物理难点概念有效教学策略——以“比热容”为例

●陶本友

一、SOLO 理论简介

SOLO 分类理论认为，人的认知不仅在总体上具有阶段性，在解决某个具体问题时也具有阶段性，对问题的反应水平分为以下五个不同的层次。 ①前结构水平。 反应特征表现为学生对问题基本上不具备相关知识或被前概念困扰，思维混乱。②单点结构水平。反应特征表现为学生对问题有一点理解，对问题的理解趋于表面和肤浅。③多点结构水平。反应特征表现为学生能针对问题找到多个线索或资料，但还不能将它们进行有机整合利用。④关联结构水平。反应特征表现为学生能对问题有整体的把握， 能将各种信息进行整合，能解决较为复杂的具体问题。⑤拓展抽象水平。 反应特征表现为学生对问题不仅有了整体把握，还能迁移于新的问题情境，并对问题进行抽象概括。 SOLO 理论具有一个由简单到复杂的层级结构，是从点到线，再到面、立体、系统的发展过程。 该理论是一种量的测评和质的考查相结合的评价理论， 是一种基于问题解决的等级描述式的评价方法， 用它来指导我们的课堂教学应该是合适的和有效的。

二、SOLO 理论指导下的比热容概念教学案例

（一）解析字义引入比热容概念，学生达到学习水平的“懂”层级

为有效降低教学难度， 回避教材中比热容概念生硬处理的引入方式，尊重和符合学生的认知水平，这节课首先引导学生明确“比、热、容”这三个字的含义：“比” 就是比较；“热” 就是指吸收或放出热量；“容”应该是容纳、包含的意思。有时我们还说对人要宽容、容忍，是什么意思呢？ 学生可以说出：这里的“容”是指对人度量大。 我们还常说宰相肚里能撑船呢，那我们把“比、热、容”这三个字联系起来怎么理解呢？师生互动、讨论，即可得出：通俗地说就是比较不同种物质在吸、放热方面所能容纳的量的大小，换句话说，有的物质在吸收或放出热量能力表现出“宰相肚里能撑船”的大度，而有的物质可能是“小肚鸡肠”了。

（二）经历探究建立比热容概念，学生达到学习水平的“会”层级

1.立足实验探究，确定不同种物质吸热性能不同

在课堂教学中， 教师试图通过简单的语言描述就能帮助学生建立起物理概念， 在学生头脑中形成正确的物理模型，是很难做到的。在实际课堂教学中如果这样做了，则抑制了他们的思维，难以激发学生的学习兴趣，课堂气氛一定是沉闷的，因此，课堂教学应以学生已经获得的体验为基础展开。 在这节课之前， 学生在物态变化相关实验中知道： 通常情况下，在没有发生物态变化时，物体吸放热对应着温度的变化；此外，在同样的条件下，烧开一壶水比半壶水花的时间长，这说明物体吸、放热的多少还与质量有关。 如果我们要比较不同种物质的吸、放热性能，应怎么研究呢？学生一般能说出，选取质量相同和温度变化相同的不同种物质， 研究热量与物质种类的关系；通过比较加热时间的长短，即采用转换法表示物体吸收热量的多少。以此为基础，学生设计实验方案。其中有个难题：要相同的热源对不同种物质进行加热。 可以这样实现热源相同， 即仅选用一盏酒精灯，先对水加热，收集好数据后，再用这盏酒精灯在相同的器材和同样的实验环境下对食用油加热，收集数据， 这样方便而巧妙地解决了相同热源这一问题。学生通过探究实验不难发现水吸热时间较长，而等质量的食用油升高相同的温度吸热时间则较短，这表明质量相同的不同种物质，升高相同的温度时，吸收的热量一般是不同的， 反映出不同物质的吸热性能的差异。进而全班汇总数据，交流、分析，实验结果一致，说明这个结果不是偶然的，是科学可靠的。

