合理挖掘教材，培养学生构建物理概念的思维能力

王丽英

【说课教案】

《比热容》选自教育科学出版社义务教育教科书《物理》九年级上册第1章第3节第1课时。下面我将从内容和内容解析、目标和目标解析、教学问题诊断分析、教学过程设计、目标检测设计五个方面阐述这节课的设计思路。

一、内容和内容解析

1. 内容

实验探究“比较不同种物质的吸热能力”，“比热容”概念的建立。

2. 内容解析

“比热容”是在实验探究“比较不同种物质的吸热能力”的基础上建立起来的。比热容是物质的诸多特性之一，这一概念的建立再次体现了比值定义法对于建立物理概念的重要性。

在实验探究“比较不同种物质的吸热能力”之前，需要先在理论上分析清楚“如何比较物体吸收热量的多少”“物体的吸热能力与哪些因素有关”，这一过程体现了控制变量法、转换法。 科学方法是实验及其结果是否科学的关键，是科学探究的重要方法。

“比热容”概念对于后续更好地理解和解释“比热容”的现象及应用有着重要的作用和意义。

基于以上分析，确定本节课的教学重点：比热容概念的引入过程。

二、目标和目标解析

1. 目标

（1）理解“加热时间”的作用，会用停表记录“加热时间”，体会转换法的思想。

（2）经历“比较不同种物质的吸热能力”的实验设计过程，理解控制变量法。

（3）经历实验探究过程，通过对实验数据、现象的分析，建立“比热容”概念。

2. 目标解析

达成（1）的标志：学生在教师的引导下，在分析“物体的吸热能力与哪些因素有关”、设计“比较不同种物质的吸热能力”的实验方案时，知道要用“加热时间”来反映“物体吸收热量的多少”。

达成（2）的标志：学生在教师的引导下，知道要探究的问题是“物体的吸热能力与物质种类的关系”，能运用控制变量法和转换法的思想设计科学合理的实验探究步骤。

达成（3）的标志：学生在分组实验的过程中能够合理分工、有条理地记录数据。学生在教师的引导下，结合实验现象、实验数据进行定量分析，通过独立思考、组内分析、组间交流，找出数据间的联系，发现同种物质的共性、不同种物质的特性，并最终用相关物理量的符号表示出来。

三、教学问题诊断分析

物体的吸热能力是一个较为抽象的物理概念。物体吸热能力的强弱如何比较，以及与质量、温度变化、物质种类等影响因素之间存在着怎样的联系，学生不易直接得出结论。而且，“比热容”概念的建立涉及加热时间、物体质量、温度变化等三个物理量间的运算，即使顺利完成实验，实验数据间的数量关系也不明显。

克服第一个难点：教师结合学生的烧水经历，并借助学案，帮助学生理清这五个物理量（吸收热量、加热时间、物体质量、温度变化、物质种类）间的逻辑关系。

克服第二个难点：先回忆“密度”定义的得出，然后铺设台阶，循序渐进，将讨论变量的个数由一个逐渐增加到三个，最后借助Excel表格处理数据，通过数形结合，深化学生对“比热容”概念和比值定义法的理解。

基于以上分析，确定本节课的教学难点为：比热容概念的建立过程。

四、教学过程设计

新课标倡导学生的自主学习，但是离开教师必要的引导，学生的自主学习就会流于形式，因此需要用合理的教学设计，一来保证课堂教学的有序，二来促进课堂教学的生成。本节课的教学将从以下六个环节展开。

环节一：创设情境

【教学内容】学生观察图片，思考教师提出的问题：同学们去过海边吗？炎炎夏日，站在海水里的小女孩与站在沙滩上的小男孩感受相同吗？为什么同样在太阳的照射下，海水和沙子升高的温度不同呢？

【设计意图】多数学生对海水与沙子的温差有比较深刻的体会。联系学生已有的生活经验，激发学生的学习兴趣，引发学生的思考，使他们积极参与到课堂学习中。

环节二：明确要探究的问题

【教学内容】给出概念：在这个情境中，沙子与海水都吸收了热量。 在物理学科中，如果物体吸收热量越多，我们就说物体的吸热能力越强。

提出问题：物体的吸热能力与哪些因素有关？首先以烧水为例，来研究同种物质的情况。结合情景① 烧一壶水与烧半壶水；情景② 将一壶水烧至100℃与50℃。完成学案上的问题：水吸收热量的多少与哪些因素有关呢？

