指向深度教學的物理實驗教學

隋文泉

相比于傳統教學模式，物理實驗的深度教學體現在與教和學兩個方面，一方面需要教師在課前深度備課，包括備教材、備學情等;另一方面要能夠做到引導學生深入思考，使得學生對于實驗過程有深刻理解，并最終形成科學的深度思維。

一、教材的分析與備課

根據新課標要求，學生要通過實驗，了解比熱容，嘗試用比熱容說明簡單的自然現象。在以往的教學實踐中，如何通過“比較不同物質吸熱情況”的實驗，引導學生了解比熱容的概念，這是初中物理教學的一個難點。為了更好地深度備課，備教材，因此選擇了人教版和滬科粵教版兩種版本的教材，做了對比分析。（見表一）

“比較不同物質吸熱情況”的實驗，人教版教材中采用的材料是水和食用油，加熱裝置是電加熱器。而滬科粵教版教材中采用的材料是水和沙子，加熱裝置是酒精燈。水和沙子的組合雖然和引入情景相吻合，但是由于熱傳遞的方式不同，在實驗中往往一開始沙子升溫較慢，這就為實驗數據的分析增加了難度，因此采用水和食用油的對比實驗更好一些。此外，酒精燈作為加熱裝置，火焰不穩定，兩個酒精燈很難做到單位時間放熱量相等，因此不建議使用酒精燈加熱。而教學實踐中發現，人教版教材圖中的電加熱器功率過大，實驗過程短，不便于記錄實驗數據。所以，對于有條件的學校，建議更換成為實驗室用的紅外加熱器。

在學情方面，學生在本節課學習中的一大難點在于，實驗后根據實驗結果，構建比熱容這個物理量的概念，表達式運用了比值定義法，涉及到了四個物理量，而且熱量Q不是測量結果，而是由加熱時間轉換比較得來的，因此對學生的思維跨度要求較大，對比熱容的概念容易產生認知障礙。針對這種情況，應該注意為學生搭建“腳手架”，引導學生思維，特別是類比其他采用比值定義法的物理量，比如速度、密度等，實現學生的知識遷移。

二、教學活動的設計與開展

1.引導學生思考，提出探究問題

情景展示：如圖2所示，夏天的中午，人們赤腳走在海邊的沙灘上，覺得沙子很燙;當走進海水的時候，卻覺得海水比較涼。

師：圖中的場景，涉及到了哪些物理量呢？

生1：海水的“燙”和沙子的“涼”都是在描述物體的冷熱，物理上用溫度描述物體的冷熱程度。

生2：夏天的中午，太陽在向海水和沙子傳遞熱量。

師：同學們能不能從這樣的現象中，提煉出一個值得我們實驗探究的物理問題呢？

生：不同的物質，吸收了相同的熱量后，溫度的變化相同嗎？

點評：比熱容的概念涉及到了多個物理量，以往的教學過程中，引入環節由教師主導，過程較快，往往幾分鐘便進入了實驗探究環節，沒有給學生預留充分思考分析的空間。在搭建情景之后，應該引導學生，啟發他們用科學的思維和物理的概念來重新建構問題，從生活的直觀感受和主觀經驗邁進物理的世界。

2.整理實驗思路，提煉科學思維

師：實驗員為大家準備了兩種物質，一種是水，一種是食用油，我們今天來比較他們的吸熱情況，實驗中應該注意什么呢？

生：水和食用油的質量要相等。

師：這樣的要求體現了物理研究中的什么方法？

生：控制變量法。

師：是否要求水和食用油的初溫相等呢？

生：不需要，因為實驗觀察的是溫度變化量，與初溫無關。

對于水和食用油質量相等，學生往往能夠想到，但初溫是否要相等，學生中可能會有不同的看法，這里可以組織學生討論，觀點交鋒，在討論中強化學生對于知識的理解。

師：我們怎么保證相同質量的水和食用油吸收相同的熱量呢？

生：可以使用相同的加熱裝置，加熱相同的時間。

師：用加熱時間代表吸收熱量的多少，這體現了什么科學方法呢？

生：轉換法。

最終引導學生總結得出實驗思路，用質量相同的水和食用油，在相同的加熱裝置下，加熱相同時間，比較兩種物質升高的溫度。

點評：在實驗的設計階段，需要老師抽絲剝繭，引導學生深入思考，攻克難點，厘清實驗思路。比如用加熱時間表示吸收熱量的多少，是本節課的一個難點，在這里需要注意為學生構建腳手架，而不能越俎代庖，灌輸式教學。同時在實驗設計中，注意總結科學思維和科學方法，有利于培養學生物理學科核心素養。

3.重視數據記錄，提升分析能力

數據的記錄和分析是非常重要的實驗環節，因此要注意指導學生做實驗數據記錄表格，然后組織學生對于數據進行分析。并且要向學生強調，應該如實記錄，不能編造修改實驗數據，培養學生實事求是，嚴謹認真的科學品質。

得到實驗數據后，指導學生分析數據，描點連線，通過圖像進行分析。可以以加熱時間或吸收熱量為橫坐標，溫度或者溫度變化量為縱坐標，做出圖像，例如圖1所示。從圖像中，可以分析出，相同質量的水和食用油，在吸收相同熱量的情況下，升高的溫度不相等，水升溫較慢，而食用油升溫較快。

點評：如果圖像不能明顯比較出兩種物質的吸熱能力，則應該引導學生分析原因，是由于某些環節出現了錯誤，比如相同質量水和食用油的稱量、溫度計的讀數，還是其他原因導致的實驗誤差。在分析總結的過程中，鍛煉學生的科學思維，加深對于物理知識、物理思想的理解，培養學生對科學的興趣和熱愛。而不應該直接告訴學生實驗結論，甚至簡單粗暴地否定學生得到的“不理想”的實驗結果。

4.把握認知規律，突破教學難點

比熱容作為表示物質吸熱能力的物理量，在向學生提出之前，應該注意比值定義法的滲透。以速度的概念為例，要比較物體運動的快慢，相同時間可以比較路程，相同路程可以比較時間，但是如果時間和路程均不相同，那么就用路程與時間的比值，這就是速度的概念。

同理比較不同的兩個物體的吸熱能力，吸收相同熱量時，可以比較升高溫度;而升高相同溫度時，可以比較吸收熱量;但是如果兩個物體吸收的熱量和升高的溫度都不相同呢？這時根據比值定義法，由速度概念的認知遷移，學生會想到用熱量Q與溫度變化量？駐t的比值，其實這就是“熱容”這個物理量的表達式。有的學生可能會想到，但是這個比值越大，意味著物體的吸熱能力越差，這不符合多數人的思維習慣，因此我們用，而不用。兩種不同物質在比較吸熱能力時，還要注意到質量m的影響，因此我們要用再除以質量m，保證用單位質量的去比較，此時就引出了“比熱容”的表達式c=。

點評：借助比值定義法這一“腳手架”，以及熱容概念的過渡，可以突破比熱容概念教學的難點，具有比較清晰的邏輯建構，也符合學生的認知規律。

三、結論

要上好一節實驗課，需要老師深度備課，研究教材，分析實驗安排的合理性，大膽改進教學設計和實驗裝置，以及分析學情。課堂教學過程中，注意學生的主體性，引導學生深度思考，多動手動腦，注重培養學生的科學思維和科學精神。對于教學中的難點，要善于構建“腳手架”，遵循學生認知規律，幫助學生實現認知遷移，深化對于物理知識的理解與應用。

責任編輯 龍建剛