融入科學(xué)史哲，凸顯科學(xué)本質(zhì)

陳慶

摘 要：比熱容是物質(zhì)的初中科學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)，亦是難點(diǎn)，如何科學(xué)有效地進(jìn)行本課內(nèi)容的教學(xué)，融入科學(xué)史的教育，凸顯科學(xué)的本質(zhì)內(nèi)涵是著重探討的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：初中語(yǔ)文；個(gè)性化閱讀；文章導(dǎo)入

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的基本原理，以課程標(biāo)準(zhǔn)為指導(dǎo)，以浙江教育出版社義務(wù)教育教科書(shū)《科學(xué)》七年級(jí)上冊(cè)第四章第四節(jié)“物質(zhì)的比熱”為教學(xué)內(nèi)容，在前期分析（包括學(xué)習(xí)需要、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)背景分析）的基礎(chǔ)上，制定教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)環(huán)境和教學(xué)策略，進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。

通過(guò)學(xué)科知識(shí)對(duì)應(yīng)原則及知識(shí)應(yīng)用的歸納原則，顯化科學(xué)的思維方法；通過(guò)融入科學(xué)史哲的科學(xué)課堂教學(xué)，不僅可以讓學(xué)生理解科學(xué)的知識(shí)，更可以使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；不僅讓學(xué)生知道科學(xué)規(guī)律和概念是怎樣的，更要讓學(xué)生知道為什么是這

樣；更重要的是：在科學(xué)的學(xué)習(xí)中，形成良好的科學(xué)素養(yǎng)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)精神和踏實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，并且能夠做到學(xué)以致用，用所學(xué)的科學(xué)知識(shí)解決日常生活生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題。

二、前期分析

本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容較為抽象，在學(xué)生學(xué)習(xí)并掌握了溫度、質(zhì)量、密度等物理量之后，又繼續(xù)學(xué)習(xí)新的物理量——熱量、比熱容等內(nèi)容；雖然學(xué)生在平時(shí)的生活中經(jīng)常會(huì)接觸到“熱”一詞，但生活中的“熱”具有多義性，如今天的天氣很熱（溫度），雙手摩擦生熱（內(nèi)能），水沸騰要吸熱（熱量），以及“熱”的抽象性：看不見(jiàn)，摸不著，需要使用到轉(zhuǎn)換法的科學(xué)方法，本課通過(guò)問(wèn)題鏈及引入科學(xué)史的形式幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)并正確建立熱量的概念。

利用控制變量法和轉(zhuǎn)換法等科學(xué)方法設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)：影響物體吸熱本領(lǐng)大小的因素（物質(zhì)的種類(lèi)，物體的質(zhì)量，升高的溫度）；通過(guò)數(shù)據(jù)分析和圖表繪制建構(gòu)物理模型的方法，得出科學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)論與規(guī)律，并通過(guò)圖表分析設(shè)問(wèn)，比值定義法明晰新的物理量——比熱的含義；通過(guò)讀不同物質(zhì)比熱容大小的分布圖，了解水的比熱容較大，而砂石的比熱容較小；再通過(guò)學(xué)以致用，用比熱的知識(shí)解釋生活中的現(xiàn)象，強(qiáng)化對(duì)比熱知識(shí)的認(rèn)識(shí)，通過(guò)簡(jiǎn)單列舉歸納法說(shuō)明水的比熱容較大，以及其在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)

用，讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)并不神秘，科學(xué)就在我們身邊。

結(jié)合本節(jié)知識(shí)內(nèi)容的特點(diǎn)，在教學(xué)中，應(yīng)在學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)上，充分利用形象直觀的學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、圖表數(shù)據(jù)分析等手段，盡量讓學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)操作和思考中來(lái)。

該階段的學(xué)生已具備一定的科學(xué)探究、合作學(xué)習(xí)的能力，已經(jīng)掌握了一定的科學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)技能。

本校具備完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)施與條件，有優(yōu)越的多媒體和網(wǎng)絡(luò)。

基于上述分析，將本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)置如下：

（1）教學(xué)重點(diǎn)：正確構(gòu)建“熱量”的概念；探究影響物質(zhì)吸熱多少的因素，比熱容的正確理解與應(yīng)用。

（2）教學(xué)難點(diǎn)：探究影響物質(zhì)吸熱因素實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路與科學(xué)概念的形成過(guò)程。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.知識(shí)與技能