学生发言并相互补充，得出：物体的吸热能力与质量、温度变化有关。

【设计意图】为了降低难度，首先引导学生研究同种物质的情况。学生普遍都有烧水的生活经历，对加热时间、水吸收的热量都有亲身体验，不难找出情景①和②中要凸显的影响因素——质量、温度变化。学案的设计有助于学生进一步梳理思路，体会转换法的作用，明确相关物理量间的逻辑关系，为后面的实验探究打基础。

环节三：明确实验探究方案

【教学内容】提出问题：加热相同质量的水和沙子，使它们升高相同的温度，它们吸收的热量相同吗？你有什么猜想？

学生合理猜想：物体的吸热能力是否与物质的种类有关？引出新的实验探究问题。

提出问题：怎样探究物体的吸热能力是否与物质的种类有关？请同学们以小组为单位，讨论一下这个实验的设计方案。

各小组踊跃发言并相互补充，在实验器材（尤其是测量工具及其作用）、实验步骤（尤其是控制变量法如何体现）等方面达成了共识。

学生阅读教科书，思考教师提出的问题：教材上的表格，利用的是哪个方法？如何利用这个表格记录实验数据？

学生发言并相互补充，进一步明确了实验分工、步骤以及需要收集的数据。

【设计意图】联系上课之初所举的例子，引导学生步入本节课的主题——实验探究“比较不同种物质的吸热能力”。实验方案的设计离不开控制变量法。学生的能力有差异，因此组织学生进行小组学习。学生不但可以在学习小组内部讨论出实验方案，还可以通过小组间交流，使实验方案得到补充、完善，在分享中收获到学习的快乐。本实验涉及三个测量工具，较为复杂。为了在后续实验中利用好实验记录表格、了解实验操作要点，在实验前，教师要引导学生通过思考、讨论，明确实验表格的使用方法，为后续实验铺垫，确保实验探究有序、有效地进行。

环节四：分组实验 小组汇报

【教学内容】大屏幕展示“温馨提示”，学生动手实验，教师巡回指导。

实物投影展示学生收集的数据，学生分析表格中的数据，思考教师提出的问题：分析数据，你有什么发现？

学生发言并相互补充，一致得出“水比铁砂吸热能力强”的实验结论。

【设计意图】为了节约时间，教师事先调试好实验装置，同时对水和铁砂进行加热，保证学生有充足的实验时间。学生分组实验后，教师借助投影设备随机选取各小组的实验数据进行汇总，学生更容易得出具有普遍性的结论，也更能体会到小组合作学习的重要性。

环节五：定量分析 建立概念

【教学内容】提出问题：通过分析，我们不难发现“水的吸热能力比铁砂强”。那么，水的吸热能力究竟是铁砂的多少倍呢？你是通过分析表格中的哪些数据得出结论的？

学生发言并相互补充。学生们发现，可以选取不同组数据进行比较，方法较多，但是不同组数据对应的数量关系相似：质量相同时，加热时间与升高温度的比值■，对于水或铁砂而言相同、水与铁砂相比则不同；升高温度相同时，加热时间与质量的比值■，对于水或铁砂而言相同、水与铁砂相比则不同。

提出问题：如果质量和升高温度都不同，你还能比较水的吸热能力是铁砂的多少倍吗？

想一想，要比较不同种物质的密度，它们的质量也不同，体积也不同，我们怎样处理？

在教师的引导下，学生无论通过理性思考，还是数据验证，都不难发现，可以比较■，即使质量和升高温度都不同，对于水或铁砂而言相同，水与铁砂相比则不同。

提出问题：这反映了物质的一种什么性质？

大屏幕展示excel表格，教师输入数据：同学们有什么发现？

学生张口就答：“这是物质的一种特性。”通过分析图像，学生进一步发现，以加热时间T为纵轴，质量和升高温度的乘积m·？驻t为横轴，水和铁砂对应的图像分别是两条经过原点、且倾斜程度不同的直线，为两个正比例函数。学生在确认了答案的基础上，对计算机拟合出的图像仍感到惊叹。

