基于核心素養的物理教學設計探討
——以“汽化和液化”教學為例

劉慧娟 梁 波 祖家瑞

(天津耀華濱海學校,天津 300163)

1 引言

物理學家馮·勞厄曾說：“重要的不是獲取知識,而是發展思維能力”，這和物理核心素養的培養要求是一脈相承的。物理學科核心素養是學生在接受相應物理教育中逐步完善的能有利于個體持續成長和社會發展的必備品格和重要本領,是通過物理學習而內化的具有物理學科特性的品質,它包括了物理觀念的內容、科學思維的要素、科學探究的過程以及科學態度和社會責任。筆者以人教版“汽化和液化”教學為例,以問題為導向、實驗為平臺、學生為主體，在課堂教學中切實培養學生的核心素養。

2 設計準備

2.1 教材分析

“汽化和液化”被安排在物態變化這一章的第三節,內容貼近學生日常生活,教師將生活中的現象進行提煉和概括,體現了基礎性；教材在這一節重點突出水沸騰的探究實驗,重視學生通過自主觀察、自己進行數據處理得出結論的過程,體現了探究性；教材在給出汽化、液化概念后，又分為三小部分,分別是“沸騰”“蒸發”“液化”,在教學安排上可分為兩個課時,教師可以根據學生情況合理安排教材內容的呈現順序,體現了靈活性。

2.2 教學目標解讀

以核心素養為導向的教學目標,是在原來三維目標的基礎上經過整合提煉與發展而成,它集中體現了物理學科的育人價值。筆者以汽化、液化概念的得出和探究水的沸騰作為第一課時內容,對該課時進行目標分析,并與核心素養的相關方面對應起來(如表1)。

表1 教學目標與核心素養

3 教學過程設計

3.1 把現象“亮”出來,將學生“引”進來

物質在固、液兩態間可以相互轉化,那么在液態和氣態之間是否也可以相互轉化？教師做演示實驗：取一只燒瓶,里面裝入適量酒精,頂端用一個氣球封口。

師：先讓燒瓶底部充分接觸熱水,同學們看到了什么現象？

生：氣球鼓起來了(如圖1)。

圖1

圖2

師：那氣球里面是什么？

生：氣體。

師：氣體從哪里來？

生：酒精從液態變成了氣態。

師：再讓燒瓶底部充分接觸涼水,同學們又看到什么現象？

生：氣球癟了(如圖2)。

師：氣體跑哪去了呢？

生：酒精又從氣態變回了液態。

教師引出汽化、液化概念。之后讓學生列舉生活中的汽化現象,并進行分類,指出蒸發和沸騰是汽化的兩種形式,本節課主要研究沸騰。

設計意圖：物理概念對初中生而言比較抽象,若在開始階段理解不透徹,后續的學習將變得很困難。用燒瓶和氣球做演示實驗,化抽象為形象,很容易將學生帶到情境中,用可視化的實驗,促進學生物理觀念的形成。

3.2 以探究為主線,將問題“串”起來

學生對沸騰現象并不陌生,但沸騰有什么特點？學生平時可能并沒有留意過,因此筆者設計了如下問題串，引導學生進行探究。

師：我們是如何判斷水或者火鍋湯“開”了？

生：冒出很多氣泡。

師：那么沸騰前后氣泡的多少、產生的位置、上升過程中大小變化一樣嗎？我們知道沸騰時除了有大量氣泡,溫度也很高,那么在加熱過程中溫度是一直在升高嗎？怎樣才能找到這些問題的答案呢？

生：必須進行實驗探究。

圖3

教師介紹如圖3所示的實驗器材，提問：燒杯上為什么要加蓋？

生：加快水的沸騰。

師：除此以外,還有別的方法嗎？

生：用熱水或者水裝少點。

師：裝多少合適？

生：沒過溫度計的玻璃泡。

進行實驗前,首先明確實驗目的：在實驗中注意觀察水沸騰前后氣泡及溫度的變化。其次提示重要信息：當水溫到達85℃時用停表開始計時,每隔0.5分鐘讀取一次溫度計示數，填在記錄表格中，根據數據在坐標紙上畫出溫度-時間圖像。分工合作,特別提示：要注意安全。

