合理挖掘教材，培養學生構建物理概念的思維能力

王麗英

【說課教案】

《比熱容》選自教育科學出版社義務教育教科書《物理》九年級上冊第1章第3節第1課時。下面我將從內容和內容解析、目標和目標解析、教學問題診斷分析、教學過程設計、目標檢測設計五個方面闡述這節課的設計思路。

一、內容和內容解析

1. 內容

實驗探究“比較不同種物質的吸熱能力”，“比熱容”概念的建立。

2. 內容解析

“比熱容”是在實驗探究“比較不同種物質的吸熱能力”的基礎上建立起來的。比熱容是物質的諸多特性之一，這一概念的建立再次體現了比值定義法對于建立物理概念的重要性。

在實驗探究“比較不同種物質的吸熱能力”之前，需要先在理論上分析清楚“如何比較物體吸收熱量的多少”“物體的吸熱能力與哪些因素有關”，這一過程體現了控制變量法、轉換法。 科學方法是實驗及其結果是否科學的關鍵，是科學探究的重要方法。

“比熱容”概念對于后續更好地理解和解釋“比熱容”的現象及應用有著重要的作用和意義。

基于以上分析，確定本節課的教學重點：比熱容概念的引入過程。

二、目標和目標解析

1. 目標

（1）理解“加熱時間”的作用，會用停表記錄“加熱時間”，體會轉換法的思想。

（2）經歷“比較不同種物質的吸熱能力”的實驗設計過程，理解控制變量法。

（3）經歷實驗探究過程，通過對實驗數據、現象的分析，建立“比熱容”概念。

2. 目標解析

達成（1）的標志：學生在教師的引導下，在分析“物體的吸熱能力與哪些因素有關”、設計“比較不同種物質的吸熱能力”的實驗方案時，知道要用“加熱時間”來反映“物體吸收熱量的多少”。

達成（2）的標志：學生在教師的引導下，知道要探究的問題是“物體的吸熱能力與物質種類的關系”，能運用控制變量法和轉換法的思想設計科學合理的實驗探究步驟。

達成（3）的標志：學生在分組實驗的過程中能夠合理分工、有條理地記錄數據。學生在教師的引導下，結合實驗現象、實驗數據進行定量分析，通過獨立思考、組內分析、組間交流，找出數據間的聯系，發現同種物質的共性、不同種物質的特性，并最終用相關物理量的符號表示出來。

三、教學問題診斷分析

物體的吸熱能力是一個較為抽象的物理概念。物體吸熱能力的強弱如何比較，以及與質量、溫度變化、物質種類等影響因素之間存在著怎樣的聯系，學生不易直接得出結論。而且，“比熱容”概念的建立涉及加熱時間、物體質量、溫度變化等三個物理量間的運算，即使順利完成實驗，實驗數據間的數量關系也不明顯。

克服第一個難點：教師結合學生的燒水經歷，并借助學案，幫助學生理清這五個物理量（吸收熱量、加熱時間、物體質量、溫度變化、物質種類）間的邏輯關系。

克服第二個難點：先回憶“密度”定義的得出，然后鋪設臺階，循序漸進，將討論變量的個數由一個逐漸增加到三個，最后借助Excel表格處理數據，通過數形結合，深化學生對“比熱容”概念和比值定義法的理解。

基于以上分析，確定本節課的教學難點為：比熱容概念的建立過程。

四、教學過程設計

新課標倡導學生的自主學習，但是離開教師必要的引導，學生的自主學習就會流于形式，因此需要用合理的教學設計，一來保證課堂教學的有序，二來促進課堂教學的生成。本節課的教學將從以下六個環節展開。

環節一：創設情境

【教學內容】學生觀察圖片，思考教師提出的問題：同學們去過海邊嗎？炎炎夏日，站在海水里的小女孩與站在沙灘上的小男孩感受相同嗎？為什么同樣在太陽的照射下，海水和沙子升高的溫度不同呢？

【設計意圖】多數學生對海水與沙子的溫差有比較深刻的體會。聯系學生已有的生活經驗，激發學生的學習興趣，引發學生的思考，使他們積極參與到課堂學習中。

環節二：明確要探究的問題

【教學內容】給出概念：在這個情境中，沙子與海水都吸收了熱量。 在物理學科中，如果物體吸收熱量越多，我們就說物體的吸熱能力越強。

提出問題：物體的吸熱能力與哪些因素有關？首先以燒水為例，來研究同種物質的情況。結合情景① 燒一壺水與燒半壺水；情景② 將一壺水燒至100℃與50℃。完成學案上的問題：水吸收熱量的多少與哪些因素有關呢？