【设计意图】在定性分析的基础上进行定量分析，是为了引导学生了解“比热容”概念的建立过程。由于初四学生的理性思维还不强，为了从定性分析顺利过渡到定量分析，教师可以换用一个数据成倍增加的实验表格，降低思维难度；在理性分析过程中，由易到难，逐渐增加变量个数，将已学过的“密度”的定义方法迁移过来，引导学生认识到物质的吸热能力也可以用同样的方法来比较。通过数形结合得出正比例函数，直观地体现这一比值对应着物质的一种特性，有助于学生思维能力从感性到理性的提升。

环节六：引出概念 了解内涵

【教学内容】给出概念：这个比值对于不同种物质是不同的，对于同种物质是相同的，但是不要忘了，加热时间并不是我们的研究目的，而是为了反映物体吸收热量的多少。于是，我们就把这样一个比值■定义为“比热容”，符号c，公式c=■。

提出问题：比热容的大小反映了什么？

学生张口就答：“物质的一种吸热能力。”“1kg的某种物质温度升高1℃吸收的热量。”

教师补充：对于同一种物质，质量相同时，升高1℃所吸收的热量与降低1℃所放出的热量是相同的。因此，比热容的大小反映了物质的一种吸放热能力，即1kg的某种物质温度升高（或降低）1℃时吸收（或放出）的热量的多少。

大屏幕展示比热容表格，学生观察表格，思考教师提出的问题：从表格中，你收集到了哪些信息？

学生发言并补充：“水的比热容最大”“比热容与物质种类有关”“比热容与物质状态有关”等。

【设计意图】学生经历的计算、比较比值的过程，为比热容概念赋予了个性的理解和感悟，使它不再是一个空洞而生硬的物理概念。学生对比热容物理意义的流利阐述为之前的科学探究过程画上了一个完美的句号。这一环节也拓展了学生对比热容概念和内涵的认识。

【评析】

立足教材 适度挖掘 大胆创新

这节课是执教者在深入理解和挖掘新教材的基础上，选取并组织适合的课程资源，经过精心设计、充分准备以后，呈现在我区教研活动上的一节展示课。

1. 新旧教材对比分析

与旧教材相比，新教材在本节的变化主要体现在如下三个方面：

（1）实验探究方案

①从实验装置上看：新教材用2支相同的试管替代了2个相同的金属盒，用铁砂替代了沙子，去掉了铁板，用同一个酒精灯先后直接对装有水和铁砂的试管加热；

②从设计思路上看：新教材更为具体，不但指出了温度计的作用，而且明确地将实验需要收集的数据以文字、表格的形式呈现在读者面前。

（2）比热容的定义

新教材改变了原来“文字”定义的形式，凸显了“比值”定义法。

2. 备课中遇到的困难及对策

本节课的教学内容为《比热容》第一课时，主要涉及新教材在“实验探究方案”“比热容的定义”两方面的变化。执教者在设计本课时遇到的困难，也不外乎这两方面：

（1）实验真心难做

困难①：铁砂难觅.俗话说：巧妇难为无米之炊.沙子随手可得，但是铁砂却不好找，学校也来不及配备，只能放眼器材市场与铁制品工厂。难道放弃铁砂？查一下比热容表格，铁砂的比热容是沙子的一半，用铁砂做实验，现象肯定更为明显！而且，由于金属的导热性好，即使不搅拌，也能得到较为准确的实验结果！铁砂值得寻找……

困难②：实验数据毫无规律。教者采用新教材的实验装置和实验表格，在办公室里亲自动手实验，加热试管中的水时，发现火苗左右摇摆，热源极不稳定，根本无法保证试管底部在相同的时间内吸收相同的热量，导致一定质量的水在升高温度成倍增加的情况下，所测得的加热时间也毫无规律可言；而且，温度升高得很快，在记录数据时非常不方便。

