大象无形

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大象无形

    新课程提倡教师成为研究者和教材的开发者,我认为“新教材”开发的重点首先应是“科学探究”流程的开发和完善。
    案例:“比热容”的探究
    比热容一直是初中教学的难点。教材(人教版实验教科书)中提供的比热容的实验操作较为繁琐且误差较大,往往导致概念难以建立,建立后的概念又由于内涵较深、外延较广,涉及热量、温度变化、质量三重概念间的关系,学生难以理解。笔者认为,授课时应大胆改进探究实验,在尊重编者所确立的“探究思想”的前提下建构“身边的物理”,采用更为科学的探究流程,才能真正让学生获得知识与技能、情感与态度等方面的发展,特别是获得能力发展和深层次的情感体验,获得解决问题的方法。下面我对执教本课时的课堂实录稍作整理并阐述自己的一些见解。
    一、课堂教学实录
    (一)提出问题──科学探究的前提
    问题引入:美丽的江南水乡──无锡已步入冬季,夜晚睡觉时,辛劳了一天的妈妈常给我们准备好热水袋,关于热水袋,你了解多少?
    (1)烧水时,水吸收的热量与水的质量有什么关系?与水温升高多少有什么关系?
    (2)使用热水袋的目的是取暖,热水袋里装的是水,可以换成相同初温、质量的煤油或砂石吗?
    从生活走向物理是新课程的理念之一,学生能根据生活经验对问题做出合理的判断。
    (二)猜想──科学结论的先导
    问题引入:由此你认为物质吸收(或放出)的热量的多少除了与物质的质量和温度的变化有关外,可能还与               有关?
    学生能猜想到物质吸、放热可能与物质种类有关。
    (三)制定计划与设计实验──科学探究的具体化、程序化
    从猜想中直接引出探究课题:物质的吸热与物质种类有关吗?
    问题导引1:选择何种物质作为研究对象比较科学?在探究时,还应注意哪些问题?
    师生共同讨论得出:选择水、干砂石既可满足“不同物质”,又可使探究对象更具普遍性,因此地球表面的主要组成物质是“水、土、砂”;在探究时采用“控制变量法”,使水、砂的质量相等,因为质量也是影响吸热的因素。
    问题导引2:如何确定物质的吸热与物质种类有关(请提出两种方案)。
    学生经讨论后提出:一是让质量相等的水、干砂吸收相等热量后,测量温度变化;二是让质量相等的水,干砂升高相同的温度,比较加热时间。
    问题导引3:根据方案设计器材。
    抽取方案中的共性后不难得出需要热源、温度计,质量相等的两种物质、天平等器材。
    问题导引4:用书本装置图15.31和15.32可否完成本次探究?本套装置有何缺陷?该如何改进?
    学生基本能找到如下缺陷:酒精灯热源具有污染性和不稳定性,砂子升温不均匀,等等。
    学生改进实验设想:一是用电热源或热水做热源;二是减少砂量增大砂的相对受热面积,使用搅棒,使砂的内部温度很快一致。得出本次操作可用如下器材取代:直径为20 mm,长为20 mm的试管两支,砂和水,带孔橡皮塞两个,温度计、一次性塑料杯一只,开水。
    (四)进行实验与收集数据──科学事实是进行科学分析的根据
    实验步骤:用天平称出15 g砂,用量筒量出15 mL的水,分别装入试管中;用带孔的橡皮塞插上温度计插入砂和水中;在塑料杯中倒入适量热水,将两试管同时放入杯中同等深度(以热水浸没砂面为准)8~10 s拿出,读出砂的温度不再上升时水和砂的温度。
    数据记录:(摘选)
    误差分析:水、砂的热传递方式不同,但水在形成对流前热传递的主要方式也是传导,控制放入热水的时间是让冷水和砂吸热期间的传热方式相同,但15 g的水比砂的体积大,在拿出热水后放热速度也有差异。
    实验反思:本实验所得数据能较好地反映问题,且操作简捷,学生基本能独立完成,需要的物质量较少,干砂较易收集,操作时应注意使用温度较高的热水,使热水与待研究的物质有较大温差。
    (五)分析与论证──“实验后的思考有时比实验本身更重要!──牛顿”
    问题导引1:若要使质量相同的水、砂石均升高相同的温度,该怎么办?
    学生不难得出应对水加热更长的时间。
    问题导引2:水和砂石谁的吸热能力强?
    学生也不难得出同等条件下的水吸热多,故而吸热能力强。
    问题导引3:如何科学地比较不同物质的这种特性呢?
