论文部分内容阅读
摘要：在初中物理教学中，经常在建立一个重要的物理概念或规律时，由于学生认知水平的限制，产生教与学的难点。“比热容”是初中物理中学生较难理解的一个重要概念。教学“比热容”时，将难点分解到各教学环节中，通过问题引导，架设台阶，逐个击破。
关键词：比热容教学难点架阶问题
在初中物理教学中，经常在建立一个重要的物理概念或规律时，由于学生认知水平的限制，产生教与学的难点。比热容是初中物理中学生较难理解的一个重要概念，它是用热量、温度、质量三个物理量来定义的。对初中生来说，要理解并建立这样一种物理量困难较大。对此，可将难点分解到各教学环节，通过问题引导，架设台阶，逐个击破。
一、引入新课
苏科版初中物理教材通过一个探究活动引入“比热容”的教學。首先，根据生活中的一种常见现象（初夏，小明和小华去海边游玩。中午，他们赤脚走在海边的沙滩上，觉得沙子很烫;当他们跳进海水中时，却觉得海水较凉），由小明和小华同一时刻对海水和沙子的不同感觉引出问题：“同样都是在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样呢？”
如果按照物理探究的正常步骤，接下来就应该进入猜想环节。但是，由于初中生很难把现象和“未知的”物理知识联系起来，所以，这样的猜想对他们来说有一定难度。对此，教师可以做一些提示性的引导，如：“太阳光照射海水和沙子的时间长短相同吗？同一时刻，水和沙子的温度不同，它们升温的快慢一样吗？”通过这样的提示，学生很容易想到：太阳光照射海水和沙子的时间长短相同，相当于对它们加热了相同的时间;沙子的温度比海水高，说明沙子升温比海水快。进一步地，学生就能得出“可能是海水和沙子吸收相同热量时升高的温度不相同，沙子吸热升温比海水快”这样的猜想。由此，突破了猜想环节的难点，学生初步感受到生活中的“比热容”。
二、实验探究
（一）理清实验思路
有了猜想，就要加以验证，即实验探究。实验探究的第一步是实验的设计，这也是“比热容”学习的一大难点。教师可把情境中的问题和物理知识一一联系起来，助力学生的实验设计：如图1所示，海水和沙子代表不同种类的两种物质;太阳可以和吸收热量联系起来，照射相同的时间表示海水和沙子被同一个热源加热了相同时间，即吸收了相同的热量;沙子烫、海水凉表示两者的温度不同。
这样，学生自然想到：实验中需要准备两种不同的物质（水和沙子）;用两个相同的酒精灯代表太阳，即相同的加热方式;用温度计测量两种物质的温度变化。
（二）明确实验变量
因为比热容是用热量、温度、质量三个物理量来定义的一个概念，如果直接让学生讨论“不同物质吸热升温快慢”探究实验的变量控制，有一定难度。对此，教师可在学生讨论前设置一些提示性问题，如：（1）日常生活中，在相同时间、相同地点，要将同样的一壶水烧开，所需时间的长短可能和什么因素有关？（2）在同样的火炉上烧水，烧开一壶水和烧开半壶水所需时间一样吗？
学生对以上问题思考后不难得出：在相同时间、相同地点，要将同样的一壶水烧开，如果热源火焰大，所需的时间就会短一些，热源火焰小，所需的时间就会长一些，即所需时间的长短和火焰的大小也就是热源加热的方式有关;在同样的火炉上烧水，即热源加热的方式相同，烧开一壶水要比烧开半壶水所需时间长，即吸热升温时间和水的质量有关。
既然同种物质吸热升温的快慢与加热方式和物体的质量有关，那么，研究水和沙子吸热升温快慢时，需要控制哪些变量呢？学生自然而然地想到：应该采用相同的加热方式以及控制水和沙子的质量相同。
（三）设计实验方案
通过讨论，学生已经明确实验应该控制水和沙子的质量以及加热方式相同，即用相同的加热方式给质量相同的水和沙子加热。接下来设计实验方案时，学生很容易想到用相同的加热方式加热相同的时间（吸收相同的热量），比较相同质量水和沙子的温度变化。教师引导学生讨论实验装置的设计，学生发散思维：用相同的酒精灯给质量相等的水和沙子加热;为了记录温度，应该在水和沙子中分别插入一根温度计（有条件的学校可以使用温度传感器）。教师进一步完善学生的设计：为了让水和沙子受热均匀，要加入搅拌棒;为了让水和沙子更好的受热，尽量选用导热性较好的易拉罐作为容器。最终的实验装置如图2所示。
