創設有溫度的物理課堂

劉雪燕

【關鍵詞】物理歷史故事;賞析;探究式

陶行知先生“愛滿天下”，為中國教育探尋新路，又以“甘當駱駝”的精神努力踐行平民教育.如何把陶先生的愛傳承下去，不僅要在課后關心學生的成長環境，也要在課堂上讓學生感受到教師的愛.作為一名初中物理教師，除了教給學生學科知識，還要培養學生養成對科學的求知欲，培養學生熱愛自然科學，樂于探索自然現象和日常生活中的物理道理.在課堂上教師通常喜歡用現代高科技的手段，制造實驗現象給學生帶來視覺盛宴，這無疑是好的，但是并不是所有的物理知識都可以用現象來解釋，其他的教學手段也是值得我們挖掘的.悠久的物理科學故事熏陶也是物理教學中一個很好的教學手段，對學生來講會緩解學習的疲勞感，使學生的學習興趣得以保持，同時，物理學史上榜樣的力量也會激發學生的創造能力.

1 傳統課堂存在的困惑

在“溫度計教學”一課中，傳統教學模式是完成以下幾個流程.

任務1 觀察溫度計的基本構造，由哪幾部分組成？ 它的量程是多少？ 分度值是多少？

任務2 請學生分小組討論溫度計是利用什么原理來工作的？

任務3 請以小組為單位使用溫度計測量水和被加熱的牛奶的溫度，學生相互交流，歸納出正確使用溫度計的方法.

任務4 總結體溫計的結構和使用方法（包括體溫計的刻度范圍，特殊結構，使用特點，使用方法）.

1.1 教師的困惑與糾結

這堂課用現在流行一種叫問題串的方式來作為課堂的抓手，以提問的形式帶動學生學習，還有器材輔助實踐，教學目的明確，內容簡潔明了，教學條理清晰.以問題串的形式提問，學生任務明確，教學重難點突出，有學生小組討論等學生活動，這樣的一堂課看似完美.但是總感覺少了什么.課堂呈現的狀態是：課堂安靜有序，小組討論正常，學生按部就班，教師循序漸進，最后完成教學.但筆者在上這堂課時感覺不到學生真正的學習熱情，感覺不到學生那種發自心底里渴望學習物理和熱愛物理的激情，并且，在上完課后心中還留下了許多困惑.

（1）流程上的問題：每節課的形式都是問、答、實驗、練習結合的模式，學生會不會覺得太單調、枯燥、沒有新鮮感？ 另外，教師上來就布置任務，有種逼迫學生思考問題的嫌疑.

（2）知識點上的銜接問題：現有溫度計的結構是固定不變的，為什么會設計成這樣的結構？ 古代科學家們是怎樣一步步地改進、改良，最終形成了今天的溫度計？

（3）在練習中有一些題目顯得特別突兀.例如，伽利略的氣體溫度計為何會改成了現在的液體溫度計？ 有什么缺點？ 根據現有的課堂形式根本沒有辦法解決.

1.2 學生的疑問

在第二天的作業課上，在處理練習時，又遇到很多棘手的問題，學生心中一個一個的問題把我問倒了.

問題1 老師，為什么物體的冷熱程度要搞一個溫度計來測量？ 如何感知溫度的高低？

問題2 現在的溫度計為什么要選擇液體作為測溫物質？ 可以用氣體溫度計嗎？ 為什么要用水銀？ 酒精可以作為溫度計的常見測溫物質？ 水不是選材更方便嗎？ 為什么不可以用水作為測溫物質？

問題3 常見水銀、酒精等物質作為測溫物質在使用時有限制條件嗎？

問題4 溫度計為何要設計成柱狀？ 常用溫度計為何用玻璃材料？ 設計成三棱柱有什么特別的涵義？ 為什么溫度計要設計一個測溫泡，測溫泡的大小有沒有講究？ 溫度計的設計需考慮外界因素的影響嗎？

問題5 溫度計的刻度是怎樣規定的？ 溫度計的測量范圍怎么規定？

問題6 體溫計為何要設計縮口結構？ 體溫計為何要在腋下、口腔、肛門里測量？ 在哪里測量最準確？

問題7 現代電子溫度計的原理？

1.3 豁然開朗——“來龍去脈”的重要性

為什么學完后學生的心里還是有那么多的疑問？ 說明學生還是有許多的困惑沒有解決，所以這堂課是一個失敗的設計.到底應該怎么設計才能把學生心中的疑問解決呢？

于是筆者瀏覽了一些網站，也查找了一些國內的有關溫度計的公開課，發現溫度計這節內容不是考試的重點，開的公開課相對較少.可是溫度計的使用，卻是我們生活中相當重要的一項技能，溫度計是測量體溫必不可少的工具.這么貼近生活的科學知識，學生更加要知道它的來龍去脈了.于是筆者查閱了溫度計的發明過程，并根據學生的疑問設計了新的教學流程.

2 整改之后的教學環節

溫度計授課新的教學環節：引入— 歷史故事賞析— 練習使用溫度計— 課堂練習反饋— 應用拓展.

（1）引入.

提問學生，感知現在的冷熱程度，什么季節感覺最舒服？ 現在的室溫大概是多少？ 然后展示測溫儀器——溫度計，讓學生讀出現在的室溫.看學生的猜測是否準確，引入溫度計精確測量溫度.

（2）歷史故事賞析.

問題1 古代人是如何感知溫度的高低？ 包含了一種什么樣的物理方法？

播放圖片，溫度計發展歷史的第一個歷程故事：介紹中國最早出現的一種可以觀察溫度變化的“冰瓶”.古人把水裝在瓶子中，如果水結冰，說明天變冷了;如果冰融化，則表明氣溫回升，天氣變暖.“冰瓶”可謂中國最原始的一種溫度計，只不過古人用這種方法測量溫度只是大概地知道氣溫的變化，沒有精確的數據，有待改進.