（1）了解熱量的概念，能說(shuō)出熱量的符號(hào)及單位。

（2）知道物體吸收和放出熱量對(duì)溫度的影響。

（3）能分析物體吸收或放出熱量多少的影響因素：物體質(zhì)量，溫度變化量及物質(zhì)種類(lèi)。

2.過(guò)程與方法

（1）經(jīng)歷對(duì)物質(zhì)吸熱本領(lǐng)大小的探究過(guò)程，體會(huì)科學(xué)規(guī)律探究的學(xué)習(xí)思路，體驗(yàn)科學(xué)概念的形成過(guò)程。

（2）認(rèn)識(shí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析、建立模型等在科學(xué)學(xué)習(xí)中的

作用。

（3）知道觀察法、轉(zhuǎn)換法、實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、比值定義法、建立模型法等科學(xué)探究的思想方法。

3.情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）通過(guò)小組合作探究的方式，體會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。

（2）經(jīng)歷提出問(wèn)題、猜想和假設(shè)，設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)方案，進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)、收集事實(shí)與證據(jù)，分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，表達(dá)與交流達(dá)成共識(shí)的科學(xué)探究一般過(guò)程，形成實(shí)事求是、規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

四、教學(xué)準(zhǔn)備

鐵架臺(tái)、溫度計(jì)、火柴、酒精燈、燒杯、水、油、多媒體課件。

五、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

教師手中分別拿一杯熱水和常溫煤油，你能判斷出老師手中的這兩杯液體，哪一杯較熱嗎？你的依據(jù)是什么？用到了哪些科學(xué)方法？

2.熱傳遞、熱量概念及熱傳遞規(guī)律的教學(xué)（15min）

（1）要讓老師手中的這杯開(kāi)水快速冷卻，談?wù)勀愕淖龇ā?/p>

法一：倒入一些冷水；法二：加入冰塊；放入冰箱；法三：用扇子/風(fēng)扇扇風(fēng)。

以上做法有什么共同的特點(diǎn)？（都使開(kāi)水的溫度降低了/使熱從高溫物體傳到低溫物體）

歸納：熱從高溫物體傳遞到低溫物體的這種現(xiàn)象，稱為熱傳遞。（板書(shū)）

如果裝熱水的燒杯放入煤油/冷水中，熱水和煤油/冷水的溫度將會(huì)發(fā)生什么變化？（水的溫度會(huì)降低，油的溫度會(huì)升高）。

水的溫度會(huì)一直降低，油的溫度會(huì)一直升高嗎？到什么時(shí)候?yàn)橹梗浚ú粫?huì)，到溫度相同時(shí)為止）這個(gè)相同的溫度是兩者溫度的中間值嗎？（是或不是）如何證明？（實(shí)驗(yàn)）

【實(shí)驗(yàn)1組】燒杯里裝著50克熱水，大燒杯里裝著50克油；

【實(shí)驗(yàn)2組】燒杯里裝著50克熱水，大燒杯里裝著50克

冷水。

a.分別測(cè)出熱水和油/冷水的溫度。

b.將小燒杯放到大燒杯內(nèi)，過(guò)2分鐘，分別測(cè)出兩個(gè)燒杯中的溫度。

c.再過(guò)2分鐘，再次分別測(cè)出兩個(gè)燒杯中的溫度，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在實(shí)驗(yàn)單上，繪制成為水和油溫度隨時(shí)間的變化曲線。

數(shù)據(jù)處理及圖像分析：

a.從曲線圖中，你有哪些發(fā)現(xiàn)？

b.熱水的溫度降低了，油的溫度升高了；油升溫快，水降溫慢；水和油的溫度變化越來(lái)越慢，最終趨于相同，且比較接近水的溫度；endprint

c.引起燒杯中液體溫度變化的原因是什么？（問(wèn)題分解：兩者間有無(wú)發(fā)生熱傳遞？在熱傳遞中，誰(shuí)放熱誰(shuí)吸熱？熱看不見(jiàn)，摸不著，你從哪里看出來(lái)的油吸熱而水放熱的？）

因?yàn)樗尫帕藷幔浚詼囟葧?huì)降低；而油吸收了熱（量），所以溫度會(huì)升高；

歸納：此處的“熱”指的是熱量，這是一個(gè)新的物理量，指的是物體吸收或放出熱的多少，叫做熱量；物理量符號(hào)Q表示，單位是焦耳，簡(jiǎn)稱焦，單位的符號(hào)為J，是為了紀(jì)念英國(guó)科學(xué)家焦耳而命名的。（板書(shū)：熱傳遞 熱量）

