物理難點概念有效教學策略——以“比熱容”為例

●陶本友

一、SOLO 理論簡介

SOLO 分類理論認為，人的認知不僅在總體上具有階段性，在解決某個具體問題時也具有階段性，對問題的反應水平分為以下五個不同的層次。 ①前結構水平。 反應特征表現為學生對問題基本上不具備相關知識或被前概念困擾，思維混亂。②單點結構水平。反應特征表現為學生對問題有一點理解，對問題的理解趨于表面和膚淺。③多點結構水平。反應特征表現為學生能針對問題找到多個線索或資料，但還不能將它們進行有機整合利用。④關聯結構水平。反應特征表現為學生能對問題有整體的把握， 能將各種信息進行整合，能解決較為復雜的具體問題。⑤拓展抽象水平。 反應特征表現為學生對問題不僅有了整體把握，還能遷移于新的問題情境，并對問題進行抽象概括。 SOLO 理論具有一個由簡單到復雜的層級結構，是從點到線，再到面、立體、系統的發展過程。 該理論是一種量的測評和質的考查相結合的評價理論， 是一種基于問題解決的等級描述式的評價方法， 用它來指導我們的課堂教學應該是合適的和有效的。

二、SOLO 理論指導下的比熱容概念教學案例

（一）解析字義引入比熱容概念，學生達到學習水平的“懂”層級

為有效降低教學難度， 回避教材中比熱容概念生硬處理的引入方式，尊重和符合學生的認知水平，這節課首先引導學生明確“比、熱、容”這三個字的含義：“比” 就是比較；“熱” 就是指吸收或放出熱量；“容”應該是容納、包含的意思。有時我們還說對人要寬容、容忍，是什么意思呢？ 學生可以說出：這里的“容”是指對人度量大。 我們還常說宰相肚里能撐船呢，那我們把“比、熱、容”這三個字聯系起來怎么理解呢？師生互動、討論，即可得出：通俗地說就是比較不同種物質在吸、放熱方面所能容納的量的大小，換句話說，有的物質在吸收或放出熱量能力表現出“宰相肚里能撐船”的大度，而有的物質可能是“小肚雞腸”了。

（二）經歷探究建立比熱容概念，學生達到學習水平的“會”層級

1.立足實驗探究，確定不同種物質吸熱性能不同

在課堂教學中， 教師試圖通過簡單的語言描述就能幫助學生建立起物理概念， 在學生頭腦中形成正確的物理模型，是很難做到的。在實際課堂教學中如果這樣做了，則抑制了他們的思維，難以激發學生的學習興趣，課堂氣氛一定是沉悶的，因此，課堂教學應以學生已經獲得的體驗為基礎展開。 在這節課之前， 學生在物態變化相關實驗中知道： 通常情況下，在沒有發生物態變化時，物體吸放熱對應著溫度的變化；此外，在同樣的條件下，燒開一壺水比半壺水花的時間長，這說明物體吸、放熱的多少還與質量有關。 如果我們要比較不同種物質的吸、放熱性能，應怎么研究呢？學生一般能說出，選取質量相同和溫度變化相同的不同種物質， 研究熱量與物質種類的關系；通過比較加熱時間的長短，即采用轉換法表示物體吸收熱量的多少。以此為基礎，學生設計實驗方案。其中有個難題：要相同的熱源對不同種物質進行加熱。 可以這樣實現熱源相同， 即僅選用一盞酒精燈，先對水加熱，收集好數據后，再用這盞酒精燈在相同的器材和同樣的實驗環境下對食用油加熱，收集數據， 這樣方便而巧妙地解決了相同熱源這一問題。學生通過探究實驗不難發現水吸熱時間較長，而等質量的食用油升高相同的溫度吸熱時間則較短，這表明質量相同的不同種物質，升高相同的溫度時，吸收的熱量一般是不同的， 反映出不同物質的吸熱性能的差異。進而全班匯總數據，交流、分析，實驗結果一致，說明這個結果不是偶然的，是科學可靠的。