（四）分析实验数据
学生按照图2所示组装实验装置，完成实验探究后，将实验数据填入表格（设计的表格见表1）。分析数据学生便能得出结论：加热相同的时间，沙子的温度变化要比水大，所以，当水和沙子吸收相同的热量时，沙子的温度变化比水快。
三、建立概念
建立比热容概念是本节课的最终目的，也是本节课的重点和难点。怎样让学生通过以上实验达成这一教学目标呢？教师可在刚才实验分析的基础上设置引导问题：“刚才我们在图像中画一条竖线，发现质量相等的水和沙子加热相同的时间，沙子的温度变化比水大，那如果在图像中画一条横线呢，你会发现什么？”
学生在图像上画横线（如图5所示）并展开分析：图像上画出的横线表示水和沙子升高相同的温度;当沙子和水的温度都从20 ℃升高到40 ℃，升高了相同的温度，沙子加热的时间是2.2 min，而水加热的时间是6 min，即水比沙子吸收更多的热量;换句话说，质量相同的沙子和水，升高了相同的温度，加热水的时间比沙子长，即水吸收的热量比沙子多。
由此，学生展开思考与分析，以建立比热容的概念：“沙子和水的质量以及升高的温度都相同，为什么吸收的热量不同？”进而学生发现，若换用其他不同的物质进行实验（有条件的班级可实际实验），质量相同的不同物质，升高相同的温度，它们加热的时间即吸收的热量一般都不相同。说明这种特性反映了物质种类间的差别。教师引导学生得出结论：为了表示不同的物质之间的这种差异，我们引入了“比热容”，也就是说，以上实验现象是由于沙子和水的比热容不同引起的。比热容就是物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，即比热容=吸收的热量（Q）物体的质量（m）×升高的温度（Δt）。由于比热容是反映不同的物质种类之间的吸收热量快慢的物理量，所以，对于同种物质，比热容是相同的;对于不同物质，比热容一般不同。比热容是物质的物理属性之一。
关键词：比热容教学难点架阶问题
在初中物理教学中，经常在建立一个重要的物理概念或规律时，由于学生认知水平的限制，产生教与学的难点。比热容是初中物理中学生较难理解的一个重要概念，它是用热量、温度、质量三个物理量来定义的。对初中生来说，要理解并建立这样一种物理量困难较大。对此，可将难点分解到各教学环节，通过问题引导，架设台阶，逐个击破。
一、引入新课
苏科版初中物理教材通过一个探究活动引入“比热容”的教學。首先，根据生活中的一种常见现象（初夏，小明和小华去海边游玩。中午，他们赤脚走在海边的沙滩上，觉得沙子很烫;当他们跳进海水中时，却觉得海水较凉），由小明和小华同一时刻对海水和沙子的不同感觉引出问题：“同样都是在太阳光照射下，为什么海水和沙子的温度不一样呢？”
如果按照物理探究的正常步骤，接下来就应该进入猜想环节。但是，由于初中生很难把现象和“未知的”物理知识联系起来，所以，这样的猜想对他们来说有一定难度。对此，教师可以做一些提示性的引导，如：“太阳光照射海水和沙子的时间长短相同吗？同一时刻，水和沙子的温度不同，它们升温的快慢一样吗？”通过这样的提示，学生很容易想到：太阳光照射海水和沙子的时间长短相同，相当于对它们加热了相同的时间;沙子的温度比海水高，说明沙子升温比海水快。进一步地，学生就能得出“可能是海水和沙子吸收相同热量时升高的温度不相同，沙子吸热升温比海水快”这样的猜想。由此，突破了猜想环节的难点，学生初步感受到生活中的“比热容”。
二、实验探究
（一）理清实验思路
有了猜想，就要加以验证，即实验探究。实验探究的第一步是实验的设计，这也是“比热容”学习的一大难点。教师可把情境中的问题和物理知识一一联系起来，助力学生的实验设计：如图1所示，海水和沙子代表不同种类的两种物质;太阳可以和吸收热量联系起来，照射相同的时间表示海水和沙子被同一个热源加热了相同时间，即吸收了相同的热量;沙子烫、海水凉表示两者的温度不同。
