比熱容——基于物理核心素養(yǎng)，讓學(xué)生發(fā)生真正的學(xué)習(xí)

王秀勤

【摘 要】物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四大方面。物理學(xué)科的核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受物理教育過程中逐步形成的適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生通過物理學(xué)習(xí)，內(nèi)化而來的帶有物理學(xué)科特性的品質(zhì)，是學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵成分。本文闡述了各個(gè)環(huán)節(jié)如何培養(yǎng)和提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)，以期對(duì)廣大教育工作者有所助益。

【關(guān)鍵詞】比熱容;物理核心素養(yǎng);核心概念;設(shè)計(jì)理念

《13.3比熱容》是人民教育出版社九年級(jí)全一冊(cè)第十三章第三節(jié)內(nèi)容。

一、教材分析

本節(jié)課是第十三章內(nèi)容，是在學(xué)習(xí)了分子熱運(yùn)動(dòng)、熱傳遞、熱量等知識(shí)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)比較不同物質(zhì)吸熱的情況，引出對(duì)于不同物質(zhì)這種性質(zhì)上的差別——比熱容。比熱容的概念和應(yīng)用是本章的重點(diǎn)，比熱容概念的建立是本節(jié)的難點(diǎn)，也是本章的難點(diǎn)，因此，比熱容是本節(jié)的核心概念。

二、學(xué)情分析

學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)之前對(duì)溫度、內(nèi)能、熱量已有一定程度的孤立性、片面性的認(rèn)識(shí)，但沒有深刻地理解和認(rèn)識(shí)到它們之間的相互聯(lián)系，因此，在教學(xué)過程中要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)情境，以激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。

三、教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)是以學(xué)生為主體，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位，從學(xué)生的角度出發(fā)設(shè)置的：

1.了解比熱容的概念，知道比熱容是物質(zhì)的一種特性。

2.通過實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步體會(huì)控制變量的方法在實(shí)驗(yàn)中的作用。

3.嘗試用比熱容來解釋簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象，感受物理知識(shí)與生活的密切聯(lián)系。

課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本節(jié)的要求是：通過實(shí)驗(yàn)，了解比熱容，嘗試用比熱容說明簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象。

因此把本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)置為：

（一）重點(diǎn)

1.實(shí)驗(yàn)探究計(jì)劃的制訂、實(shí)驗(yàn)的實(shí)施和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集。

2.比熱容概念的建立過程。

（二）難點(diǎn)

1.比熱容概念的建立過程

為了克服教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)，采用實(shí)驗(yàn)展示與探究式的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生親身體驗(yàn)、自主分析、討論、歸納的研究法學(xué)習(xí)。

四、教學(xué)過程

教學(xué)過程將通過聯(lián)系生活、引導(dǎo)猜想;炎熱夏季、戶外體驗(yàn);學(xué)生討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);歸納總結(jié)、建立概念;聯(lián)系實(shí)際、加深認(rèn)識(shí);學(xué)生自主、選擇作業(yè)這六個(gè)環(huán)節(jié)展開。

（一）聯(lián)系生活，引導(dǎo)猜想

根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，燒開一壺水比燒開半壺水需要加熱的時(shí)間長;把一壺水燒開比燒成溫水需要加熱的時(shí)間長;燒開一鍋水比燒開一鍋油需要的加熱時(shí)間要長。通過生活經(jīng)歷容易得出：同種物質(zhì)在溫度升高時(shí)吸收的熱量與物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，與升高的溫度有關(guān)。質(zhì)量相同的不同種物質(zhì)升高相同的溫度時(shí)吸收的熱量不同。這個(gè)過程中，加熱時(shí)間長短表示吸收熱量多少。

設(shè)計(jì)理念：通過這一生活實(shí)例，解決了在實(shí)驗(yàn)中如何比較“吸收熱量多少”這個(gè)難題，同時(shí)也為滲透轉(zhuǎn)換法這個(gè)思想做了鋪墊，鍛煉和培養(yǎng)了學(xué)生善于總結(jié)的能力。

炎熱夏季，學(xué)生戶外運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)有中午沙子很燙而海水清涼的情況;傍晚時(shí)，沙子變涼了而海水卻還很溫暖的感覺，學(xué)生會(huì)有“相同的環(huán)境，沙子比水的溫度變化大，是沙子吸熱更多嗎？”這個(gè)疑惑，那么如何比較不同物質(zhì)的溫度變化呢？

設(shè)計(jì)理念：從生活經(jīng)歷激發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)生觀點(diǎn)發(fā)生分歧，驅(qū)使學(xué)生想探究為什么，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的興趣和熱情。

1.水和煤油的量有何要求？

2.用來加熱的熱源有什么要求？

3.你用什么方法探究這一問題？

在上述情景和以下幾個(gè)問題的引領(lǐng)下，選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器：

選擇相同的燒杯、質(zhì)量相同的水和煤油，兩個(gè)相同的電加熱器，同時(shí)得出實(shí)驗(yàn)的方法是控制變量法。

設(shè)計(jì)理念：通過問題引領(lǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn);培養(yǎng)學(xué)生能夠根據(jù)情境和自身實(shí)際，選擇或調(diào)整學(xué)習(xí)策略和方法的能力。