點評 通過這些圖片解決了溫度計應用轉化法感知溫度的高低.把氣溫的變化轉化到水的結冰，或者冰融化.

解決對應知識點：科學方法—轉換法.

問題2 利用空氣作為溫度計測溫物質有什么缺陷？ 觀看視頻，試著解決以上問題.

接著播放視頻，溫度計發展歷史的第二個歷程故事：著名的意大利科學家伽利略的第一支氣體溫度計，是世界上最早研制的溫度計.具體制作方法是：一根玻璃管，管的一端是個玻璃泡，另一端開口，把里面的空氣加熱后，開口端浸入水中，這時水在大氣壓強的作用下形成一個管內水面高于外部水面的水柱.當天氣轉熱的時候，管內的水柱就會下降.當天氣變冷的時候，玻璃管中的水柱在外部大氣壓的作用下就會升高.水柱升降的情況就可以知道天氣冷熱變化的程度.當然，這只是一種比較簡單粗糙的儀器，還不能說明天氣冷熱變化的確切程度.但這畢竟是世界上最早的溫度計，后來的許多溫度計只不過是對這種方法的改進和完善罷了.

點評 這個視頻讓學生了解了世界上第一支氣體溫度計，也了解了氣體溫度計的測溫物質不選擇氣體，以及利用空氣作為溫度計測溫物質的缺陷.

解決對應知識點：溫度計的原理——利用測溫物質的熱脹冷縮反應物體的冷熱程度.

問題3 為什么要用液體作為測溫物質？ 為什么水銀、酒精被選為溫度計的常見測溫物質？ 水為什么不可以？

繼續播放視頻，溫度計發展的第三個歷程故事：1632年，法國醫生讓·萊伊首次把伽利略的溫度計顛倒，讓玻璃泡在下方，在里面裝水，溫度則通過玻璃管中的水柱體現.但缺點是這種溫度計玻璃管的上方是開放式的，因此會受到水蒸發的影響.不久后，阿拉貢國王斐迪南二世讓人試驗了多種液體，發現酒精的熱膨脹效果比較明顯，同時他把玻璃管的上端熔化，使其封閉，制成了世界上第一支不受外界氣壓影響的溫度計.

解決對應知識點：酒精的熱膨脹效果比較明顯，所以選擇酒精作為常見的測溫物質.且封閉的玻璃管不受大氣壓的干擾.

解決知識點：溫度計的形狀為何要設計成封閉的柱狀形.

問題4 常見溫度計選擇水銀、酒精作為測溫物質時，他們在使用時有什么條件？

繼續播放視頻，溫度計發展的第四個歷程：1714年，德國科學家華倫海特發明出了第一支水銀溫度計.水銀和酒精這兩種測溫物質有各自的物理屬性，水銀的沸點約為357℃，故可測量較高的溫度，但由于其凝固點約為零下39℃，故不能測比之更低的溫度.與水銀溫度計相反，酒精溫度計不能測量較高的溫度，因為酒精的沸點約為78℃，但可以測量較低的溫度，因為其凝固點約為零下117℃.

對應練習：已知標準氣壓下水銀、酒精、甲苯、萘的熔點和沸點：① 若要測量萘的熔點，溫度計的玻璃泡里應選誰做測溫物質？ ② 若要測量標準大氣壓下沸水的溫度，溫度計的玻璃泡里不能選誰做測溫物質？

問題5 體溫計為何要設計縮口結構？

播放溫度計發展的第五個歷程故事：意大利帕多瓦大學的醫學教授桑克托留斯在1612 年發明了一種蛇形的氣體溫度計，上端的玻璃泡可放入病人口中，從下方水柱查看病人體溫的變化.這是世界上最早的體溫計.

對應練習：為什么護士在測量體溫時，都要甩一下？

（3）練習使用溫度計，測量開水和冰水的溫度.

（4）課堂練習反饋.

（5）拓寬視野，培養熱愛科學探究.

播放我國中科院溫度計研發狀況視頻，介紹現代化高溫測溫情況，了解溫度計在更多領域的應用，了解除了利用熱脹冷縮原理外，溫度計還有哪些應用拓展.同時了解紅外線溫度計在生產需要、國家科研等方面的測量的情況.拓寬學生視野，培養學生不怕困難、敢于攀登的科學精神，促進核心素養的發展.

3 反思

改進前的課堂設計的教學模式似乎只考慮到學生的學與練，沒有從本質上解決學生心中的疑問，學生沒有主動性，只能完成老師布置的任務，甚至可以說是被迫行性的學習.

改進后的優點有：

（1）從知識點看，從中國古代的“冰瓶”到伽利略的氣體溫度計，再到讓·萊伊第一支不受外界氣壓影響的溫度計，華倫海特對測溫物質的斟酌改良，再到桑克托留斯的體溫計，這一系列的溫度計設計發展歷史讓學生清晰地了解溫度計的結構和改進理由，也自然地明白了常見的溫度計為何選擇水銀和酒精等測溫物質.

（2）一根溫度計的發明史，既讓學生明白了今天的溫度計的設計理念，同時從科學教育的角度看，通過學習前輩科學家的發明創造的故事激發了學生的創造精神，培養了學生的科學探究精神.

（3）改進后的課堂在學生了解溫度計的來龍去脈后，又有實踐練習的機會，是練與情的完美結合.

（4）學生由學習變為欣賞，由學習變為探究，由機械式學習的課堂變為有溫度的課堂.