巧用形象模型 促進思維發展
——“內能 熱傳遞”教學及反思

■林啟順

（作者單位：江蘇省南京市金陵中學龍湖分校）

教學案例

【設計理念】

形象思維是抽象思維的基礎，對抽象思維具有很好的促進和補充作用。尤其在解決復雜問題時，學生更需要形象思維的助力。蘇科版物理教材“內能 熱傳遞”一節的相關概念和原理就非常抽象。比如，內能是微觀粒子的能量，它是怎樣表現出來的？為什么物體的溫度升高，內能增大，而內能增大，溫度不一定升高？熱傳遞過程中，是內能大傳給內能小還是高溫傳給低溫？這些問題，初中階段的學生理解起來有相當大的難度。因此，筆者從形象思維入手，通過精心設置問題情境，形成了本節課的教學設計。

【課堂實錄】

一、設置新奇實驗，內能效果“外顯”

（展示臺上放著一燒杯冷水和一燒杯熱水。教師用手舉著溫差電風扇。）

師：大家看，這是一個電風扇。它為什么不轉呢？

生：沒有電池。

師：好，那我馬上找“兩節電池”。

（教師將溫差電風扇的兩端分別插入冷水和熱水中，扇葉竟然自己轉了。學生驚嘆。）

師：同學們想想，風扇的電能是從哪來的？

生：能量來自這杯熱水。

師：電能確實跟熱水的能量有關。這種與熱有關的能量，就是我們今天要學的內能。

二、建立概念，歸納特點

（教師請學生往冷水和熱水中各滴入一滴紅墨水。）

師：通過這個實驗現象，大家回憶出了哪些有關分子的知識？

生：分子間有空隙；分子在做不停息、無規則的運動；溫度越高，分子的無規則運動越劇烈……

（教師將兩個鉛塊壓在一起，松手后，兩個鉛塊粘在了一起。）

師：通過這個實驗，大家又能想起哪些有關分子的知識？

生：分子間具有引力和斥力。

師：運動的物體具有什么能？

生：動能。

師：運動的分子也具有能量，我們把這種能量叫作分子動能。

（教師出示彈簧乒乓球模型。）

師：輕輕地拉伸彈簧，會產生什么能量？

生：彈性勢能。

師：這兩個乒乓球相當于兩個分子，當它們距離稍遠或較近時，會產生吸引和排斥的作用，這時產生的能量叫作分子勢能。在物理學中，我們把物體內所有分子動能和分子勢能的總和叫作物體的內能。

（教師引導學生帶著問題仔細觀察書中插圖，通過歸納得出結論。教師出示幾幅圖片。）

師：這些圖片中的物體都具有內能嗎？說說判斷理由。

生：它們都是由分子構成的。只要分子都在運動，物體就有內能。

師：這些物體分別處于什么狀態？溫度相同嗎？

生：分別處于氣態、液態、固態，有低溫、常溫、高溫。

師：由此，我們可以得出什么結論？

生：任何物體處于任何狀態、任何溫度之下，都具有內能。

三、提煉知識，突破難點

師：在日常生活中，如果我們把湯勺放在熱水里，勺柄一會兒就會變熱。大家說說，它的溫度和內能是如何變化的？

生：溫度升高，內能增大。內能是從湯里傳來的。

師：這類現象在生活中還有很多。比如，冬天抱熱水袋取暖，你的內能是從哪里來的？夏天吃冷飲降溫，你的內能到哪里去了？

生：從熱水中傳來；傳給冷飲了。

師：這類現象叫作什么？

生：熱傳遞。

師：那么，熱傳遞過程有哪些特點呢？請大家通過實驗了解一下。

（教師帶領學生一起做感溫金屬絲的變溫實驗。）

師：誰能描述一下實驗過程中的現象？

生：溫度升高后，金屬絲自下而上逐漸變黃。

師：從該現象中，大家可以認識到哪些熱傳遞的特點呢？

（學生討論交流。）

師：同學們，我們用繪圖的方式回顧一下實驗過程。把感溫金屬絲放在熱水中，剛開始，大家觀察到的現象是什么？說明了什么？

生：金屬絲下面變黃了，說明下面溫度高。

師：過了一段時間之后，大家觀察到了什么現象？說明了什么？

生：金屬絲自下而上逐漸變黃，說明上面溫度逐漸變高。

師：溫度變化后，金屬絲各部分的能量發生了怎樣的變化？

生：金屬絲上面的內能逐漸變大，說明下面的內能傳到了上面。

師：通過這個實驗現象，大家分析一下，熱傳遞發生的條件和方向是什么？

生：條件是溫度差；方向是從高溫到低溫。

師：在物理中，我們把熱傳遞過程中變化的能量叫作內能，它的單位是焦耳。

生：老師，熱傳遞的方向一定是由高向低嗎？一個低溫但內能大的物體，能否向一個高溫卻內能小的物體進行熱傳遞呢？

師：這個問題提得很好，讓我們來觀察一個實驗。

（演示實驗：展示臺上有兩個燒杯，一杯裝有足夠多的冷水，一杯裝有少許熱水。教師拿出一個由感溫材料做的特制U型金屬條，將金屬條較短的一端插入冷水中，將金屬條較長的一端插入熱水中，中間部分懸空，形成了一個展示熱傳遞現象的“熱橋”。）

師：這個“熱橋”的顏色發生了什么變化？說明了什么？

生：金屬條從熱的這端開始逐漸變色，向冷的一端前進。

師：如果老師往冷水杯中再多加一些冷水，變色方向會發生改變嗎？

生：不會。

師：根據這個實驗現象，我們能得出什么結論？

生：熱傳遞的方向一定是由高向低的。

【教后反思】

本節課，筆者從形象思維入手，通過設置新奇直觀的實驗、制作形象的類比模型、繪制簡明生動的思維導圖、展示獨特的“熱橋”現象，讓學生掌握了內能概念，了解了內能與溫度的關系，以及熱傳遞過程的特點。筆者通過精心設問，調動學生的思維，使學生盡可能地處于積極主動的思考狀態。同時，筆者也注重培養學生借助物理形象思考問題的習慣，引導他們在物理形象的基礎上去分析、解決問題，從而幫助他們在形象思維與抽象思維之間搭建橋梁。