2.运用类比迁移，认定同种物质吸热性能相同

教学至此，教师设疑：在这个实验中，我们选取了相同的标准，即质量相同，温度变化相同，通过比较发现不同种物质的吸热性能存在差异， 根据这个结果，可以说不同的物质吸热各具特性吗？根据学生的实际表现， 教师适当引导： 密度是物质的一种性质，这个概念是经过怎样的探究过程建立的呢？学生知道，在密度的教学过程中，分别测量多组体积不同的水的质量和体积、体积不同的铁的质量和体积、体积不同的铜的质量和体积、 体积不同的铝的质量和体积。 记录数据，计算相应的质量与体积的比值。 对比分析各组实验数据，得出结论：同种物质组成的物体质量与体积的比值相同， 不同种物质组成的物体质量与体积的比值不相同，这样才建立了密度概念。可见， 如果我们仅凭不同物质吸热存在差别就草率地下结论， 显然是不科学的， 而应进一步实验探究同种物质吸热性能是否相同。 如果相同， 才能说明这确实为物质吸热的特性，如果不相同，则没有意义。 这样一来，我们如何进一步研究呢？ 学生交流、讨论，教师点拨，归纳小结，与密度的探究实验类似， 进行以下实验探究： ①选取质量不同的水为研究对象，温度变化相同，收集实验数据， 对比分析可知水吸收的热量与质量的比值相同； ②选取质量相同的水为研究对象，温度变化不同，收集实验数据， 对比分析可知水吸收的热量与温度变化的比值相同；③再综合对比分析上述实验数据，不难发现水吸热与质量、 温度的变化的比值是一定的。 如果研究食用油等物质的相关实验数据也是这样的结果。 可见，同种物质吸热性能相同。

3.确认物质性质，建立比热容概念

基于上述两个层面的认识，教师指出：物理学中用物质的比热容表示物质的这种吸热能力的差异，以此体现出不同物质在吸、放热方面的特性，进而学生自读教材中比热容的定义，其物理意义不言自明。由此可见，在科学探究过程中，教师提供足够的感性材料和适当的引导，要做到有耐心、静候花开，切忌越俎代庖，应该等待学生思维的提升。这样引导学生观察、体会、领悟，他们对知识就会有豁然开朗、恍然大悟的感觉。 在本节实验过程中， 教师引导学生观察、体悟多组实验数据之间的关系，学生探索数量变化之中隐含的不变关系，领悟变化之中存在的规律。正是因为教师不断进行“蓄水”和“挖渠”的过程，学生才会水到渠成地掌握比热容概念， 从而自主完成知识的建构。

（三）关联生活感悟比热容概念，学生达到学习水平的“熟”层级

事实上， 生活实例可以帮助学生领悟比热容概念，例如，爸爸花了4 元买了1 千克橘子，而妈妈花了12 元买了2 千克橘子，显然，爸爸买的橘子便宜些，是否可以说爸爸买的橘子更划算呢？如果尝尝爸妈买的橘子对比一下，发现爸爸买的橘子入口很酸，而妈妈买的橘子口感好，看来，要评价买的橘子是否划算，应该选取相同的标准，而这里的标准不仅是买多少千克，还有另一个评价标准是口感问题，即橘子品质要相同。 通过融入生活情境的教学环节， 学生真切地感受到必须选取两个相对独立且统一标准才能判断、 比较得出橘子是否划算的结论，由此联想比热容概念，充分认识到比值法定义概念的道理， 再将比热容和密度的定义进行对比， 则比热容的定义式c=Q/mΔt 在头脑中留下深刻的印象。 这样教学，不仅弥补了教材中一贯隐性处理这种科学方法的缺陷， 而且学生切实领悟了比值法定义物理概念的重要意义和价值， 还感受到比值法有着广泛的生活基础， 结合生活经验理解起来并不困难，原来比值法并不是高度抽象的。

（四）运用推理拓展比热容概念，学生达到学习水平的“巧”层级

在学生切实理解比热容概念后，教师分步提出以下问题：①m 千克的物体温度升高或降低1℃时吸收或放出的热量怎样计算？ ②m 千克的物体温度升高或降低Δt℃时吸收或放出的热量又该怎样计算呢？学生经过思考，容易得到热量的计算公式：Q=cmΔt。这时再启发学生把比热容定义式进行适当变形， 也可以得出热量计算公式，这样教学，学生不仅对比热容概念理解得更透彻，而且对今后学习其他物理知识获得有益的方法指导，更重要的是学生一定不会仅凭比热容的定义公式c=Q/mΔt 认为比热容与热量成正比，与质量、温度变化成反比。这样改进教学后，笔者认为比热容的教与学都比教简易， 实际教学效果表明学生对这一概念理解准确且轻松， 比值法定义比热容概念已有效达成。

