滲透科學方法的“濕度和降水”教學實踐

陳蒼鵬

摘 要：“濕度和降水”是一個復雜的物理現象，教學中蘊含著許多的科學方法，在教學設計中突出實驗法、模型法、比較法等科學方法，促使學生利用不同的方法來解決不同的問題，以提高學生解決問題和實踐創新的能力。

關鍵詞：濕度和降水；科學方法；運用

科學方法是解決科學問題的重要手段，是人們為獲得科學認識所采用的規則和手段系統，是科學認識的成果和必要條件。科學方法也是學生從知識學習到能力發展的中間環節，從某種意義上講科學方法比知識更重要，并將影響學生的一生。

科學方法主要有控制變量法、實驗法、觀察法、模型法、歸納法、演繹法、類比法、比較法、分類法、轉換法、等效替代法等。為了突出科學方法教育對培養學生的思維能力和科學素養的作用，把各種科學方法運用到具體科學教學中，應該以實踐為落腳點，以學生為切入點。

一、教材分析

濕度是物理學中的一個概念，也是影響天氣的一個重要因素，降水的形成過程是一個復雜的物理過程，屬于天氣現象。其中濕度的概念是本節課的一個難點，學生對此比較陌生，而且概念繁多——涉及濕度、絕對濕度、飽和濕度、相對濕度等，對于初中生來說真是非常抽象，難以理解，需要通過模型來幫助學生理解濕度的相關概念。在學習了相對濕度等概念之后，再學習降水，就比較符合邏輯，既符合學生的認知規律，也符合物理規律。但是降水的形成條件以及過程還是比較難，尤其是凝結核的概念，又是一個比較難的知識點。

二、教學思路建構與分析

教學思路設計：濕度與健康（問題情境）—濕度（觀察法）—相對濕度等（模型法）—干濕球溫度計制作（實驗）—測量相對濕度（實驗法）—降水條件（歸納法）—降水模擬（模擬實驗法）—人工降水（原理運用）。

從教學思路中可以看出，本節課運用了實驗法、模型法、歸納法、觀察法等多種科學方法。尤其是飽和濕度、相對濕度，通過模型來揭示其特征和本質，這里的模型借助PowerPoint技術，直觀反映本質的思想模型，使難以直接觀察到的相對濕度等直觀化，有助于理解概念。

對于降水條件的歸納，也比較抽象，需要借助模擬實驗的手段來突破，通過一邊觀察實驗一邊分析，逐步建立降水形成的一般模型：空氣上升→冷卻降溫→水汽凝結→云滴增大→降水形成。

學生初學濕度和降水這樣難度大的內容時，需要遵循“從簡到繁、由易到難、循序漸進”的原則。引導學生處理濕度概念的時候，盡量把復雜的問題分解成若干個較為簡單的問題后再逐個突破。

三、教學過程

（一）創設情境 實驗觀察 構建概念

為了激發學生學習興趣，引出濕度，一開始就播放濕度和生活息息相關的電視報道——黑龍江電視臺《濕度和身體健康》。

學生通過電視視頻感悟到，濕度不僅是影響人類身體健康的一個因素，而且也是天氣的一個重要因素。那么什么是濕度呢？

學生小組活動，觀察和思考（如圖1）。

（1）表面皿底部發現什么現象？為什么會這樣？ （2）一杯冷水和一杯熱水，哪一杯上方空氣中水汽多？為什么？（3）如果水汽不斷增多，將會出現什么現象？

學生觀察與討論后，根據現象進行分析，再經過小組互助，形成如下觀點。

（1）熱水杯表面皿底部發現很多的水珠，而冷水杯上的表面皿底部則沒有發現水珠。因為熱水杯上方水汽多、溫度高，遇冷凝結，而冷水杯上方水汽少、溫度低，不會凝結。

（2）熱水燒杯上方的水汽比冷水燒杯上方的水汽多。因為熱水蒸發得多也蒸發得快，在外界氣溫和氣壓條件相同的情況下，在相同的時間里（約3分鐘），熱水杯上方的表面皿下方有許多細小的水滴，而冷水杯上方的表面皿則是干燥的。

本實驗也說明了溫度越高，空氣中水汽也越多。

（3）冷水杯水汽不斷增多的話，也會出現水珠，熱水杯水汽增多，水汽凝結更加厲害。

教師對學生的發言和互助，需要給予及時的鼓勵和肯定。同時繼續引導學生引出新概念——濕度。從問題（2）可知，不同空氣中水汽的多少是不一樣的，我們把空氣中水汽的多少稱之為濕度。這樣，學生同樣可以推出：在地面條件相似的情況下，溫度越高，濕度越大。

教師繼續引導：從熱水杯出現水珠的現象，我們可以認為這個杯子里面水汽還能容納嗎？學生很自然予以否定。教師引導學生結合“飽和溶液”與“不飽和溶液”的概念，提出“飽和濕度”——把這個不能再容納水汽的現象稱之為水汽的飽和現象。這個濕度可稱之為“飽和濕度”，那么另外一個稱之為不飽和現象，把空氣中水汽實際的含量，科學家稱之為“絕對濕度”。當然，絕對濕度可以不可以是飽和的？學生自然認為是可以的。

