“比熱容”教學如何突破難點

劉滿云

比熱容作為學生建立物質觀的重要概念，是教學過程中的一個難點，學生往往存在理解不透、遷移困難的普遍問題。之所以困難，是因為比熱容作為用比值定義的物理量，存在直觀性不強、涉及多個因素、數學公式復雜等問題。那么如何解決這些問題呢？在一次省級同課異構活動中，筆者針對兩位老師比較典型的做法進行了分析，有了新的認識。

一、準確定位難點，是突破難點的關鍵

首先，我們看一下兩位老師的教學目標設計。

對比兩位教師的教學目標設計，其三維目標基本相同，均符合課程標準理念和要求，但不難發現，二者最大的區別在于難點定位不同。而正因為難點定位的不同，其教學行為也大不相同。兩位老師選用的實驗都是用電熱器加熱同樣質量的水和植物油，通過比較升高相同的溫度所需要的加熱時間，來比較兩種物質的吸熱能力大小，并借此建立比熱容概念。實驗結果比較直觀，兩種物質在相同條件下升高相同的溫度時吸熱不同。為什么不同？如何描述物質的這種屬性？此刻，課堂的關鍵時刻到來了，兩位教師的做法則大相徑庭。

A教師提出問題：“兩種物質為什么吸熱不同？如何描述物質的這種屬性？”要求學生閱讀教材三分鐘，自我構建比熱容概念。

B教師在實驗完成獲得“不同物質吸熱本領不同”的直觀認識后，提供了水和食用油的一組數據。

在質量不同，升高的溫度也不相同的情況下，如何比較水和食用油兩種物質吸熱的多少？這個問題的答案顯而易見：比較加熱時間即可；教師進一步追問：如何比較不同物質的吸熱能力大小？

學生一時回答不上來，此時，教師的價值就體現了，B教師充分利用學生頭腦里已有的經驗，把“速度”或“密度”概念類比進來，引導學生進行變量控制，從而把熱量多少、質量因素、溫度變化因素都考慮進來，順利地用比值方法建構了比熱容概念。

A教師在教學設計中闡述到，此處用三分鐘閱讀來建構概念，一是培養學生的自主學習能力，二是培養學生閱讀教材的習慣。但筆者認為，建構比熱容概念才是難中之難，把這個任務完全交給學生自主完成，教師在學生最需要幫助的時候選擇了隱身，實在有失妥當。而B教師尊重學生的原認知，充分發揮教師的啟發引導作用，把建構概念的關鍵環節做了細致處理，最后幫助學生順利突破難點。

二、合理分散難點，是突破難點的手段

A、B兩位教師在課堂進入新知應用階段時，均要求學生用所學知識解釋“夏日沙灘和海水的體感溫度為什么不同”這一問題。課堂觀察發現，A教師教的學生無法將日照時間相同轉化為沙灘和海水的Q吸大致相同這一因素，也不能將海水和沙灘的質量m視為大致相同。但B教師教的學生卻能夠有意識地控制變量，甚至有學生在回答問題時，談到自己無法確定海水和沙灘的質量大小關系，教師適時引導學生把沙灘和海水質量看作近似相等，并介紹在物理現象的定性分析中常用近似處理的方法，師生還共同得到關于物理研究方法的意外收獲。

顯然，兩種做法教學效果大相徑庭的根源，在于兩位教師對難點的定位不同。A教師將“理解比熱容概念”定為教學難點，B教師不否認“理解比熱容概念”是難點，但他把一個大難點分解為幾個小難點，尤其以“建構比熱容概念”為難點，以具體數據為載體，用類比思想為手段，化解了用比值定義比熱容時涉及多個因素這一最難理解的難點，同時全過程每一個環節無不在滲透控制變量的思想。

