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比熱容概念意義建構(gòu)的探究式教學(xué)設(shè)計(jì)
物理概念是反映物理現(xiàn)象和物理過(guò)程本質(zhì)屬性的一種抽象，是在大量觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用邏輯思維方法，把一些事物共同的本質(zhì)特征加以概括而形成的.縱觀物理學(xué)發(fā)展的歷程，不難看出，概念本身都是在科學(xué)探究活動(dòng)中逐步生成、廓清和發(fā)展的，與科學(xué)探究有著“天生而必然”的聯(lián)系.探究過(guò)程就是實(shí)現(xiàn)概念意義建構(gòu)最適宜的“學(xué)習(xí)情境”，在探究活動(dòng)中建構(gòu)概念是最符合認(rèn)知規(guī)律的.教學(xué)實(shí)踐表明，機(jī)械地灌輸概念是低效的、徒勞的.所以可以將概念教學(xué)與科學(xué)探究有機(jī)地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行概念教學(xué).基于以上思考，筆者在比熱容教學(xué)中嘗試探究式概念教學(xué)，取得了較好的效果. 比熱容是初中物理最復(fù)雜的概念，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即比值Q/mΔt叫這種物質(zhì)的比熱容，這是人教版新教材給比熱容的定義.它是反映物質(zhì)自身性質(zhì)的物理量，物質(zhì)的比熱容大，它的吸熱能力強(qiáng)；反之，它的吸熱能力弱.比熱容的物理意義，學(xué)生容易理解、接受.學(xué)生難以理解的是，salifelink.com比熱容是比值Q/mΔt，怎么又與Q、m、Δt無(wú)關(guān)？要讓學(xué)生突破理解上的障礙，除了完成教材上的實(shí)驗(yàn)探究“比較不同物質(zhì)吸熱的情況”，還必須增加探究“加熱某種物質(zhì)時(shí)，吸收的熱量Q與質(zhì)量m、升高的溫度Δt的定量關(guān)系”.熱量看不見(jiàn)、摸不著，比較抽象，溫度的變化更易引起人的關(guān)注，筆者設(shè)計(jì)的探究課題“加熱物質(zhì)時(shí)，升高的溫度Δt與什么因素有關(guān)？”，更符合人的認(rèn)知規(guī)律，因果邏輯關(guān)系更合理(吸熱是因，溫升是果)，實(shí)驗(yàn)也更好操作(使物質(zhì)升高一定的溫度，在操作上較困難).以下是筆者設(shè)計(jì)的以實(shí)驗(yàn)為突破口，以比熱容概念意義建構(gòu)為核心的探究式教學(xué)過(guò)程. 1創(chuàng)設(shè)生活問(wèn)題情境，引導(dǎo)合理猜想 問(wèn)題1：加熱一壺水，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，水吸收的熱量越多，水溫升得越高.猜想一下，水溫升高的多少與什么因素有關(guān)？ 生：與吸收的熱量有關(guān). 問(wèn)題2:加熱半壺水和滿壺水，哪壺水先開(kāi)？加熱相同的時(shí)間，哪壺水水溫升得高一些？猜想一下，水溫升高的多少又與什么因素有關(guān)？ 生：半壺水，與質(zhì)量有關(guān). 問(wèn)題3.加熱等質(zhì)量的一鍋水和油，加熱相同的時(shí)間，水和油升高的溫度會(huì)相同嗎？哪一個(gè)溫升較高？猜想一下，加熱物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)溫度升高的多少還與什么因素有關(guān)？ 生：不相同，油，與物質(zhì)種類有關(guān). 2引導(dǎo)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)方案 2.1明確研究方法 師：探究加熱物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)溫度升高的多少與吸收的熱量、質(zhì)量、物質(zhì)種類的關(guān)系，要采用什么研究方法？ 生：控制變量法. 2.2明確需要測(cè)量的物理量、選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材 師：完成探究需要測(cè)量哪些物理量？ 生：溫度、質(zhì)量、吸收的熱量. 師：熱量看不見(jiàn)、摸不著，不能直接測(cè)量，有什么方法可以間接測(cè)量？ 生：加熱時(shí)間越長(zhǎng)，吸收的熱量越多.測(cè)加熱時(shí)間可以間接代替吸收的熱量. 師：實(shí)驗(yàn)室有酒精燈、量熱器可以用來(lái)加熱，展示量熱器的電熱絲，在酒精燈和量熱器中你們準(zhǔn)備選擇哪一個(gè)？依據(jù)是什么？ 生：酒精燈(學(xué)生對(duì)量熱器不熟悉). 師：酒精燈加熱時(shí)火焰的大小會(huì)變化，不能保證相同時(shí)間放出的熱量相同，要保證兩個(gè)酒精燈的火焰大小相同比較困難.量熱器的電熱絲在相同時(shí)間放出的熱量相同，選擇量熱器更好. 師：你們準(zhǔn)備選擇加熱什么物質(zhì)？依據(jù)是什么？ 生：水、沙子、油.常見(jiàn)，容易得到. 師：不錯(cuò).煤油是實(shí)驗(yàn)室常用的，加熱時(shí)，升溫明顯，老師準(zhǔn)備了水、煤油. 師：怎么獲取一定質(zhì)量的水、煤油？ 生：用天平、燒杯稱量. 師：有沒(méi)有更簡(jiǎn)便的方法？ 生：先根據(jù)V=m/ρ算出一定質(zhì)量的水、煤油的體積，再用量筒量取. 師：溫度可以用溫度計(jì)測(cè)量，為了精確測(cè)量，老師選擇分度值是0.1 ℃的精密水銀溫度計(jì). 