三、由比热容概念教学引发的几点思考

（一）比热容概念教学过程中的知识结构层级

事实上，学生在比热容概念的学习过程中，知识构建经历一个从量变到质变的过程， 每发生一次跃变，学生在对比热容的认知就进入更高一级的阶段。根据学生学习过程中表现出的思维水平可以把学生的学习水平分为五个层次，分别是：①前结构水平，表现为学生不知道比热容概念，缺乏相关知识储备；②单点结构水平，表现为学生知道比热容的含义，能说出比热容的意义；③多元结构水平，表现为学生能在实验探究的过程中，能联系到相关物理量，初步具备这几个物理量的融合关系；④关联结构水平，表现为学生能够联想生活实例， 并能将这些实例联系起来，整合成一个综合体，说明学生真正理解了比热容概念；⑤拓展抽象结构水平，表现为学生能够从多角度分析比热容的物理意义， 深化对比热容概念的理解， 从热量计算公式的学习中使物理概念的意义得到拓展。

（二）比值定义概念的理论依据

比值定义物理概念的基础就是比较。 事物之间是彼此联系的，相互依存的，既有个性又有共性，选取相同的标准把相关联的事物放在一起加以对比，找出共性，在一定条件下比值是常数时，恰好能反映事物的本质特征，这就是比较的意义所在。因而采用比值法可以定义揭示物理本质属性的概念。 本节教学中，关键是要建立起用热量、质量和温度变化这三个变量相比来定义比热容概念的教学逻辑， 因此教学必须围绕比值法的内涵有条不紊地进行， 这是本节课的核心问题，而通过上述的教学环节，这一目标有效达成。

（三）科学探究在概念教学中的作用

科学探究是新课程的核心理念，在探究过程中，学生学到比值法等多种科学研究方法， 领悟科学思想和科学精神， 更重要的是在科学探究的学习活动中，学生经历了获取知识的全过程，获得真实、全面而深刻的体验， 有助于理解知识和掌握实验操作技能。 本节课安排系列探究活动，不仅有本小组的水、食用油的实验现象和数据， 还有其他实验小组的数据作对比和参考， 以及充分发挥密度探究实验的正迁移作用，学生在步步为营的探究活动中，对物理现象的认识有序深入、渐入佳境。 由此看来，学生在经历探究学习的活动中， 会发现自己的前概念与实验结果相矛盾，产生认知冲突，在物理实验事实面前，他们不得不放弃错误的观点，主动建构新概念，产生新的认知过程，并且不断反思、总结自己在科学探究过程中解决问题的措施和思维过程， 最终在头脑中形成正确的物理概念， 顺利实现了由形象思维向逻辑思维跨越，对物理概念的理解变得豁然开朗，清晰而透彻，可见，具有一定思维深度的真探究可以有效提升他们的思维品质。

（四）概念教学遵循学生的认知规律

物理概念教学要与学生的感性认识相联系，要充分考虑学生的学习基础、生活经验，做好新旧知识的衔接， 引导学生温故知新， 发挥知识的正迁移作用；要创设问题情境，激发学生学习的兴趣和热情，让学生的思维处于积极的准备状态， 学习目标设计成阶段性要求，小坡度、拾阶而上式进行，学生由浅层次思考问题逐渐向深层次发展。 同时注重科学方法的指导，让学生养成自主学习和自我反思的习惯，学会体验、梳理、探究、分析和综合。本节教学比热容概念的过程中，遵循了认识事物的逻辑顺序，概念教学过程不仅解决了是什么的问题， 更重要的是要阐明“为什么”的道理，每个教学环节环环相扣，逐步深入，最后自然得出比值法定义比热容概念，整个教学流程达到水到渠成的效果， 学生对知识的形成过程和来龙去脉认识清晰且一目了然。

总之，新课程物理概念教学，应以新的教学理念为指导，充分发挥学生的主体性，着力培养他们的探究能力。在教学中，对学生掌握某一概念应有阶段性要求，遵循循序渐进、逐步提高的原则，让学生明白其内涵和外延。 在此基础上， 将物理概念应用于生活、 生产中去解决实际问题， 让学生经过具体到抽象，再由抽象应用到具体的螺旋式上升过程，学生就可以全面、深刻地理解物理概念，真正提升其科学素养。