理解比熱容固然是個難點，它難的原因是概念抽象、涉及因素多、用比值定義。而為何要通過實驗探究比較不同物質的吸熱能力（實驗的必要性）以及怎樣進行比較，為何要涉及三個因素，要用比值來定義等，這些都是引導學生思維層層深入的問題。只有將大難點分解成幾個小難點，各個擊破，在尊重學生的原認知基礎上構建新的概念，比如類比原有認識中速度或密度的定義辦法，才能突破理解比熱容概念的難點。所以，如何建構概念才是真正的難點，一旦逐個掃清各個小難點障礙，成功構建出一個新概念，理解這個概念也就水到渠成了。

在概念教學的過程中，老師們在分析教材確定難點時，將“理解××概念”作為教學難點是普遍做法，但少有思考難點到底難在哪個階段，比如，是理解引入概念的必要性，還是對概念建構的方法，抑或是概念的定義式與決定式的區別，等等。

再看B教師的教學過程。為突破“理解比熱容”這一難點，他組織學生進行討論：為了比較兩種物質的吸熱能力，實驗中該測量哪些物理量，為什么要測量這些物理量？獲得數據后，兩種物質由于質量相同，升高的溫度相同，其吸收熱量不同這一結果是很直觀的，學生可以初步獲得認知：不同的物質吸收熱量的能力不同。接下來，在實驗獲得的真實數據的基礎上再提供質量不同、溫度變化也不同、吸收熱量不同的數據，比較兩種物質的吸熱能力。由于質量不同、溫度變化也不同，吸收熱量的能力強弱一眼看不出，就需要進行控制變量的處理，由此為比值定義比熱容進行了必要的鋪墊，比熱容概念呼之欲出。此時教師通過類比速度概念的構建，引入比熱容概念，幫助學生成功登上了這個牽涉多個因素且用比值定義的臺階。

三、精心設計問題串，是突破難點的抓手

觀察B教師設計的課堂問題主線，不難發現，他圍繞建構比熱容概念設置的問題線索清晰，輪廓分明：首先，提出問題“為什么夏日沙灘與海水的體感溫度不同？”設置的梯度問題是“如何比較燒開質量相同的一壺水和一壺油吸熱的多少”“如何比較燒開一壺水和半壺水吸熱的多少”，從而引入加熱時間長短替代吸收熱量多少。接下來，由如何比較不同物質吸熱多少過渡到如何比較不同物質吸熱本領強弱，設置的梯度問題是“比較不同質量、不同溫度變化、吸收不同熱量的水和油吸熱本領”，提供數據從而把問題具體化，把思維可視化，使學生意識到“多和少”可以直接比，但“強和弱”則需要進行數學模型化處理。

B教師圍繞一個主要的大問題，精心設計若干個小問題，形成課堂的問題串，將整節課設計為一個或幾個主要問題的解決過程，也成為學生思維不斷發散與聚合的交替過程。學生在問題情境中不斷通過問題解決的實踐，積極主動地探究問題，在解決問題的活動中通過體驗、認識及內化等逐步形成相對穩定的思考問題、解決問題的思維方法。最終，學生順利地構建了比熱容的概念，并主動用控制變量的思想解決課前引入問題。

B教師的成功之處，一是在于問題串的設計環環相扣，問題雖然具有一定的難度，需要學生努力去克服，但又在學生能力范圍內，皆落在學生學習的最近發展區；二是問題引發了學生的認知沖突，從而使學生產生好奇心和求知欲，有效地激發了學生的探求動機和興趣。

每一堂物理課在教學設計中都有重點和難點的設計，圍繞難點的突破，教師做好難點定位、難點分解、問題設計等環節的工作，對幫助學生構建物理知識、發展學生的思維能力、培養學生的核心素養起著至關重要的作用，也對提高教學效率起著關鍵性的作用。

【本文系湖南省創造學會教育科學研究課題“中學物理教學中培育學生物理核心素養的實踐與研究”（課題編號：XCZXH2018K011）研究成果】

（作者單位：長沙市岳麓區湘儀學校）