【設計評價】通過實驗觀察，既呈現了真實的情境，讓學生仔細觀察物理現象，并分析產生該現象的科學問題，融合了一種重要的科學方法。在兩個實驗的比較中，讓學生學會分析與比較，并能初步嘗試尋找各相關因素之間的聯系。通過學生的定性觀察，建立濕度概念，并在此基礎上加以引導，推出“飽和濕度”“絕對濕度”等概念，從而培養學生的推理能力，有利于培養學生發現問題—做出假設—進行觀察—做出判斷—進行推理這一思維方法。

（二）設計模型 化難為易 探究本質

教師啟發：熱水杯空氣中水汽已經達到飽和狀態，會出現凝結現象，而冷水杯空氣中水汽沒有達到飽和狀態，水汽不會凝結，那么，它離飽和濕度還有多大的程度呢？

我們通過案例和模型來進行分析（如圖2），幫助建立相對濕度的概念。例如，10℃時，某草坪上空1 m3的空氣中實際含水汽的量為5g，而1 m3空氣中最多能容納水汽量為10g。這樣，這1m3空氣離飽和的程度有多大？（這里的數據做了近似處理，便于運算）

學生會出現不同的數據，有的認為是5g，有的認為50%。

啟發：由于空氣很多，去稱量多少水汽質量會很困難，用百分比會比較方便。這個50%是怎么算出來的？學生很自然地得出絕對濕度與飽和濕度的比值。我們就把這個值叫作相對濕度。它是由兩個物理量共同組成，能反映絕對濕度和飽和濕度的關系，有利于判斷水汽凝結的情況。

例如，10℃時，某草坪上空1 m3的空氣中實際含水汽的量為5g，水汽能凝結嗎？學生會認為不能判斷，還需要知道10℃時的飽和濕度。所以，絕對濕度還不能預測水汽是否凝結，而飽和濕度只能說明該溫度下水汽能凝結成云，難以看出天氣的變化。相對濕度就能把這兩個數據合為一體，能較好地預測水汽是否凝結，預測天氣怎么變化。

教師進一步提出：該草坪上水汽如果再增加2g，那又是多少？再增加到多少克才會達到飽和呢？若不斷增加水汽呢？在模型的基礎上，學生很自然地計算出增加2g相對濕度為70%，增加5g就是100%了，水汽要達到飽和了，如果繼續增加水汽，那就會凝結出現水珠。

教師在此實例的基礎上又可以引導學生得出另外一個重要的結論：相對濕度可以作為水汽是否凝結的一個條件。

一定溫度下，相對濕度越大，空氣中水汽和干濕程度有什么關系？這個問題需要教師組織學生進行小組合作與交流，然后得出：一定溫度下，相對濕度越大，空氣中水汽越接近飽和，就越容易發生凝結。

空氣的干濕程度與空氣中所含有的水汽量接近飽和的程度有關，而和空氣中含有水汽的絕對量卻無直接關系。例如，20℃空氣中的濕度為17g/ m3時，已達到飽和，感到很悶，即將下雨。但在炎熱的夏天中午，氣溫30℃，人們并不感到潮濕，因為此時離水汽飽和氣壓還很遠，物體中的水分還能夠繼續蒸發。而在較冷的秋天，大約15℃，人們卻會感到潮濕，因為這時的水汽壓已經達到飽和，水分不但不能蒸發，而且還要凝結成水。

【設計評價】相對濕度模型的構建，讓學生的思維和意識上建立起相應的科學模型，從而使相對濕度的概念能被學生所接受。對于初中生來說，需要把這種看不見摸不著的“絕對濕度”“相對濕度”等復雜的問題做簡單化處理，摒棄次要因素，突出主要因素，結合實際問題進行合理化處理，幫助學生構建科學模型。實際上，這也是一種重要的科學思想。

在建立科學模型時，有時為了更加形象地描述科學問題，往往還需要引入一些虛擬的內容，比如，這里我們就采取一個簡單的圖形，來形象、直觀地表述絕對濕度和飽和濕度。

（三）動手操作 學以致用 理解原理

設疑：生活中，哪些現象能說明相對濕度達到100%？學生不假思索地提出許多現象：出現云霧降水，墻壁瓷磚上出現水珠，家里衛生間里鏡子上出現水珠……

在此基礎上，教師繼續提供新的問題情境：這是2015年11月26日杭州氣象臺預報的相對濕度預報圖（見圖3），請根據相對濕度來預報天氣。

學生進行小組討論后再做回答：今天天氣以陰為主，在早晨和傍晚有雨，深夜將會晴。

教師設疑過渡：那么，我們能否測出相對濕度的大小呢？出示濕度測量工具——常用干濕球濕度計（如圖4）。要求學生完成以下三個小任務：（1）干濕球濕度計結構；（2）干濕球濕度計的工作原理；（3）怎么讀數？怎么查表？（4）制作干濕球濕度計。