2.運用類比遷移，認定同種物質吸熱性能相同

教學至此，教師設疑：在這個實驗中，我們選取了相同的標準，即質量相同，溫度變化相同，通過比較發現不同種物質的吸熱性能存在差異， 根據這個結果，可以說不同的物質吸熱各具特性嗎？根據學生的實際表現， 教師適當引導： 密度是物質的一種性質，這個概念是經過怎樣的探究過程建立的呢？學生知道，在密度的教學過程中，分別測量多組體積不同的水的質量和體積、體積不同的鐵的質量和體積、體積不同的銅的質量和體積、 體積不同的鋁的質量和體積。 記錄數據，計算相應的質量與體積的比值。 對比分析各組實驗數據，得出結論：同種物質組成的物體質量與體積的比值相同， 不同種物質組成的物體質量與體積的比值不相同，這樣才建立了密度概念。可見， 如果我們僅憑不同物質吸熱存在差別就草率地下結論， 顯然是不科學的， 而應進一步實驗探究同種物質吸熱性能是否相同。 如果相同， 才能說明這確實為物質吸熱的特性，如果不相同，則沒有意義。 這樣一來，我們如何進一步研究呢？ 學生交流、討論，教師點撥，歸納小結，與密度的探究實驗類似， 進行以下實驗探究： ①選取質量不同的水為研究對象，溫度變化相同，收集實驗數據， 對比分析可知水吸收的熱量與質量的比值相同； ②選取質量相同的水為研究對象，溫度變化不同，收集實驗數據， 對比分析可知水吸收的熱量與溫度變化的比值相同；③再綜合對比分析上述實驗數據，不難發現水吸熱與質量、 溫度的變化的比值是一定的。 如果研究食用油等物質的相關實驗數據也是這樣的結果。 可見，同種物質吸熱性能相同。

3.確認物質性質，建立比熱容概念

基于上述兩個層面的認識，教師指出：物理學中用物質的比熱容表示物質的這種吸熱能力的差異，以此體現出不同物質在吸、放熱方面的特性，進而學生自讀教材中比熱容的定義，其物理意義不言自明。由此可見，在科學探究過程中，教師提供足夠的感性材料和適當的引導，要做到有耐心、靜候花開，切忌越俎代庖，應該等待學生思維的提升。這樣引導學生觀察、體會、領悟，他們對知識就會有豁然開朗、恍然大悟的感覺。 在本節實驗過程中， 教師引導學生觀察、體悟多組實驗數據之間的關系，學生探索數量變化之中隱含的不變關系，領悟變化之中存在的規律。正是因為教師不斷進行“蓄水”和“挖渠”的過程，學生才會水到渠成地掌握比熱容概念， 從而自主完成知識的建構。

（三）關聯生活感悟比熱容概念，學生達到學習水平的“熟”層級

事實上， 生活實例可以幫助學生領悟比熱容概念，例如，爸爸花了4 元買了1 千克橘子，而媽媽花了12 元買了2 千克橘子，顯然，爸爸買的橘子便宜些，是否可以說爸爸買的橘子更劃算呢？如果嘗嘗爸媽買的橘子對比一下，發現爸爸買的橘子入口很酸，而媽媽買的橘子口感好，看來，要評價買的橘子是否劃算，應該選取相同的標準，而這里的標準不僅是買多少千克，還有另一個評價標準是口感問題，即橘子品質要相同。 通過融入生活情境的教學環節， 學生真切地感受到必須選取兩個相對獨立且統一標準才能判斷、 比較得出橘子是否劃算的結論，由此聯想比熱容概念，充分認識到比值法定義概念的道理， 再將比熱容和密度的定義進行對比， 則比熱容的定義式c=Q/mΔt 在頭腦中留下深刻的印象。 這樣教學，不僅彌補了教材中一貫隱性處理這種科學方法的缺陷， 而且學生切實領悟了比值法定義物理概念的重要意義和價值， 還感受到比值法有著廣泛的生活基礎， 結合生活經驗理解起來并不困難，原來比值法并不是高度抽象的。

（四）運用推理拓展比熱容概念，學生達到學習水平的“巧”層級

在學生切實理解比熱容概念后，教師分步提出以下問題：①m 千克的物體溫度升高或降低1℃時吸收或放出的熱量怎樣計算？ ②m 千克的物體溫度升高或降低Δt℃時吸收或放出的熱量又該怎樣計算呢？學生經過思考，容易得到熱量的計算公式：Q=cmΔt。這時再啟發學生把比熱容定義式進行適當變形， 也可以得出熱量計算公式，這樣教學，學生不僅對比熱容概念理解得更透徹，而且對今后學習其他物理知識獲得有益的方法指導，更重要的是學生一定不會僅憑比熱容的定義公式c=Q/mΔt 認為比熱容與熱量成正比，與質量、溫度變化成反比。這樣改進教學后，筆者認為比熱容的教與學都比教簡易， 實際教學效果表明學生對這一概念理解準確且輕松， 比值法定義比熱容概念已有效達成。