    实际授课时会发现学生较难用物理语言组织表达,笔者类比密度概念的建立进行了启发,过程如下。
    (1)出示两份表格:
    (2)得出:可采用比较单位质量、升高1℃的水、砂吸热多少来比较它们的吸热能力。
    通过类比不仅可以建立比热容概念,同时可让学生意识到比热容同密度一样属于物质的基本属性。接下来的比热容的定义及常见物质的比热容,让学生自读课本相关内容进行解决。
    (六)应用──体现知识的价值
    知识应用体现从物质走向社会,同时也渗透“科学是一把双刃剑”,培养学生辩证的科学观。
    1. 依据水的比热容较大的特性,举例说明它在工农业和日常生活中的应用。
    2. “太湖美,美就美在太湖水。”
    70年代的无锡可谓“小桥流水人家”,90年代的无锡给人“枯藤老树昏鸦”之感。从70年代到90年代无锡的昼夜温差成增大趋势,现在又有所减小。请在课后做进一步的调查,并分析为什么?
    二、我对科学探究流程的理解
    (一)科学源自对生活的理解与感悟
    杨振宁在与科大学生交流时曾说过这样一段耐人寻味的话:“科学原理是浅显易懂的……真正需要探寻的东西其实就在我们的身边,最伟大的发现往往来自于最平凡的认知。”从这段文字中我们不难看出:科学源自对生活的理解与感悟。作为科学课程之一的物理学,研究的是自然界最基本的运动规律,而自然界中的物理现象蕴藏着无穷奥秘。这两方面的客观存在与结果是建构初中物理新课程的关键,也是物理新课程设计的起点。这就要求教学的设计能设法让学生体会到“生活的物理,社会的物理”,总之一个有血有肉的活生生的物理,而并非“书本上的方块字”和实验室中“冷冰冰的仪器”。这种设计的理念与教材的内容体系并无多大关系,因为教材提供的只是值得借鉴的一种探究模式。关键是敢于联系学生实际,大胆地重组教材结构,再赋以新的理念。我在设计此课时“时已近冬,天气渐寒”,以“热水袋”作为探究起点则易激发学生思维,而“太湖”作为无锡的母亲湖,养育着千千万万的太湖儿女,以“太湖美”作为课程设计的延伸点则体现了科学的价值,设计中关注了人性情感的渗透,如“辛劳的母亲”“小桥流水人家”的江南水乡。真正体现“生活即物理”。
    (二)探究源于对问题的发现和解决
    牛顿曾说“发现一个问题比解决一个问题更重要。”张大昌先生说过:没有问题就没有探究的根本和必要。成功的“科学探究”要使学生既能学到科学概念又能发展科学思维能力,则需在课堂上保持学习者强烈的好奇心和旺盛的求知欲,具体操作时应遵循科学研究的基本规律──源于问题,解决问题。笔者在组织学生探究时先从现实生活中选择和确定研究主题──“热水袋里装的是水,可以换成相同初温、质量的煤油或砂石吗?”再以问题为导引,在教学中设法创设一种“类似于学术研究的情境”,并通过实验设计、操作、收集与处理信息、表达与交流等探究活动让学生自主、独立地发现问题和解决问题。
    (三)流程源自对实践的反思和改进
    这里的反思有两层含义,一是科学的探究流程的建构,需要作为组织引导者的教师根据实践进行反思;二是科学结论的获得需要作为探究主体的学生进行反思。本课“制定计划与设计实验”环节之所以与书本相比较有较大变动,原因是我在授课时发现,书中所提供的实验操作确实较为繁琐,而且所用的探究课题“比较不同物质的吸热能力”较为抽象,学生往往会回答“干砂的吸热能力强,因为干砂的温度比水的温度升得快”,这一问题若不解决,势必影响科学的探究流程的构建,影响课堂教学的时效。所以我在授课时,一是让探究课题更为显性化;二是在探究中引导学生反思书本实验的缺陷,设计更为合理的探究实验,再利用探究后的结论引导学生比较“不同物质的吸热能力”。
    综上所述,我认为科学的探究流程需是符合学生探究能力的流程,能切实培养学生探究能力的流程。课程编者往往提供的是一种思想,而并非方法,“大象无形”是教学实践者开发课程的原则。
    说明:我选比热容作为案例还有另外一个原因,那就是“比热容”是新教材中设置的最后一个完整案例,从道理上讲,学生的探究意识已建立,探究流程已内化。