(tài)發(fā)生了什么變化?有沒有液態(tài)碘出現(xiàn)?

生:碘的狀態(tài)由固態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài),沒有觀察到液態(tài)碘。

追問:你怎么知道它最后的狀態(tài)是氣態(tài)而不是液態(tài)?

生:紫紅色的碘蒸氣充滿整個玻璃容器,如果是液態(tài),不會充滿整個容器。

問題2：你是怎么知道“碘錘”的碘是直接變?yōu)闅鈶B(tài)呢？

引導(dǎo)學(xué)生分組討論，查閱教材上的相關(guān)資料。

情境：呈現(xiàn)教材資料，碘為紫黑色晶體，密度為4.93g/cm3，熔點為113.5℃，沸點為184.35℃。

師：利用上述資料進(jìn)行分析，剛才實驗是碘升華，還是碘先熔化后汽化？

生：因為水浴加熱時的溫度約為60℃，遠(yuǎn)小于其熔點，碘不可能熔化，而觀察到的碘為氣態(tài)，故實驗中碘發(fā)生的是升華現(xiàn)象。

對于問題2，學(xué)生剛開始不知道如何回答，教師通過教學(xué)組織和情境創(chuàng)設(shè)，誘發(fā)學(xué)生的思維由淺層向深層發(fā)展，運(yùn)用邏輯推理的方式完成對實驗的分析與判斷。在觀察、思考、交流、表達(dá)過程中，學(xué)生的思維能力得到進(jìn)一步提升。

3 以境促情，情智交融

知識學(xué)習(xí)的重要目標(biāo)是能運(yùn)用知識解決實際問題。為此，還需要創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的升華和凝華知識解決實際問題。

情境：把制好的冰放在保溫杯里,準(zhǔn)備兩只空易拉罐、兩支溫度計、一條濕毛巾、一包鹽。將兩只易拉罐都放置在濕毛巾上,裝入冰塊,在其中一只罐中加幾勺鹽，溫度可降到-10℃。

現(xiàn)象觀察：加鹽的易拉罐外表面出現(xiàn)了霜，未加鹽的易拉罐外表面只有水,并且隨著時間的推移,霜越來越厚(圖3)。加了鹽的易拉罐底部粘在毛巾上,沒有加鹽的易拉罐底部與毛巾不粘。

圖3

問題1:兩只易拉罐的外表面上分別發(fā)生了什么物態(tài)變化?

生:在裝有鹽冰的易拉罐外表面，因為空氣中的水蒸氣遇冷放熱，發(fā)生凝華附著在表面上形成霜，而在裝有普通冰的易拉罐外表面是因為空氣中的水蒸氣遇冷放熱，發(fā)生液化附著在其表面形成小水滴。

問題2:你有什么新發(fā)現(xiàn)?

生:兩個易拉罐外表面溫度不同,一個低于0℃,一個正好0℃,說明空氣中水蒸氣遇到低于0℃的易拉罐時放熱直接凝華成霜，遇到0℃的易拉罐時液化成小水滴。

問題3:為什么裝有鹽冰的易拉罐底部與毛巾粘在了一起,而另外一只卻沒有?

生:裝有鹽和冰的易拉罐溫度低于0℃,其下毛巾中的水達(dá)到凝固點，發(fā)生凝固現(xiàn)象,冰將它們粘在一起。沒有放鹽的易拉罐中溫度是0℃,毛巾中的水就算降到0℃,因沒有溫度差,不會放熱,故水不會凝固,易拉罐底部與毛巾就不會粘在一起。

教學(xué)中運(yùn)用生活物品創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象，然后運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行分析，一方面讓學(xué)生學(xué)以致用，另一方面讓學(xué)生在具體情境中提升思維能力。

4 以情促智，學(xué)以致用

在物理教學(xué)中通過創(chuàng)設(shè)真實的情境,提出科學(xué)問題,讓學(xué)生從生活走向物理,從物理走向社會,做到學(xué)以致用。真實情境不僅可以通過現(xiàn)場實驗來創(chuàng)設(shè),也可以利用多媒體技術(shù)來呈現(xiàn)。

4.1 學(xué)以致用，凸顯生活化

在學(xué)習(xí)升華和凝華現(xiàn)象之后,在課堂上呈現(xiàn)幾幅生活中的圖片,讓學(xué)生選出與升華或凝華有關(guān)的現(xiàn)象。在講人工降雨時,播放飛機(jī)在高空播撒干冰的視頻,讓學(xué)生說出其中涉及的物態(tài)變化,檢查學(xué)生對干冰知識的理解和應(yīng)用情況。

4.2 學(xué)以致用，實現(xiàn)學(xué)業(yè)進(jìn)階

學(xué)生對于物理知識的應(yīng)用要由淺入深，逐步深化，讓其思維能力不斷進(jìn)階。在課堂檢測環(huán)節(jié),筆者播放了一段視頻。

情境：利用干冰滅火器制造干冰，把干冰放在一個容器中,蓋上蓋子,過了一會,蓋子跳了起來,同時容器的外側(cè)結(jié)了一層白霜。把干冰放到另一個裝有水的容器中,有大量的氣泡往上升,同時水面上出現(xiàn)了白霧(圖4)。

圖4

學(xué)生分組討論、交流視頻中與物態(tài)變化有關(guān)的現(xiàn)象,比一比哪個小組找出的現(xiàn)象最多。這樣設(shè)計的目的是通過組員之間的交流、小組匯報,讓學(xué)生自我評價學(xué)習(xí)情況,如有疑惑,可以通過生生互動、師生互動得以解決。

4.3 學(xué)以致用，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)

物理學(xué)科核心素養(yǎng)包括物理觀念、科學(xué)探究能力、科學(xué)思維、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四個方面，教學(xué)設(shè)計中要有意識地從核心素養(yǎng)角度來確定教學(xué)目標(biāo)。

在課堂教學(xué)的最后，讓學(xué)生嘗試解釋農(nóng)諺：“霜前冷,雪后寒?！鞭r(nóng)諺是我國勞動人民的智慧結(jié)晶，這句農(nóng)諺短短六個字,卻包含了兩種物態(tài)變化的特點。讓學(xué)生用簡潔的語言說明農(nóng)諺的涵義,不僅可以在物理觀念、科學(xué)思維等方面對學(xué)生有較好的熏陶，還培養(yǎng)了學(xué)生分析能力、解決問題和語言表達(dá)的能力。

5 以行融智，情智共生

課堂教學(xué)之后的作業(yè)可以不拘于做題,還可以采用小實驗、寫小論文等形式提升學(xué)生的實踐能力和分析、解決問題的能力，本節(jié)課后可以讓學(xué)生探究以下問題。

(1) 查閱資料，了解電冰箱中霜的形成原因；

(2) 嘗試讓家里的冰箱也產(chǎn)生霜；

(3) 結(jié)合自己的體驗和探究,提出冰箱使用建議；

(4) 了解生活中無霜冰箱的分類,說明無霜電冰箱自動除霜的原理。

在以上問題的引領(lǐng)下,讓學(xué)生總結(jié)科學(xué)使用冰箱的方法,一方面可以提升冰箱制冷效果,另一方面可以節(jié)能,延長冰箱的使用壽命。

這樣的作業(yè)讓學(xué)生感受到生活中處處有物理,幫助學(xué)生養(yǎng)成關(guān)注身邊物理現(xiàn)象的習(xí)慣,踐行“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念。

物理教學(xué)要利用演示實驗、分組實驗、多媒體等創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，以情啟智，學(xué)以致用，知行合一，以達(dá)到情智交融、情智共生的理想課堂境界。