理論實驗并行 核心素養凸顯
——“理想氣體的狀態方程”教學賞析

(江蘇省阜寧中學,江蘇 鹽城 224400)

在由江蘇省中小學教學研究室主辦的江蘇省第五屆高中物理名師論壇上，我校俞翔老師上了一節教學展示課，課題為“理想氣體的狀態方程”，這是一節基于教材、活用教材且富有創新的物理課。在課堂教學中，注重滲透科學方法，創新實驗設計，引領學生進行科學探究，落實核心素養提升的課程目標。現摘錄部分教學片斷進行評析，與同仁分享和交流。

1 教學片斷及評析

片斷1：理想氣體狀態方程的理論探究

本節課在氣體三條實驗定律的基礎上，引導學生思考一定質量的理想氣體，在三個參量壓強、體積、溫度同時變化時，會遵循什么樣的規律？讓學生提出猜想，再引導學生運用控制變量法，創設一個中間狀態，構建兩個特殊過程，從理論上進行推導、探究。學生的思維很發散，結合逆向思維，結果提出了6種過程：先等壓后等容、先等溫后等容、先等容后等壓、先等溫后等壓、先等容后等溫、先等壓后等溫，為了更加形象、直觀，讓學生在p-V圖上畫出這6種過程(如圖1)。

圖1

學生分組探究，自行選擇一個或多個過程進行推導，每個小組推薦一名同學匯報、展示推導過程和結果，不同的小組針對不同的過程，推導出了相同的結果。

評析：這個教學片斷的設計讓學生真正成為學習的主人，學生在教師的引導下，主動作為，積極思考，相互合作，從理論上導出了理想氣體狀態方程，學生的思維得到了有效拓展，通過經歷和體驗理論探究，學生的創新精神、邏輯推理能力、與他人合作能力、表達能力等得到了有效提高。這樣的設計還加深了學生對理想氣體狀態方程的理解，理想氣體狀態方程與氣體經歷的過程無關，具有普適性。

為了提升學生的核心素養，建議老師可以進一步引導學生在課后畫出6種過程的p-T圖或者V-T圖，繼續研究。通過上述過程的學習、研究，學生心中不免還會產生疑問：雖然構建的過程多達6種，但每一種過程設定的中間狀態只有一個，這樣的過程具有特殊性，推導的結論是否具有普遍性？為了消除學生心中的疑惑，建議引導學生在初態A和終態C之間，任意構建一個過程(如圖2)，再將這個過程分解成許許多多等容、等壓的小過程，增設若干個中間狀態，每個小過程都遵循這個規律，小過程分得越小，折線就越接近曲線，進一步說明理想氣體狀態方程的普適性。

圖2

片斷2：理想氣體狀態方程的實驗驗證

學生通過推理得出了理想氣體狀態方程后，心中不免還會有疑問：這個結論是否符合實際？教師設計了一個實驗，進一步引導學生用實驗來驗證。本節教材中沒有安排實驗，原因可能是器材難尋，同時要測量的物理量又較多。授課教師創新使用教材，讓實驗走進課堂，實驗器材有：注射器、溫度傳感器、壓強傳感器(如圖3)。利用注射器可以封閉一定質量的空氣，體積可以從刻度上直接讀出來，溫度通過溫度傳感器測出，壓強傳感器可以測出封閉氣體與外界大氣的壓強差。教師讓幾名學生合作完成實驗、得到數據，利用Excel處理、分析數據，得出結論(如表1)。

圖3

表1(大氣壓強: 102400Pa，軟管體積：1.5 mL)

評析：美國物理學家密立根曾說：“科學靠兩條腿走路，一是理論，一是實驗。有時一條腿走在前面，有時另一條腿走在前面，但只有使用兩條腿才能前進。”教者匠心獨運，精心設計、引入實驗，不僅激發了學生學習物理的興趣，而且培養了學生的科學探究能力，同時消除了學生心中的疑團。教師面對困難，要敢于挑戰，設計實驗，教師的工作精神就是一道亮麗的風景，為培養學生科學態度和責任樹立榜樣，在潤物無聲中培養學生的核心素養。

教師引導學生用Excel處理數據，把現代教育技術融入教學，讓學生掌握利用電腦處理數據的方法，與學生一起仔細分析實驗誤差以及誤差產生的原因，不僅培養了學生的質疑能力、批判思維能力，同時還加深了學生對知識的深層次理解。為了形象直觀，教者還可以引導學生畫出pV-T圖(如圖4)，培養學生應用計算機處理圖像數據的能力，進一步提升學生的核心素養。

圖4

2 引發的思考

2.1 教學中要注重對基本物理概念和規律的深度理解，重視物理觀念的培育

基本概念、規律是物理學的基石，它們凝結著前人的汗水和智慧，凝聚著思維和方法，如慣性、牛頓運動定律、萬有引力定律、動量守恒定律、法拉第電磁感應定律、楞次定律、理想氣體的狀態方程等。深度理解基本概念和規律，一方面就是要把隱藏在其背后的科學思維、科學方法、科學態度、科學責任、經典實驗挖掘出來，讓學生加以經歷、體驗和感悟，內化成自己的觀念，形成自己的思想，內化成自己的行為，掌握研究問題、解決問題的方法，提升學生核心素養，讓物理學科的育人價值在課堂教學中真正落地。另一方面，就是要弄清概念的內涵和外延，弄清規律的適用條件和范圍，從多角度、多層次加以理解，實現靈活遷移和應用，切實提高解決實際問題的能力。

2.2 教學中要注重創設條件，將實驗引入課堂，重視探究能力培養

實驗是物理教學的基礎，將實驗引入課堂，能激發學生學習的興趣，增強學生學習的動力。利用實驗可以幫助學生有效突破學習難點、化解學習疑點,加深對物理概念和規律的理解。一方面，教材中現有的演示實驗、探究實驗、分組實驗，切不能用在黑板上講實驗、畫實驗來代替做實驗。另一方面，涉及核心概念、核心規律，如果沒有現成的實驗，教師要敢于擔當，勇于創造，讓創新實驗走入課堂、融入課堂，讓學生在解決具體的、實際的問題過程中，理解和應用這些核心知識，切實培養學生科學探究的能力。