“物理模型在導入新課時的應用”教學案例分析

摘要：通過剖析了一個教學案例，提出在導入新課時通過使用恰當的物理學模型，來增加學生學習過程的趣味性與綜合性。

關鍵詞：物理模型；導入新課；創新應用；興趣與動機

文章編號：1005－6629(2008)10－0022－02中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

［案例背景］

新課標人教版高一化學必修II第二章《化學反應速率和限度》及其后續知識的教學，因其理論性較強、抽象程度較高、處理不當易給學生產生“本部分知識枯燥乏味”的錯覺，歷來是中學生學習的一個重點與難點。如果能通過恰當的方式在不失學科嚴謹性與科學性的基礎上最大程度地增加學習過程的趣味性與綜合性，一定能最大程度地激發學生學習本部分知識的主動性與積極性，并確保本部分知識在學習后能在學生大腦中保持較強的恒久性。鑒于進入這一部分知識學習時高一學生已經具備了必需的高中物理學知識基礎，將學生所熟悉的物理模型創造性地應用于化學教學，在完成本學科教學任務的同時，也激發了學生學習物理學的熱情，使理化知識互補雙贏同步提高。

［案例主題］

化學教學中“物理模型在導入新課時的創新應用”

［案例描述/案例分析］

［教師行為］

進入課堂，在屏幕上打出意大利比薩斜塔的實景照片（圖1）。

［點評與分析］

化學教師走進課堂，給學生展示這樣的圖片，使學生眼前為之一亮：今天不是化學課嘛？老師用這張圖片想干什么呢？同學們在第一時間即進入集體討論與思考，紛紛猜測老師的意圖，也有一部分同學能較早地預料到老師創設教學氛圍的良苦用心并在內心本著贊賞的心態為之振奮。

［教師行為］

接著打出這樣一個問題：設重力加速度g≈10 m·s^-2。一小球初速度為0，從離地面20m 的高樓陽臺上自由落下，求：

（1）小球離地面10m時的瞬時速度；

（2）小球接觸地面時的瞬時速度；

（3）小球在下落過程中的平均速度。

［點評與分析］

此時高一學生已經完成了相關物理學知識的學習，解決這樣的問題基本上是手到擒來，同學們易獲得一種成就感，這就為本節課后續內容的教學創設了一個極佳的心理氛圍，同時還為后續教學過程中“化學反應瞬時速率與平均速率” 的教學埋下了伏筆。

［教師行為］

展示炸彈爆炸、青銅器生銹兩張圖片（此略去）。

［點評與分析］

用這樣的方法引出化學反應也存在快慢問題，介紹化學反應速率的基本概念與一般計算方法，對比強烈、學生印象理應比較深刻。

［教師行為］

提出問題：在一定的溫度條件下，向某加有合適催化劑、體積為2L的剛性密閉容器中充入2.8 g N₂與4g H₂，然后加熱，充分反應10秒鐘后用儀器檢測到容器中NH₃的物質的量濃度為0.01 mol/L。求：

（1）開始時容器中N₂與H₂的物質的量濃度；

（2）10秒末時容器中N₂與H₂的物質的量濃度；

（3）前10秒內分別用氮氣、氫氣、氨氣的物質的量濃度的變化表示的該反應的化學反應速率的值： v(N₂)、 v(H₂)、 v(NH₃)；

（4）比較上述反應速率值的相對快慢。

［點評與分析］

通過本題的演算，既讓學生學會了相關計算的一般方法與格式，又為引出后續概念準備了素材。

通過運算，同學們發現相關化學反應速率的值之間存在這樣的數值關系v(N₂):v(H₂):v(NH₃)=1:3:2并在第（4）問的解答上產生了困惑與爭論：

有的同學認為上述反應速率值的相對快慢為v(N₂)3)2)；

而有的同學則認為上述反應速率值雖然表觀數值不同，但它們反映的是同種條件下的同一個化學反應實驗事實，其快慢程度應該是一樣的；

更有一些同學對這種化學反應速率表達方式本身的科學性產生懷疑，因為他們無法接受上述兩種都看似合理卻水火不容的矛盾結論！此時的課堂已進入爭論的白熱化狀態。

［教師行為］

打出右側動態圖片（圖2）但不做任何解說，讓同學們仔細觀察、自己去體會其中的奧妙。

［點評與分析］

這張圖源自高一物理學課程《圓周運動》一節，學生非常熟悉：距離圓心r處某點的切向線速度v=ωr（ω為圓周運動的角速度值），顯然ω=v/r。

同學們仔細觀察思考后很快就領會了其中的奧妙（幾分鐘后，全班一片恍然大悟：噢--，原來是這樣！妙！）

通過這張圖的引入與借用，無須老師多言，同學們對“同一個化學反應過程中，用不同物質單位時間內的物質的量濃度的變化來表示的化學反應速率值可能不同、且其值之比一定等于化學反應方程中的化學計量數之比”這一難點的理解與掌握在極短的時間內即能得到完美而深刻的體驗。事實上有不少同學創造性地將v/r（r為化學反應方程式中不同物質化學式前的化學計量數）理解為化學反應的角速率ω，并提出在今后的快慢比較問題中一律將v折算成ω后再進行比較將顯得更加方便與快捷。

興趣是最好的老師，即使是成人的學習過程也莫不如此。高一年級的學生，剛剛告別初中階段的學習生活，其內心的童趣尚有很大程度的保留，如果我們能以恰當的方式喚起孩子們內心的童真，最大程度地激發起其內心的學習興趣與動機，在科學的“玩”與充滿智慧的“笑”中不知不覺地接受科學的教育與熏陶，培養其靈活科學的思維建模能力，我想我們的教學距離成功已經近乎一半了。

［思考與困惑］

1.不同的學生，其學科特長必然有所不同。本文的上述做法，從正面來看，有利于學生對理化知識進行有機的整合，在整合過程中于完成化學學科知識學習的同時激發學生學習物理學的熱情，使理化知識互補雙贏同步提高；但從反面來看，對那些物理基礎不太好的學生而言，會不會反過來增加其學習化學的難度進而影響教學效果？

2.本文上述做法基本上基于一種思維方式上的比擬與遷移。但是，物理過程比較側重空間方位上的思考與推斷，不會涉及產生新物質方面的問題；而化學過程則比較側重物質量的變化問題，基本不涉及空間方位上的思考與推斷。這樣的比擬會不會對學生思考化學問題產生不利影響，尚有待進一步觀察與研究。

參考文獻：

[1] [美] 阿妮塔·伍德沃克著，陳紅兵等譯，張斌賢審校.《教育心理學》（第八版）第十二章[M].南京：江蘇教育出版社，2005.

[2] 陳琦 劉儒德 主編.《當代教育心理學》第四部分第八章[M].北京：北京師范大學出版社，2007.