2.3引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)選擇的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟 說(shuō)明：“探究加熱物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)溫度升高的多少與吸收的熱量、質(zhì)量、物質(zhì)種類的關(guān)系”是初中物理實(shí)驗(yàn)難度比較大的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)涉及三個(gè)變量的控制問(wèn)題.在教師的引導(dǎo)下確定了研究方法，需要測(cè)量的物理量，選擇了合適的器材.根據(jù)選擇的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的難度.根據(jù)學(xué)情、進(jìn)度，可以采取小組合作根據(jù)選擇的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，然后選擇一個(gè)小組展示，其他小組評(píng)價(jià)、補(bǔ)充、完善，教師適時(shí)點(diǎn)撥；也可以先讓學(xué)生嘗試根據(jù)選擇的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格，教師適時(shí)點(diǎn)撥(如何應(yīng)用控制變量法)，學(xué)生再嘗試，最后教師給出實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格.這一環(huán)節(jié)要給學(xué)生充分的時(shí)間思考、交流，這樣學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力才能提高.根據(jù)學(xué)情、進(jìn)度、教學(xué)資源，實(shí)驗(yàn)探究可以分組也可以演示. 3演示實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)器材：教學(xué)電源、量熱器2個(gè)、溫度計(jì)2支、量筒、導(dǎo)線若干、停表、水、煤油. 實(shí)驗(yàn)步驟：1.在量熱器中加入80 g水，然后接上教學(xué)電源，電源撥到6 V檔，閉合開(kāi)關(guān)，分別加熱1、2、3分鐘，測(cè)量水的初溫、末溫，算出水溫升高的度數(shù). 2.先后在量熱器中加入120、160 g水，加熱1分鐘，測(cè)量水的初溫、末溫，算出水溫升高的度數(shù). 3.在另一同規(guī)格量熱器中加入80 g煤油，加熱1分鐘，測(cè)量煤油的初溫、末溫，算出煤油溫度升高的度數(shù). 表1 次數(shù)物質(zhì)質(zhì)量m/g初溫/℃加熱時(shí)間/min末溫/℃溫升/℃ 1水8019.2120.91.7 2水8019.2222.63.4 3水8019.2324.25 4水12022.81241.2 5水16023.11240.9 6煤油8021124.43.4 4引導(dǎo)分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論 師：觀察、分析、比較表中的數(shù)據(jù)，可以得出什么結(jié)論？ 生1：分析比較1、2、3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，一定質(zhì)量的水，吸熱升溫，升高的溫度與吸收的熱量Q成正比. 生2：分析比較1、4、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，不同質(zhì)量的水吸收相同的熱量，升高的溫度Δt與質(zhì)量m成反比. 生3：分析比較1、6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論：水和煤油，在質(zhì)量相等，吸收的熱量相同時(shí)，升高的溫度Δt不同. 師：大量實(shí)驗(yàn)表明，上述結(jié)論也可以推廣到其它物質(zhì). 5引導(dǎo)意義建構(gòu)比熱容概念 師：加熱某種物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)的質(zhì)量m越大，升高的溫度越高，需要吸收的熱量Q越多.假設(shè)加熱1分鐘吸收的熱量是Q，則加熱2、3分鐘吸收的熱量分別是2Q、3Q，分析比較1、2、3、4、5次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有 Q80×1.7≈2Q80×3.4≈3Q80×5≈Q120×1.2≈Q160×0.9， 由此可以得出結(jié)論，在誤差允許的范圍內(nèi)，同種物質(zhì)，比值Q/mΔt是一定的，并且跟Q、m、Δt無(wú)關(guān).分析比較1、2、3、4、5次和第6次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得出結(jié)論，不同的物質(zhì)，比值Q/mΔt不同.大量實(shí)驗(yàn)表明，比值Q/mΔt由物質(zhì)自身性質(zhì)決定，物質(zhì)不同，這個(gè)比值一般不同，并且這個(gè)比值(數(shù)值上等于單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高1 ℃吸收的熱量)反映了物質(zhì)的吸熱能力，比值大，吸熱能力強(qiáng)；比值小，吸熱能力弱.因此，比值Q/mΔt反映了物質(zhì)自身的一種熱學(xué)性質(zhì)，物理學(xué)中就引入比熱容c=Q/mΔt反映物質(zhì)的這種性質(zhì).Q/mΔt是比熱容的定義式，不是決定式. 說(shuō)明：學(xué)生很難發(fā)現(xiàn)，同種物質(zhì)，Q/mΔt是一定的，并且跟Q、m、Δt無(wú)關(guān).不同的物質(zhì)，Q/mΔt不同.但學(xué)生經(jīng)歷了概念的形成，意義建構(gòu)了比熱容的概念就是最大的成功.比熱容概念意義建構(gòu)后，吸熱、放熱公式Q=cmΔt也就水到渠成了.
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