學生發言并相互補充，得出：物體的吸熱能力與質量、溫度變化有關。

【設計意圖】為了降低難度，首先引導學生研究同種物質的情況。學生普遍都有燒水的生活經歷，對加熱時間、水吸收的熱量都有親身體驗，不難找出情景①和②中要凸顯的影響因素——質量、溫度變化。學案的設計有助于學生進一步梳理思路，體會轉換法的作用，明確相關物理量間的邏輯關系，為后面的實驗探究打基礎。

環節三：明確實驗探究方案

【教學內容】提出問題：加熱相同質量的水和沙子，使它們升高相同的溫度，它們吸收的熱量相同嗎？你有什么猜想？

學生合理猜想：物體的吸熱能力是否與物質的種類有關？引出新的實驗探究問題。

提出問題：怎樣探究物體的吸熱能力是否與物質的種類有關？請同學們以小組為單位，討論一下這個實驗的設計方案。

各小組踴躍發言并相互補充，在實驗器材（尤其是測量工具及其作用）、實驗步驟（尤其是控制變量法如何體現）等方面達成了共識。

學生閱讀教科書，思考教師提出的問題：教材上的表格，利用的是哪個方法？如何利用這個表格記錄實驗數據？

學生發言并相互補充，進一步明確了實驗分工、步驟以及需要收集的數據。

【設計意圖】聯系上課之初所舉的例子，引導學生步入本節課的主題——實驗探究“比較不同種物質的吸熱能力”。實驗方案的設計離不開控制變量法。學生的能力有差異，因此組織學生進行小組學習。學生不但可以在學習小組內部討論出實驗方案，還可以通過小組間交流，使實驗方案得到補充、完善，在分享中收獲到學習的快樂。本實驗涉及三個測量工具，較為復雜。為了在后續實驗中利用好實驗記錄表格、了解實驗操作要點，在實驗前，教師要引導學生通過思考、討論，明確實驗表格的使用方法，為后續實驗鋪墊，確保實驗探究有序、有效地進行。

環節四：分組實驗 小組匯報

【教學內容】大屏幕展示“溫馨提示”，學生動手實驗，教師巡回指導。

實物投影展示學生收集的數據，學生分析表格中的數據，思考教師提出的問題：分析數據，你有什么發現？

學生發言并相互補充，一致得出“水比鐵砂吸熱能力強”的實驗結論。

【設計意圖】為了節約時間，教師事先調試好實驗裝置，同時對水和鐵砂進行加熱，保證學生有充足的實驗時間。學生分組實驗后，教師借助投影設備隨機選取各小組的實驗數據進行匯總，學生更容易得出具有普遍性的結論，也更能體會到小組合作學習的重要性。

環節五：定量分析 建立概念

【教學內容】提出問題：通過分析，我們不難發現“水的吸熱能力比鐵砂強”。那么，水的吸熱能力究竟是鐵砂的多少倍呢？你是通過分析表格中的哪些數據得出結論的？

學生發言并相互補充。學生們發現，可以選取不同組數據進行比較，方法較多，但是不同組數據對應的數量關系相似：質量相同時，加熱時間與升高溫度的比值■，對于水或鐵砂而言相同、水與鐵砂相比則不同；升高溫度相同時，加熱時間與質量的比值■，對于水或鐵砂而言相同、水與鐵砂相比則不同。

提出問題：如果質量和升高溫度都不同，你還能比較水的吸熱能力是鐵砂的多少倍嗎？

想一想，要比較不同種物質的密度，它們的質量也不同，體積也不同，我們怎樣處理？

在教師的引導下，學生無論通過理性思考，還是數據驗證，都不難發現，可以比較■，即使質量和升高溫度都不同，對于水或鐵砂而言相同，水與鐵砂相比則不同。

提出問題：這反映了物質的一種什么性質？

大屏幕展示excel表格，教師輸入數據：同學們有什么發現？

學生張口就答：“這是物質的一種特性。”通過分析圖像，學生進一步發現，以加熱時間T為縱軸，質量和升高溫度的乘積m·？駐t為橫軸，水和鐵砂對應的圖像分別是兩條經過原點、且傾斜程度不同的直線，為兩個正比例函數。學生在確認了答案的基礎上，對計算機擬合出的圖像仍感到驚嘆。