这样，学生自然想到：实验中需要准备两种不同的物质（水和沙子）;用两个相同的酒精灯代表太阳，即相同的加热方式;用温度计测量两种物质的温度变化。
（二）明确实验变量
因为比热容是用热量、温度、质量三个物理量来定义的一个概念，如果直接让学生讨论“不同物质吸热升温快慢”探究实验的变量控制，有一定难度。对此，教师可在学生讨论前设置一些提示性问题，如：（1）日常生活中，在相同时间、相同地点，要将同样的一壶水烧开，所需时间的长短可能和什么因素有关？（2）在同样的火炉上烧水，烧开一壶水和烧开半壶水所需时间一样吗？
学生对以上问题思考后不难得出：在相同时间、相同地点，要将同样的一壶水烧开，如果热源火焰大，所需的时间就会短一些，热源火焰小，所需的时间就会长一些，即所需时间的长短和火焰的大小也就是热源加热的方式有关;在同样的火炉上烧水，即热源加热的方式相同，烧开一壶水要比烧开半壶水所需时间长，即吸热升温时间和水的质量有关。
既然同种物质吸热升温的快慢与加热方式和物体的质量有关，那么，研究水和沙子吸热升温快慢时，需要控制哪些变量呢？学生自然而然地想到：应该采用相同的加热方式以及控制水和沙子的质量相同。
（三）设计实验方案
通过讨论，学生已经明确实验应该控制水和沙子的质量以及加热方式相同，即用相同的加热方式给质量相同的水和沙子加热。接下来设计实验方案时，学生很容易想到用相同的加热方式加热相同的时间（吸收相同的热量），比较相同质量水和沙子的温度变化。教师引导学生讨论实验装置的设计，学生发散思维：用相同的酒精灯给质量相等的水和沙子加热;为了记录温度，应该在水和沙子中分别插入一根温度计（有条件的学校可以使用温度传感器）。教师进一步完善学生的设计：为了让水和沙子受热均匀，要加入搅拌棒;为了让水和沙子更好的受热，尽量选用导热性较好的易拉罐作为容器。最终的实验装置如图2所示。
（四）分析实验数据
学生按照图2所示组装实验装置，完成实验探究后，将实验数据填入表格（设计的表格见表1）。分析数据学生便能得出结论：加热相同的时间，沙子的温度变化要比水大，所以，当水和沙子吸收相同的热量时，沙子的温度变化比水快。
三、建立概念
建立比热容概念是本节课的最终目的，也是本节课的重点和难点。怎样让学生通过以上实验达成这一教学目标呢？教师可在刚才实验分析的基础上设置引导问题：“刚才我们在图像中画一条竖线，发现质量相等的水和沙子加热相同的时间，沙子的温度变化比水大，那如果在图像中画一条横线呢，你会发现什么？”
学生在图像上画横线（如图5所示）并展开分析：图像上画出的横线表示水和沙子升高相同的温度;当沙子和水的温度都从20 ℃升高到40 ℃，升高了相同的温度，沙子加热的时间是2.2 min，而水加热的时间是6 min，即水比沙子吸收更多的热量;换句话说，质量相同的沙子和水，升高了相同的温度，加热水的时间比沙子长，即水吸收的热量比沙子多。
由此，学生展开思考与分析，以建立比热容的概念：“沙子和水的质量以及升高的温度都相同，为什么吸收的热量不同？”进而学生发现，若换用其他不同的物质进行实验（有条件的班级可实际实验），质量相同的不同物质，升高相同的温度，它们加热的时间即吸收的热量一般都不相同。说明这种特性反映了物质种类间的差别。教师引导学生得出结论：为了表示不同的物质之间的这种差异，我们引入了“比热容”，也就是说，以上实验现象是由于沙子和水的比热容不同引起的。比热容就是物体温度升高时吸收的热量与它的质量和升高温度的乘积之比，即比热容=吸收的热量（Q）物体的质量（m）×升高的温度（Δt）。由于比热容是反映不同的物质种类之间的吸收热量快慢的物理量，所以，对于同种物质，比热容是相同的;对于不同物质，比热容一般不同。比热容是物质的物理属性之一。