設計意圖：以問題串的形式步步引導,讓學生認識到即使平常熟悉的現象也有很多值得探究之處。學生是具有主觀能動性的個體, 只有當學生有主動探索的心向,教學才能高效進行。對實驗數據的現場處理,能夠讓學生積極參與和投入到實驗探究的過程中,一步一步由表及里地發現物理現象背后的規律,讓學生感受圖像法在物理研究中的重要作用。

3.3 以技術為輔助,讓結論“顯”出來

實驗結束后先讓學生描述自己在實驗中觀察到的現象,在學生各抒己見之后,教師慢動作回放提前錄制好的燒水視頻,讓學生更清楚地看到沸騰前(如圖4)和沸騰時(如圖5)的水泡情況。

圖4

圖5

對于水沸騰前后氣泡上升過程中大小變化的觀察，在水量較少時具有一定難度,且稍縱即逝。因此用慢動作回放的方式能很好地起到輔助作用,讓學生更清楚地看到水沸騰前后的現象。

對于水在沸騰前后溫度變化的特點,可用“希沃授課助手APP”連接手機和電腦,在大屏幕上展示學生畫出的圖像(如圖6),為了使結論更具有普遍性,用Excel匯總各組數據后,利用散點圖功能作出多條曲線(如圖7)。從圖像中可以看出：曲線的整體變化趨勢一致,從而使“水沸騰前,加熱溫度升高,沸騰時,加熱溫度不變”的結論更加具有說服力。

圖6

圖7

設計意圖：將信息技術與教學融合為現代教學所倡導，在授課中,教師可以合理選擇一些技術手段,不僅能夠有效提升課堂效率,還能為課堂增添活力。

3.4 豐富課程資源,讓思維“活”起來

教師在介紹完沸點概念后,讓學生在課本60頁“小資料”欄目中查找水銀、酒精、水等常見物質的沸點,然后提出問題。

師：實驗中可以用酒精溫度計嗎？

生：不能,酒精沸點小于水的沸點,還沒等水沸騰,酒精已經變成氣體了。

師：“小資料”中給出水的沸點為100℃,我們實驗中測得水的沸點為什么高于100℃？

生：“小資料”中括號內寫著標準大氣壓。

教師介紹沸點受氣壓影響，提問：加蓋后小燒杯內的氣壓和室內氣壓相比如何？

生：小燒杯內氣壓高。

教師用燒瓶演示“二次沸騰”實驗(如圖8),提問：你能做出解釋嗎？

圖8

生：開始時瓶內氣壓較大,沸點也較高；澆冷水后瓶內氣壓變小,沸點也降低了,所以又沸騰了。

教師播放《加油,向未來》中視頻片段(如圖9),提問學生：你能解釋看到的現象嗎？香蕉為什么變硬？裝有甲烷的氣球為什么上升?學生討論后作出回答。

圖9

師：網上有“下油鍋”的視頻, 鍋中的“油”沸騰著,人為什么沒事？你覺得是真的嗎？請同學們課后查資料，提出自己的看法。

設計意圖：當實驗結果與生活經驗形成沖突時,應及時提出問題,這是促進學生思維發展的最佳時機。在有限的課堂教學時間里,教師不應只是單純地傳道、授業、解惑,更應該為學生提供更多探索發現的機會,激發學生的求知欲望。從課內延伸到課外,學生通過自己查閱資料,明白一些現象背后的科學原理,體會物理來自生活，科學就在身邊。

4 反思

在教學中,創設學生向往的課堂是培養學生核心素養的有效途徑,要求教師不能只做“知識的搬運工”,而應該通過扎實的教學設計,讓自己的課堂富有特色，要深入思考：如何創設教學情境，以更好地幫助學生形成物理觀念？如何設置問題，引發學生不斷思考,助推思維能力螺旋上升？在實驗中如何充分調動學生，使其潛能得到最大程度的開發？在師生、生生互動中，如何潛移默化滲透科學本質觀的教育？只有將各種教學要素都系統地整合起來,才能讓學生自主建構知識，提高科學思維和探究能力，并且在學習中有積極的情感體驗。