【設計意圖】在定性分析的基礎上進行定量分析，是為了引導學生了解“比熱容”概念的建立過程。由于初四學生的理性思維還不強，為了從定性分析順利過渡到定量分析，教師可以換用一個數據成倍增加的實驗表格，降低思維難度；在理性分析過程中，由易到難，逐漸增加變量個數，將已學過的“密度”的定義方法遷移過來，引導學生認識到物質的吸熱能力也可以用同樣的方法來比較。通過數形結合得出正比例函數，直觀地體現這一比值對應著物質的一種特性，有助于學生思維能力從感性到理性的提升。

環節六：引出概念 了解內涵

【教學內容】給出概念：這個比值對于不同種物質是不同的，對于同種物質是相同的，但是不要忘了，加熱時間并不是我們的研究目的，而是為了反映物體吸收熱量的多少。于是，我們就把這樣一個比值■定義為“比熱容”，符號c，公式c=■。

提出問題：比熱容的大小反映了什么？

學生張口就答：“物質的一種吸熱能力。”“1kg的某種物質溫度升高1℃吸收的熱量。”

教師補充：對于同一種物質，質量相同時，升高1℃所吸收的熱量與降低1℃所放出的熱量是相同的。因此，比熱容的大小反映了物質的一種吸放熱能力，即1kg的某種物質溫度升高（或降低）1℃時吸收（或放出）的熱量的多少。

大屏幕展示比熱容表格，學生觀察表格，思考教師提出的問題：從表格中，你收集到了哪些信息？

學生發言并補充：“水的比熱容最大”“比熱容與物質種類有關”“比熱容與物質狀態有關”等。

【設計意圖】學生經歷的計算、比較比值的過程，為比熱容概念賦予了個性的理解和感悟，使它不再是一個空洞而生硬的物理概念。學生對比熱容物理意義的流利闡述為之前的科學探究過程畫上了一個完美的句號。這一環節也拓展了學生對比熱容概念和內涵的認識。

【評析】

立足教材 適度挖掘 大膽創新

這節課是執教者在深入理解和挖掘新教材的基礎上，選取并組織適合的課程資源，經過精心設計、充分準備以后，呈現在我區教研活動上的一節展示課。

1. 新舊教材對比分析

與舊教材相比，新教材在本節的變化主要體現在如下三個方面：

（1）實驗探究方案

①從實驗裝置上看：新教材用2支相同的試管替代了2個相同的金屬盒，用鐵砂替代了沙子，去掉了鐵板，用同一個酒精燈先后直接對裝有水和鐵砂的試管加熱；

②從設計思路上看：新教材更為具體，不但指出了溫度計的作用，而且明確地將實驗需要收集的數據以文字、表格的形式呈現在讀者面前。

（2）比熱容的定義

新教材改變了原來“文字”定義的形式，凸顯了“比值”定義法。

2. 備課中遇到的困難及對策

本節課的教學內容為《比熱容》第一課時，主要涉及新教材在“實驗探究方案”“比熱容的定義”兩方面的變化。執教者在設計本課時遇到的困難，也不外乎這兩方面：

（1）實驗真心難做

困難①：鐵砂難覓.俗話說：巧婦難為無米之炊.沙子隨手可得，但是鐵砂卻不好找，學校也來不及配備，只能放眼器材市場與鐵制品工廠。難道放棄鐵砂？查一下比熱容表格，鐵砂的比熱容是沙子的一半，用鐵砂做實驗，現象肯定更為明顯！而且，由于金屬的導熱性好，即使不攪拌，也能得到較為準確的實驗結果！鐵砂值得尋找……

困難②：實驗數據毫無規律。教者采用新教材的實驗裝置和實驗表格，在辦公室里親自動手實驗，加熱試管中的水時，發現火苗左右搖擺，熱源極不穩定，根本無法保證試管底部在相同的時間內吸收相同的熱量，導致一定質量的水在升高溫度成倍增加的情況下，所測得的加熱時間也毫無規律可言；而且，溫度升高得很快，在記錄數據時非常不方便。

