巧設玩具載體 提高復習效率
——“飲水鳥中的科學原理”復習課的設計與反思

鮑錦芬

巧設玩具載體 提高復習效率
——“飲水鳥中的科學原理”復習課的設計與反思

鮑錦芬

（浙江省寧波外國語學校，浙江寧波 315121）

新課程背景下的解題已不再是題海戰術能應對的了，復習課也不再是習題的堆積，教育者應該改變教學方式，通過教師的有效提問、學生建模意識和科學探究意識的滲透、選擇有效教具等方式，培養學生靈活思變和創造性思維的能力．通過聯系自然和生活，將抽象的科學知識模型化，打開學生的思維，解放學生的思想，培養創新型的人才．

復習課；提問；建模；物理教學

1 教學背景

如何提高復習課的知識性和趣味性，增強復習課的活力是畢業班教師一直探索和追求的方向．課堂上創設學生感興趣或親身經歷的生活事件作為教學情景，通過觀察和實驗探究事件真相，激發學生的求知欲，運用科學探究中的建模法對知識點進行有機整合，發散學生的思維，實現知識的結構化，從而培養學生的科學素養和創新意識．本節課選擇飲水鳥這一中國古代的玩具作為課堂的載體，達成復習課上知識與技能，過程與方法和情感態度與價值觀的三維目標．

2 教學過程設計：（4人小組的分組教學）

環節1．建立杠桿模型．

圖1

實物展示：工作中的飲水鳥（如圖1）．

介紹飲水鳥的結構，請學生組裝桌上的飲水鳥．

根據飲水鳥的工作情景，前后晃動身體，引水，直立，繼續前后晃動身體，周而復始的工作．

教師提問1：根據飲水鳥的工作情景，你能用一個物理模型來描述它嗎？

學生1：杠桿模型．

教師追問2：你的判斷依據是什么？

學生1：飲水鳥的身體繞著支架這一固定的支點轉動，在力的作用下，能繞固定點轉動的硬棒就是杠桿．

教師提問3：根據杠桿的五要素，它的動力，動力臂，阻力和阻力臂怎么表示呢？

圖2

圖片展示：出示飲水鳥圖片，要求完成飲水鳥上的杠桿五要素的作圖，頭泡部分所受的重力為動力F1，尾泡部分所受的重力為阻力F2，順水推舟復習力臂的概念并復習作圖要求（如圖2）．

教師提問4：工作中的飲水鳥處于平衡狀態嗎？

學生各抒己見．復習杠桿平衡的狀態和杠桿平衡的條件．

教師提問5：學生們組裝的飲水鳥，有些能持續工作，有些飲水后無法直立，有些前后搖動但一直無法飲水，能解釋這一現象嗎？

學生2：杠桿的轉動效果取決于力與力臂的乘積．

通過飲水鳥中杠桿模型的分析，我們就能解決常見的杠桿平衡問題．

環節2．建立三態變化模型．

教師追問6：飲水鳥工作過程中力與力臂的乘積為何會發生變化？請仔細觀察桌上工作的飲水鳥．

學生1：玻璃管內的液柱會升高．

學生2：飲水后頭部的液體回流至尾泡．

學生3：用手捏住尾泡，液柱升高得更快了．是液柱受熱膨脹升高了嗎？

學生4：不對吧，尾泡內液面下降了，應該是尾泡內液面上方的氣壓變大了．難道是液體汽化了？

學生5：那頭部的氣壓應該也變大的呀？里邊的液體是什么呢？

教師提醒：摸摸飲水鳥的頭部，再談你的發現與體會．

學生6：頭部的布是濕的，有些涼．

圖3

學生7：頭部氣壓變小液面才會更好的升高吧．隨著觀察的深入，學生間思維的碰撞，逐漸揭露了真相，此時教師給出飲水鳥內液體乙醚的信息，（乙醚，無色透明液體，有特殊刺激性氣味，極易揮發．溶于低碳醇、苯、氯仿、石油醚和油類，微溶于水．相對密度0．7134，熔點－116．3℃．沸點34．6℃．）

教師：在飲水鳥內部進行著氣態和液態之間的變化，提出水的三態變化模型（如圖3）．

圖片展示：如圖4，請學生分析總結飲水鳥的工作原理．

圖4

吸水布水蒸發吸熱，使氣室1內氣體溫度降低，氣壓變小，尾泡內乙醚不斷從周圍空氣中吸熱汽化，氣室2內氣壓變大，上下氣室內氣壓存在氣壓差，玻璃管內液面升高，飲水鳥重心上移，當頭部的動力與動力臂的乘積大于尾部阻力與阻力臂的乘積時，頭部低下飲水，飲水時（如圖4丙），上下氣室相通，氣壓相等，乙醚在重力的作用下流回尾泡，頭部的動力與動力臂的乘積小于尾部阻力與阻力臂的乘積，飲水鳥直立，接下去將進入下一循環．

