以情啟智 情智共生 ①——以“升華和凝華”教學為例

王 璟

(江蘇省南通市海門區東洲中學,江蘇 南通 226100)

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

1 以情激趣，興趣進階

創設情境：準備一箱干冰、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生大量的氣泡向上升起,就像“沸騰”了一樣,同時水面上出現了大量的白霧(圖1)。用手將白霧扇一扇,教室前排頓時變成了“仙境”,學生們發出“哇”的驚嘆。在這樣的情境下,筆者設計了以下問題，進一步激發學生的內在求知欲。

圖1

問題1:干冰狀態發生了怎樣的改變?

生:干冰一開始是固態,投到水中后,有大量的氣泡產生,氣泡中的氣體是二氧化碳,說明干冰的狀態由固態變為了氣態。

追問:這個過程中干冰中有沒有液態出現?

老師用勺子挖了一塊干冰,利用投影讓學生觀察。學生觀察干冰在勺子上劇烈抖動,前排的同學還能聽到“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,說明干冰由固態直接變為氣態,沒有經歷液態。

讓學生摸一下勺子,又把放干冰的泡沫箱子打開,讓學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,學生認識到干冰在由固態變為氣態的過程中會吸熱,導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象嗎?

學生通過小組討論后進行匯報，有前兩個問題的鋪墊,學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設情境,給學生以多感官刺激，激發了學生的興趣；利用情境提出有梯度的問題，激活學生的思維和內在求知欲,學生在“憤”和“悱”狀態中,通過“啟”讓學生由感興趣向探究事物本質進階。

2 以情促思，思維進階

以情促思是指通過創設情境,依據情境設置環環相扣的問題鏈,誘發學生思考。

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,觀察現象。再從熱水中取出“碘錘”,向上端內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,碘的狀態發生了什么變化?有沒有液態碘出現?

生:碘的狀態由固態變為氣態,沒有觀察到液態碘。

追問:你怎么知道它最后的狀態是氣態而不是液態?

生:紫紅色的碘蒸氣充滿整個玻璃容器,如果是液態,不會充滿整個容器。

問題2：你是怎么知道“碘錘”的碘是直接變為氣態呢？

引導學生分組討論，查閱教材上的相關資料。

情境：呈現教材資料，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℃，遠小于其熔點，碘不可能熔化，而觀察到的碘為氣態，故實驗中碘發生的是升華現象。

對于問題2，學生剛開始不知道如何回答，教師通過教學組織和情境創設，誘發學生的思維由淺層向深層發展，運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、表達過程中，學生的思維能力得到進一步提升。

3 以境促情，情智交融

知識學習的重要目標是能運用知識解決實際問題。為此，還需要創設情境，讓學生運用所學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℃。

現象觀察：加鹽的易拉罐外表面出現了霜，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生了什么物態變化?

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，發生液化附著在其表面形成小水滴。

問題2:你有什么新發現?

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℃,其下毛巾中的水達到凝固點，發生凝固現象,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。

教學中運用生活物品創設情境，讓學生觀察現象，然后運用所學知識進行分析，一方面讓學生學以致用，另一方面讓學生在具體情境中提升思維能力。

4 以情促智，學以致用

在物理教學中通過創設真實的情境,提出科學問題,讓學生從生活走向物理,從物理走向社會,做到學以致用。真實情境不僅可以通過現場實驗來創設,也可以利用多媒體技術來呈現。

4.1 學以致用，凸顯生活化

在學習升華和凝華現象之后,在課堂上呈現幾幅生活中的圖片,讓學生選出與升華或凝華有關的現象。在講人工降雨時,播放飛機在高空播撒干冰的視頻,讓學生說出其中涉及的物態變化,檢查學生對干冰知識的理解和應用情況。

4.2 學以致用，實現學業進階

學生對于物理知識的應用要由淺入深，逐步深化，讓其思維能力不斷進階。在課堂檢測環節,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,同時容器的外側結了一層白霜。把干冰放到另一個裝有水的容器中,有大量的氣泡往上升,同時水面上出現了白霧(圖4)。

圖4

學生分組討論、交流視頻中與物態變化有關的現象,比一比哪個小組找出的現象最多。這樣設計的目的是通過組員之間的交流、小組匯報,讓學生自我評價學習情況,如有疑惑,可以通過生生互動、師生互動得以解決。

4.3 學以致用，培養學生的核心素養

物理學科核心素養包括物理觀念、科學探究能力、科學思維、科學態度與責任四個方面，教學設計中要有意識地從核心素養角度來確定教學目標。

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

5 以行融智，情智共生

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

(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生霜；

(3) 結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。

在以上問題的引領下,讓學生總結科學使用冰箱的方法,一方面可以提升冰箱制冷效果,另一方面可以節能,延長冰箱的使用壽命。

這樣的作業讓學生感受到生活中處處有物理,幫助學生養成關注身邊物理現象的習慣,踐行“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念。

物理教學要利用演示實驗、分組實驗、多媒體等創設情境，激發學生的學習興趣，以情啟智，學以致用，知行合一，以達到情智交融、情智共生的理想課堂境界。