困难③：实验在短时间内无法重做。执教者对数据很不满意，打算重新实验，结果发现试管中的水温度降低得很慢，除非借助冷水降温或者在试管中重装等质量的水，否则要等待很长时间。这就意味着，学生在课堂上分组实验时，一旦实验失败，很难有时间或机会重做实验。这无疑是对学生实验能力的挑战。

困难④：使用秒表难。本实验涉及天平、温度计、秒表三个测量工具，其中秒表的使用最为困难。体现在：如果累积计时，就会遇到分、秒及后两位数字间的单位不同的麻烦；如果连续计时，就要迅速读数、迅速复位，得眼疾手快，并且配合协调。

这些实验操作困难，①、③、④属于人为因素，可以解决，但是②则是由于新教材中的实验装置本身不完善导致的，需要执教者加以改进。

对策：为了解决热源不稳定、加热时间短的困难，执教者与同组老教师（李臣老师）交流后，借鉴水沸腾的实验装置，增加了一片石棉网（如图2），立刻得到了令人振奋的实验效果——在误差允许范围内，升高5℃、10℃、15℃、20℃所需的加热时间稳定地成倍数变化！

（2）比值法难定义

新教材在实验探究结束后，直接给出了“比热容”的定义式。比热容涉及了三个物理量的运算关系，是初中阶段最为复杂的物理概念之一。

新教材一改旧教材用“文字”定义物理概念的方式，显然是要凸显比值定义法对建立物理概念的作用，并希望学生初步形成用比值来描述物质特性的意识。也就是让学生不但知道“是什么”，而且还能知道“为什么”。

因此，执教者须引导学生经历建立“比热容”概念的过程，而这一过程就是运用比值定义法比较同种或不同种物质的过程。

但是，初四学生的理性思维还不强，直接用物理符号进行理论推导是行不通的。又由于升高规定的温度（5℃、10℃、15℃、20℃）所对应的加热时间不是整数，它们之间的数量关系很难直接看出，所以要引导学生对实验数据进行定量分析也很困难。

怎样才能降低思维上的难度，让学生自己意识到这个比值的来历，明白建立“比热容”概念的意义所在呢？教材没有指出，这显然需要执教者对新教材内容进行补充（如表1）。

在解决困难的过程中，执教者通过亲身体验感到：物理教学应该与时俱进，努力用新教材的新理念、新要求来指导教学，应该尽量贴近新教材，用心体会新教材的设计意图，却又不能完全依赖新教材，执教者还应该根据学生的认知水平、认知规律、认知习惯，对教材做必要的改进和补充，正所谓“用教材教，而不是教教材”。

3. 教学实施中的亮点与不足

（1）亮点

①分组实验.学生们都能动手动脑，积极参与到物理概念的学习过程中，既获得了直观体验，又锻炼了实验能力，充分发挥了学生的主体作用。

②手段丰富。本课采用了实验、定性分析、比值定义、图像等多种手段，目的都是为了找到“比较不同种物质的吸热能力”的办法。这些教学方法的变化激发了学生的兴趣，降低了学生学习抽象概念的难度，调动了学生用不同的思维方式思考同一个物理问题的兴趣，将生硬的物理概念加入了自己的个性理解。可以说，在这一节课的时间内，学生学到的不仅是物理知识，更学到了物理方法，并且收获了鲜活的生命体验。

③学案引领。学案帮助学生梳理各物理概念间的联系，构建自己的认知结构，将知识与方法加以落实，为后续学习打好基础，为物理学习注入持续动力。

（2）不足

①由于借班上课，教对于学生的实验能力了解不足，没有在课前让学生对秒表的使用加以练习，导致部分学生对加热时间的数据收集和处理不准确。

②在定量分析时，对数据的分析处理有些复杂。如果能够分别对水与色拉油进行分析，学生会很容易发现，对于水或色拉油而言，是定值，比较水与色拉油，却是不同的。既能达到同样的目的，又能大大降低难度。

③图像不仅可以直观形象地揭示一些物理规律，而且可以鉴别错误数据，为此，如果能将错误数据也输入电脑，引导学生从图像上将其与合理的实验数据加以区分，对图像的利用就更充分了。