熱量和溫度之間有什么關(guān)系？物體吸收熱量，溫度升高；放出熱量，溫度降低；物體吸收/放出熱量的多少與溫度的變化量成正比；與溫度的變化量有關(guān)，而與溫度本身無(wú)關(guān)。

熱傳遞進(jìn)行到溫度相同時(shí)為止，這個(gè)相同的溫度是兩者溫度的中間值嗎？（不是，更靠近水的溫度）

科學(xué)史教育：在18世紀(jì)上半葉之前，物理學(xué)家們還沒(méi)有把“溫度”和“熱量”這兩個(gè)描述熱現(xiàn)象最基本的概念分開(kāi)，人們確信溫度計(jì)測(cè)量的就是“熱量”，一定量的物體溫度每升高1攝氏度都應(yīng)當(dāng)吸收相同數(shù)量的熱，這個(gè)數(shù)值同它每降低1攝氏度釋放出的熱必然相等。大約在1757年，熱學(xué)研究的偉大先驅(qū)者約瑟夫·布萊克（Joseph Black，1728—1799）重新審查了里赫曼等人的工作并重復(fù)了他們的實(shí)驗(yàn)，再次證實(shí)相同質(zhì)量的兩份不同溫度的水相混合，混合溫度正好等于它們的中間值；而把同質(zhì)量的熱水和冷的水銀混合起來(lái)，混合溫度卻更接近于水而不是水銀的溫度。這個(gè)事實(shí)表明，不同物質(zhì)的溫度變化與熱的變化并沒(méi)有相同的比例關(guān)系，一定量的水冷卻1攝氏度所釋放的熱要比同樣質(zhì)量的水銀加熱1度所吸收的熱多些。他通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了各種物質(zhì)與同質(zhì)量但不同溫度的水混合達(dá)到熱平衡后的溫度變化，從而推算出這些物質(zhì)每升高或降低1度時(shí)吸收或放出的熱量不同。于是斷言，同質(zhì)量的不同物質(zhì)在發(fā)生相同的溫度變化時(shí)之所以會(huì)有不同的熱的吸收或釋放，是因?yàn)椴煌镔|(zhì)對(duì)熱具有不同的“親和力”。所以他極力主張將“熱”和“溫度”兩個(gè)概念區(qū)別開(kāi)，分別稱為“熱的分量”（熱量）和“熱的強(qiáng)度”（溫度）；并把各種物體在改變相同溫度時(shí)的熱量變化叫做這些物體“對(duì)熱的親和性”或“接受熱的能力”，簡(jiǎn)稱“熱容量”。他的學(xué)生伊爾文（Irvine，1743—1787）正式引入“熱容量”這一術(shù)語(yǔ)，表示物體溫度變化1度時(shí)的熱量變化。此后，迦托林順其自然地引入了“比熱容”這一概念。

七、教學(xué)反思

上述設(shè)計(jì)已應(yīng)用于課堂教學(xué)中，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生的主體性得到了較好的發(fā)揮，問(wèn)題的設(shè)計(jì)也能切合學(xué)生的認(rèn)知水平，學(xué)生思考的積極性和參與性都很不錯(cuò)；但在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和實(shí)驗(yàn)圖表的繪制及結(jié)論的得出上，還缺乏一定的規(guī)范性指導(dǎo)和表述，需要進(jìn)一步加強(qiáng)！通過(guò)本節(jié)課的教學(xué)，學(xué)生基本能夠應(yīng)用轉(zhuǎn)換法及控制變量等科學(xué)方法來(lái)設(shè)計(jì)影響物質(zhì)吸熱的因素，通過(guò)課后的反饋測(cè)評(píng)可以看到，絕大多數(shù)的學(xué)生能正確理解“熱量”及比熱的基本內(nèi)涵。

參考文獻(xiàn)：

[1]美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì).面向全體美國(guó)人科學(xué)[M].中國(guó)技術(shù)科學(xué)協(xié)會(huì)，譯.北京：科學(xué)普及出版社，2001.

[2]朱翔.“比熱容”教學(xué)的四個(gè)優(yōu)化[J].物理教學(xué)探討，2015（9）：14-15.

編輯 李建軍endprint