三、由比熱容概念教學引發的幾點思考

（一）比熱容概念教學過程中的知識結構層級

事實上，學生在比熱容概念的學習過程中，知識構建經歷一個從量變到質變的過程， 每發生一次躍變，學生在對比熱容的認知就進入更高一級的階段。根據學生學習過程中表現出的思維水平可以把學生的學習水平分為五個層次，分別是：①前結構水平，表現為學生不知道比熱容概念，缺乏相關知識儲備；②單點結構水平，表現為學生知道比熱容的含義，能說出比熱容的意義；③多元結構水平，表現為學生能在實驗探究的過程中，能聯系到相關物理量，初步具備這幾個物理量的融合關系；④關聯結構水平，表現為學生能夠聯想生活實例， 并能將這些實例聯系起來，整合成一個綜合體，說明學生真正理解了比熱容概念；⑤拓展抽象結構水平，表現為學生能夠從多角度分析比熱容的物理意義， 深化對比熱容概念的理解， 從熱量計算公式的學習中使物理概念的意義得到拓展。

（二）比值定義概念的理論依據

比值定義物理概念的基礎就是比較。 事物之間是彼此聯系的，相互依存的，既有個性又有共性，選取相同的標準把相關聯的事物放在一起加以對比，找出共性，在一定條件下比值是常數時，恰好能反映事物的本質特征，這就是比較的意義所在。因而采用比值法可以定義揭示物理本質屬性的概念。 本節教學中，關鍵是要建立起用熱量、質量和溫度變化這三個變量相比來定義比熱容概念的教學邏輯， 因此教學必須圍繞比值法的內涵有條不紊地進行， 這是本節課的核心問題，而通過上述的教學環節，這一目標有效達成。

（三）科學探究在概念教學中的作用

科學探究是新課程的核心理念，在探究過程中，學生學到比值法等多種科學研究方法， 領悟科學思想和科學精神， 更重要的是在科學探究的學習活動中，學生經歷了獲取知識的全過程，獲得真實、全面而深刻的體驗， 有助于理解知識和掌握實驗操作技能。 本節課安排系列探究活動，不僅有本小組的水、食用油的實驗現象和數據， 還有其他實驗小組的數據作對比和參考， 以及充分發揮密度探究實驗的正遷移作用，學生在步步為營的探究活動中，對物理現象的認識有序深入、漸入佳境。 由此看來，學生在經歷探究學習的活動中， 會發現自己的前概念與實驗結果相矛盾，產生認知沖突，在物理實驗事實面前，他們不得不放棄錯誤的觀點，主動建構新概念，產生新的認知過程，并且不斷反思、總結自己在科學探究過程中解決問題的措施和思維過程， 最終在頭腦中形成正確的物理概念， 順利實現了由形象思維向邏輯思維跨越，對物理概念的理解變得豁然開朗，清晰而透徹，可見，具有一定思維深度的真探究可以有效提升他們的思維品質。

（四）概念教學遵循學生的認知規律

物理概念教學要與學生的感性認識相聯系，要充分考慮學生的學習基礎、生活經驗，做好新舊知識的銜接， 引導學生溫故知新， 發揮知識的正遷移作用；要創設問題情境，激發學生學習的興趣和熱情，讓學生的思維處于積極的準備狀態， 學習目標設計成階段性要求，小坡度、拾階而上式進行，學生由淺層次思考問題逐漸向深層次發展。 同時注重科學方法的指導，讓學生養成自主學習和自我反思的習慣，學會體驗、梳理、探究、分析和綜合。本節教學比熱容概念的過程中，遵循了認識事物的邏輯順序，概念教學過程不僅解決了是什么的問題， 更重要的是要闡明“為什么”的道理，每個教學環節環環相扣，逐步深入，最后自然得出比值法定義比熱容概念，整個教學流程達到水到渠成的效果， 學生對知識的形成過程和來龍去脈認識清晰且一目了然。

總之，新課程物理概念教學，應以新的教學理念為指導，充分發揮學生的主體性，著力培養他們的探究能力。在教學中，對學生掌握某一概念應有階段性要求，遵循循序漸進、逐步提高的原則，讓學生明白其內涵和外延。 在此基礎上， 將物理概念應用于生活、 生產中去解決實際問題， 讓學生經過具體到抽象，再由抽象應用到具體的螺旋式上升過程，學生就可以全面、深刻地理解物理概念，真正提升其科學素養。