教師提供兩支溫度計、紗布、細線、小燒杯、鐵架臺、水以及相對濕度表。學生針對以上問題，通過實驗進行觀察與思考。

組織學生進行觀察與實驗。學生利用器材制作干濕球濕度計，并測一測教室內的相對濕度的值。經過實驗后，學生可以測得數據（見表1）。

組織學生對實驗進行小結與反思：實驗中難免出現誤差，甚至會出錯。請學生分析各組獲得的數據。思考：為什么干球溫度計的讀數也會出現這么大的差異？

根據教材表2-5相對濕度表的數據可以得出：相同氣溫下，干濕差越大，濕度越小；相同干濕差下，氣溫越高，濕度越大。對于測得的數據，學生分析后也找到實驗中存在的一些問題：因為溫度計本身的原因；因為不同的小組所處的位置所影響；因為讀數中出現錯誤……

【設計評價】通過學生動手制作干濕球濕度計，測量教室里的相對濕度，并討論測量的誤差，分析誤差的原因。這一系列的探究活動，既有利于提高學生的實驗設計、數據分析、思維能力，也有助于培養嚴謹的科學態度以及鍛煉學生沉著操作、冷靜思考的心智。

教學中，特別注意到對獲得實驗數據的分析，尋找不同小組實驗數據差異的原因，從學生最熟悉的事實引出，容易激發學生的“最近發展區”，引發學生思考并理解濕度的概念。

（四）模擬實驗 總結規律 實踐提升

在學習了濕度及測量濕度等一系列知識后，引導學生進行歸納：云、霧形成的條件是什么？學生會歸納出成云降水的條件是“空氣的相對濕度達到100% ，高空中氣溫降低”。可是對于空氣中“有較多的凝結核”這一條件，學生是想不到的，或者說難以想到的。教師可以做這樣的問題設計：秋天早晨往往會有露水，這些露水都掛在哪里？學生立即想到在小草的尖端看到露水。

教師繼續演示降水模擬——取一塊潔凈的玻璃板，在其左半面（下表面）撒上一些灰塵，再用雙手平舉著（稍微傾斜），在玻璃板下方距離50厘米左右的地方，放一個電熨斗釋放大量的熱的水蒸氣。

讓學生進行觀察“降水的形成過程”實驗。學生會觀察到：熱的水蒸氣上升—凝結成“白汽”—聚成“云”—聚成大“水滴”—降“雨”。學生觀察后初步建立降水形成的過程：潮濕空氣上升→冷卻降溫→水汽凝結→云滴增大→降水形成。教師需要指出，這樣的降水過程，是自然界中的一種形式，不同的地理條件，其機理有一定的差異。

對于知識性的內容，我們作為閱讀材料，引導學生學習降水、降水量。重要的是讓學生做一做：用礦泉水瓶制作出一個直接讀數的雨量筒、雨量杯，組織學生交流，找到自己制作的不足之處。

【設計評價】在探究降水的過程中，水汽上升、凝結成云等問題單憑自己的生活經驗及觀察是難以得出結論的。我們設計一個模擬降水過程的實驗來幫助學生觀察，這里把降水的主要條件以及降水的過程，通過“玻璃板、蒸汽、灰塵”等物質來模擬降水，學生觀察方便。

本塊知識教學中，對于降水的條件的歸納是一個重點也是難點，需要教師的啟發與引導，尤其是“灰塵”作為“凝結核”，學生是非常難以理解的，需要教師利用日常生活的雨露、霧霾等現象予以引導。

（五）應用規律 學以致用 提高能力

本節新課知識學習之后，將教材設計的練習給學生進行演練，指導學生存在的問題。之后采取“學以致用”——人工降雨方法。例如，2022年亞運會在杭州召開，開幕式當天，若預報有雨，能否利用降水形成的過程來思考提前降水，使當天天氣變晴？提供給學生閱讀材料和科學視頻，結合學過的知識進行分析。

四、實踐感悟

課堂教學三個問題：一是你帶領學生學什么；二是如何組織學生學習；三是判斷學生學得怎么樣。這三個問題可以化解為：教學目標設定—教學內容的選擇—教學過程與方法的設計—教學評價的利用。

在教學設計上，應注重以上幾個要素之間的相互關系，突出科學教學的一般特征：以學生觀察與實驗為基本方法，結合歸納、推理、模型等方法，提升學生的思維能力和探究能力。降水和濕度的教學設計，充分考慮現實問題情境，逐步探究濕度和降水的科學本質，每一個點的探究都滲透了科學方法的教育。

學生在科學方法的選擇上，重在引導與體驗，教師不宜喧賓奪主，而是應該在啟發的基礎上，大膽地讓學生進行設計、進行實驗，在實踐中讓學生感覺到科學方法的重要性，使其會積極考慮科學方法，以提高學生的科學素養。

參考文獻：

[1]王榮飛.滲透物理方法教育的“電磁感應現象的兩類情況”教學設計[J].物理教師，2016（6）：27-30.

[2]楊梓生.以認知與思維轉化為價值取向的教學設計[J].福建教育（中學版），2015（9）：50-52.