環節3．建立熱機模型．

教師質疑7：只要給水喝，飲水鳥就一直工作著，難道它是永動機？

學生1：水蒸氣汽化吸熱，將頭泡內氣體的部分熱量散失．

學生2：尾泡內乙醚汽化從周圍空氣中吸熱．

學生3：尾泡內氣體推動玻璃管內液面升高，使液體重力勢能增加．

教師總結：飲水鳥所吸收的熱量不易覺察，所以被誤認為永動機，飲水鳥工作過程中伴隨著內能與機械能的變化過程．引出改變內能的途徑的知識點．

教師提問8：飲水鳥工作過程中的能量是如何轉化的呢？

學生4：將內能轉化為機械能，就像1臺小型熱力發動機．

當學生的思維被打開以后，很順利構建了熱機模型．

教師提問9：誰能闡述熱力發動機的工作循環呢？

學生5：……

圖片展示：如圖5：分析飲水鳥工作中的熱力學原理．［1］

Q：上下氣室通過熱傳遞吸收來自周圍空氣中的熱量（從外部熱源吸熱）．

圖5

Q1：吸水布上水蒸發帶走頭泡內氣體的部分熱量（蒸發散熱）．

W：尾泡氣體推動液體做功，液體部分內能轉化為液體的重力勢能（氣體對外做功）．

環節4．回歸生活 拓展提升．

教師提問10：飲水鳥工作的快慢與哪些因素有關呢？

學生1：空氣溫度，空氣流速，吸水布表面積．

學生2：空氣濕度．

學生3：讓飲水鳥喝酒吧．

教師提議現場讓飲水鳥勤勞工作，用扇子給飲水鳥的頭部扇風，果然飲水鳥工作加快，實驗是科學教學最有說服力的方法．

教師總結：飲水鳥成一個氣象預報員了．

環節5．情感態度與價值觀教育．

飲水鳥是一只讓天才愛因斯坦都吃驚的神奇小鳥，它充分體現了我國古代勞動人民的聰明才智，它為我們提供了利用天然能源的方法．和學生探討飲水鳥設計的幾個妙處：（1）支點的確定；（2）頭部吸水布的設計；（3）下端玻璃管口大小的控制；（4）飲水鳥中乙醚的量，摸清飲水鳥設計的奧秘，課后嘗試自制飲水鳥（如圖6），激發學生的興趣，實現學以致用．

圖6

3 課后反思

（1）問題情境的創設提升了教師的整合能力．

教師的有效設疑，能激起學生思維的碰撞．學生在問題的引領下，通過觀察、實驗和討論層層推進，解決情境問題，完成學習任務．以問題情境促進思維，幫助學生內化知識規律，提高思維能力；強化了學生對知識的理解記憶，提高了復習課的知識性和趣味性，彰顯物理復習課的活力．［2］

（2）觀察和實驗的應用提升了學生的探究能力．

觀察和實驗是探索自然的重要方法．在科學教學中如何讓學生經歷科學探究的過程，掌握科學探究的方法，如何利用科學探究解決科學問題已經成為物理教學的核心問題之一．本課教學過程中充分發揮了學生的細心的觀察能力，如對吸水布、液柱的變化、液體的回流等細節的觀察；調動了學生敢于探索、勇敢實驗的熱情，如組裝飲水鳥，手捏尾泡加速玻璃管內液面升高、扇動扇子加快頭部周圍空氣流速使飲水鳥更勤奮的工作．教學過程中通過觀察、實驗、討論后再探究的模式提高了學生的科學探究能力，培養了學生解決實際問題的能力，從而提升了學生的科學素養．

（3）建模思想的深入提升了學生的創新能力．

模型是原型的代替者，是研究原型的間接手段．復習課中通過建立模型使知識得到歸納與類比，有助于加深記憶與理解，“建模”思想體現的過程就是：理論 模型 實踐．本課教學中建立了杠桿、三態變化、熱機3個知識模型，有效地解決了飲水鳥的工作原理．復習課教學中“建模”思想的滲入充分體現了以學生為中心的物理教學理念，有利于發揮學生的創造性，有利于學生把學習知識、應用知識、探索發現更好地結合起來，它具有趣味性，更具有實用性．［3］學生學習的過程就是科學建模的過程，“物理模型”在學生認識、解決問題中起到了橋梁作用，“物理建模”也體現了“從生活走進物理，從物理走向生活”的新課程理念．

（4）玩具教學方式培養學生的物理感知能力．

隨著學生物理知識的增長，能用所學的知識解釋自然現象，更能用所學的知識去深入探究一些玩具的制作原理．課堂通過新穎的玩具，吸引了學生的注意力，激發了學生用所學物理知識解決問題的斗志，提升了學生對不同知識點的融合能力．學生占在主體地位，使得復習課堂一氣呵成，印象深刻．物理學習是玩和學交融的過程，在玩和學的過程中，讓孩子們留下自己的感悟和方法．

結束語：美國教育家杜威指出：對于學習，要求學生掌握的不只是知識，還應包括過程和方法．復習課教學中教師有效的提問、注重探究能力的訓練、重視建模思想的滲透、情感態度價值觀的提升，使得對問題的解決起到事半功倍的效果．把課堂重新還給學生，使復習課堂重新充滿生機，大大激發了學生學習的興趣，提高了學生的學習能力和創新水平．

1 楊瑞博．飲水鳥中的熱力學原理［J］．現代物理知識，2007（02）：53－54．

2 楊厚元．讓化學課堂體現生活味［J］．學周刊a版，2010（07）：130－131．

3 溫劍飛．“建模”在《科學》教學中的應用［J］．中學理科（綜合），2007（11）：70－71．

2016－08－12）