為了避免由于熱傳遞的不同對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，選擇水和煤油這兩種液體為研究對(duì)象，引導(dǎo)學(xué)生討論并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程，探究物質(zhì)的吸熱情況，學(xué)生通過討論會(huì)得出如下兩種實(shí)驗(yàn)方案：

方案一：相同質(zhì)量的水和煤油，升高相同的溫度，比較加熱時(shí)間。

方案二：相同質(zhì)量的水和煤油，加熱時(shí)間相同，比較升高溫度。

在這兩個(gè)方案里，用相同的電加熱器加熱時(shí)，加熱時(shí)間長短表示物體吸收熱量的多少，從而得出加熱時(shí)間越長，物體吸收熱量越多;加熱時(shí)間越短，物體吸收熱量越少的結(jié)論。

設(shè)計(jì)理念：讓全體同學(xué)參與，經(jīng)歷思考與探究的過程。培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的科學(xué)精神。

在上述試驗(yàn)過程中有三個(gè)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)：

1.為什么選取質(zhì)量相同的水和煤油。

2.選用什么樣的熱源進(jìn)行加熱。

3.怎樣在較短的時(shí)間能得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)論。

前兩個(gè)實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)在問題引領(lǐng)中引導(dǎo)學(xué)生克服了困難，第三個(gè)難點(diǎn)則通過引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)合理數(shù)據(jù)收集表格，通過規(guī)范數(shù)據(jù)收集實(shí)現(xiàn)較短時(shí)間內(nèi)得到分析結(jié)論的目的。

通過實(shí)驗(yàn)可以得到結(jié)論：

相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高相同溫度，吸收熱量不同;

相同質(zhì)量的同種物質(zhì)，升高相同溫度，吸收熱量相同。

為了方便描述物質(zhì)的這種性質(zhì)，引入比熱容這個(gè)名詞的概念。在這里可以類比密度的定義方式引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出要在相同條件下比較，即必須讓質(zhì)量相同，溫度升高的也相同，而質(zhì)量都為1Kg，溫度都升高1℃，比較起來最為方便。這樣順理成章地引出比熱容的定義。比熱容定義：一定質(zhì)量的某種物質(zhì)在溫度升高時(shí)吸收的熱量與它的質(zhì)量和升高的溫度乘積之比。通過概念得到比熱容公式：

設(shè)計(jì)理念：根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程歸納總結(jié)得出比熱容的概念，培養(yǎng)學(xué)生善于總結(jié)歸納的能力。

回到課堂開始的情境中，讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)結(jié)論解答同學(xué)們的分歧：溫差較小水的比熱容是較大的。

給出不同物質(zhì)的比熱容，讓同學(xué)們找出：

1.讀出水、砂石的比熱容說出表示的含義;

2.對(duì)比水、砂石的比熱容，分析：相同質(zhì)量的水和砂石吸收相同的熱量，誰的溫度變化大？

3.為什么大多數(shù)的金屬都不能很好的儲(chǔ)存熱量？

4.如果沒有水，什么是儲(chǔ)存熱量的最佳物質(zhì)？

5.哪種物質(zhì)的加熱速度最快？

設(shè)計(jì)理念：培養(yǎng)學(xué)生能自覺、有效地獲取、鑒別、使用信息的能力。

水的比熱容比較大這一特點(diǎn)在生活中有重要的意義，請(qǐng)同學(xué)們聯(lián)系生活實(shí)際，通過列舉生活中的事例，講解應(yīng)用原理，達(dá)到學(xué)以致用的目的。

設(shè)計(jì)理念：理論聯(lián)系實(shí)際，體現(xiàn)從物理走向社會(huì)的學(xué)科理念。

安排作業(yè)：搜集圖書或網(wǎng)上的資料，對(duì)照本地的情況，寫一份關(guān)于熱島效應(yīng)的成因及其對(duì)環(huán)境的影響的報(bào)告，并提出改善的措施。

最后，教學(xué)設(shè)計(jì)說明，本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)探究使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的比熱容是反映物體溫度變化時(shí)吸收或放出熱量多少的能力。在教學(xué)中提倡學(xué)生聯(lián)系生活、聯(lián)系實(shí)驗(yàn)提出問題，提出自己的猜想，不包辦不代替，通過對(duì)探究過程的總結(jié)，概括出比熱容的概念，并用之解釋生活中的自然現(xiàn)象、生活和生產(chǎn)的應(yīng)用事例。

物理學(xué)科的核心素養(yǎng)包括物理觀念、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)思維和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任四大方面。本節(jié)課就涉及到的四個(gè)大方面具體的相關(guān)要點(diǎn)，在課堂中的每個(gè)環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)目的和設(shè)計(jì)理念中做了解釋，希望通過這樣不斷對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，在教學(xué)過程中堅(jiān)持以傳授所需科學(xué)知識(shí)及其技能為基礎(chǔ)，以培育科學(xué)素養(yǎng)為主導(dǎo)，以發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新精神、養(yǎng)成應(yīng)用科學(xué)方法的行為和習(xí)慣為重點(diǎn)，以了解科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)的關(guān)系為背景，滲透科技意識(shí)，從而提升學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。