困難③：實驗在短時間內無法重做。執教者對數據很不滿意，打算重新實驗，結果發現試管中的水溫度降低得很慢，除非借助冷水降溫或者在試管中重裝等質量的水，否則要等待很長時間。這就意味著，學生在課堂上分組實驗時，一旦實驗失敗，很難有時間或機會重做實驗。這無疑是對學生實驗能力的挑戰。

困難④：使用秒表難。本實驗涉及天平、溫度計、秒表三個測量工具，其中秒表的使用最為困難。體現在：如果累積計時，就會遇到分、秒及后兩位數字間的單位不同的麻煩；如果連續計時，就要迅速讀數、迅速復位，得眼疾手快，并且配合協調。

這些實驗操作困難，①、③、④屬于人為因素，可以解決，但是②則是由于新教材中的實驗裝置本身不完善導致的，需要執教者加以改進。

對策：為了解決熱源不穩定、加熱時間短的困難，執教者與同組老教師（李臣老師）交流后，借鑒水沸騰的實驗裝置，增加了一片石棉網（如圖2），立刻得到了令人振奮的實驗效果——在誤差允許范圍內，升高5℃、10℃、15℃、20℃所需的加熱時間穩定地成倍數變化！

（2）比值法難定義

新教材在實驗探究結束后，直接給出了“比熱容”的定義式。比熱容涉及了三個物理量的運算關系，是初中階段最為復雜的物理概念之一。

新教材一改舊教材用“文字”定義物理概念的方式，顯然是要凸顯比值定義法對建立物理概念的作用，并希望學生初步形成用比值來描述物質特性的意識。也就是讓學生不但知道“是什么”，而且還能知道“為什么”。

因此，執教者須引導學生經歷建立“比熱容”概念的過程，而這一過程就是運用比值定義法比較同種或不同種物質的過程。

但是，初四學生的理性思維還不強，直接用物理符號進行理論推導是行不通的。又由于升高規定的溫度（5℃、10℃、15℃、20℃）所對應的加熱時間不是整數，它們之間的數量關系很難直接看出，所以要引導學生對實驗數據進行定量分析也很困難。

怎樣才能降低思維上的難度，讓學生自己意識到這個比值的來歷，明白建立“比熱容”概念的意義所在呢？教材沒有指出，這顯然需要執教者對新教材內容進行補充（如表1）。

在解決困難的過程中，執教者通過親身體驗感到：物理教學應該與時俱進，努力用新教材的新理念、新要求來指導教學，應該盡量貼近新教材，用心體會新教材的設計意圖，卻又不能完全依賴新教材，執教者還應該根據學生的認知水平、認知規律、認知習慣，對教材做必要的改進和補充，正所謂“用教材教，而不是教教材”。

3. 教學實施中的亮點與不足

（1）亮點

①分組實驗.學生們都能動手動腦，積極參與到物理概念的學習過程中，既獲得了直觀體驗，又鍛煉了實驗能力，充分發揮了學生的主體作用。

②手段豐富。本課采用了實驗、定性分析、比值定義、圖像等多種手段，目的都是為了找到“比較不同種物質的吸熱能力”的辦法。這些教學方法的變化激發了學生的興趣，降低了學生學習抽象概念的難度，調動了學生用不同的思維方式思考同一個物理問題的興趣，將生硬的物理概念加入了自己的個性理解。可以說，在這一節課的時間內，學生學到的不僅是物理知識，更學到了物理方法，并且收獲了鮮活的生命體驗。

③學案引領。學案幫助學生梳理各物理概念間的聯系，構建自己的認知結構，將知識與方法加以落實，為后續學習打好基礎，為物理學習注入持續動力。

（2）不足

①由于借班上課，教對于學生的實驗能力了解不足，沒有在課前讓學生對秒表的使用加以練習，導致部分學生對加熱時間的數據收集和處理不準確。

②在定量分析時，對數據的分析處理有些復雜。如果能夠分別對水與色拉油進行分析，學生會很容易發現，對于水或色拉油而言，是定值，比較水與色拉油，卻是不同的。既能達到同樣的目的，又能大大降低難度。

③圖像不僅可以直觀形象地揭示一些物理規律，而且可以鑒別錯誤數據，為此，如果能將錯誤數據也輸入電腦，引導學生從圖像上將其與合理的實驗數據加以區分，對圖像的利用就更充分了。