“比热容”教学如何突破难点

刘满云

比热容作为学生建立物质观的重要概念，是教学过程中的一个难点，学生往往存在理解不透、迁移困难的普遍问题。之所以困难，是因为比热容作为用比值定义的物理量，存在直观性不强、涉及多個因素、数学公式复杂等问题。那么如何解决这些问题呢？在一次省级同课异构活动中，笔者针对两位老师比较典型的做法进行了分析，有了新的认识。

一、准确定位难点，是突破难点的关键

首先，我们看一下两位老师的教学目标设计。

对比两位教师的教学目标设计，其三维目标基本相同，均符合课程标准理念和要求，但不难发现，二者最大的区别在于难点定位不同。而正因为难点定位的不同，其教学行为也大不相同。两位老师选用的实验都是用电热器加热同样质量的水和植物油，通过比较升高相同的温度所需要的加热时间，来比较两种物质的吸热能力大小，并借此建立比热容概念。实验结果比较直观，两种物质在相同条件下升高相同的温度时吸热不同。为什么不同？如何描述物质的这种属性？此刻，课堂的关键时刻到来了，两位教师的做法则大相径庭。

A教师提出问题：“两种物质为什么吸热不同？如何描述物质的这种属性？”要求学生阅读教材三分钟，自我构建比热容概念。

B教师在实验完成获得“不同物质吸热本领不同”的直观认识后，提供了水和食用油的一组数据。

在质量不同，升高的温度也不相同的情况下，如何比较水和食用油两种物质吸热的多少？这个问题的答案显而易见：比较加热时间即可；教师进一步追问：如何比较不同物质的吸热能力大小？

学生一时回答不上来，此时，教师的价值就体现了，B教师充分利用学生头脑里已有的经验，把“速度”或“密度”概念类比进来，引导学生进行变量控制，从而把热量多少、质量因素、温度变化因素都考虑进来，顺利地用比值方法建构了比热容概念。

A教师在教学设计中阐述到，此处用三分钟阅读来建构概念，一是培养学生的自主学习能力，二是培养学生阅读教材的习惯。但笔者认为，建构比热容概念才是难中之难，把这个任务完全交给学生自主完成，教师在学生最需要帮助的时候选择了隐身，实在有失妥当。而B教师尊重学生的原认知，充分发挥教师的启发引导作用，把建构概念的关键环节做了细致处理，最后帮助学生顺利突破难点。

二、合理分散难点，是突破难点的手段

A、B两位教师在课堂进入新知应用阶段时，均要求学生用所学知识解释“夏日沙滩和海水的体感温度为什么不同”这一问题。课堂观察发现，A教师教的学生无法将日照时间相同转化为沙滩和海水的Q吸大致相同这一因素，也不能将海水和沙滩的质量m视为大致相同。但B教师教的学生却能够有意识地控制变量，甚至有学生在回答问题时，谈到自己无法确定海水和沙滩的质量大小关系，教师适时引导学生把沙滩和海水质量看作近似相等，并介绍在物理现象的定性分析中常用近似处理的方法，师生还共同得到关于物理研究方法的意外收获。

显然，两种做法教学效果大相径庭的根源，在于两位教师对难点的定位不同。A教师将“理解比热容概念”定为教学难点，B教师不否认“理解比热容概念”是难点，但他把一个大难点分解为几个小难点，尤其以“建构比热容概念”为难点，以具体数据为载体，用类比思想为手段，化解了用比值定义比热容时涉及多个因素这一最难理解的难点，同时全过程每一个环节无不在渗透控制变量的思想。

理解比热容固然是个难点，它难的原因是概念抽象、涉及因素多、用比值定义。而为何要通过实验探究比较不同物质的吸热能力（实验的必要性）以及怎样进行比较，为何要涉及三个因素，要用比值来定义等，这些都是引导学生思维层层深入的问题。只有将大难点分解成几个小难点，各个击破，在尊重学生的原认知基础上构建新的概念，比如类比原有认识中速度或密度的定义办法，才能突破理解比热容概念的难点。所以，如何建构概念才是真正的难点，一旦逐个扫清各个小难点障碍，成功构建出一个新概念，理解这个概念也就水到渠成了。

在概念教学的过程中，老师们在分析教材确定难点时，将“理解××概念”作为教学难点是普遍做法，但少有思考难点到底难在哪个阶段，比如，是理解引入概念的必要性，还是对概念建构的方法，抑或是概念的定义式与决定式的区别，等等。

再看B教师的教学过程。为突破“理解比热容”这一难点，他组织学生进行讨论：为了比较两种物质的吸热能力，实验中该测量哪些物理量，为什么要测量这些物理量？获得数据后，两种物质由于质量相同，升高的温度相同，其吸收热量不同这一结果是很直观的，学生可以初步获得认知：不同的物质吸收热量的能力不同。接下来，在实验获得的真实数据的基础上再提供质量不同、温度变化也不同、吸收热量不同的数据，比较两种物质的吸热能力。由于质量不同、温度变化也不同，吸收热量的能力强弱一眼看不出，就需要进行控制变量的处理，由此为比值定义比热容进行了必要的铺垫，比热容概念呼之欲出。此时教师通过类比速度概念的构建，引入比热容概念，帮助学生成功登上了这个牵涉多个因素且用比值定义的台阶。

三、精心设计问题串，是突破难点的抓手

观察B教师设计的课堂问题主线，不难发现，他围绕建构比热容概念设置的问题线索清晰，轮廓分明：首先，提出问题“为什么夏日沙滩与海水的体感温度不同？”设置的梯度问题是“如何比较烧开质量相同的一壶水和一壶油吸热的多少”“如何比较烧开一壶水和半壶水吸热的多少”，从而引入加热时间长短替代吸收热量多少。接下来，由如何比较不同物质吸热多少过渡到如何比较不同物质吸热本领强弱，设置的梯度问题是“比较不同质量、不同温度变化、吸收不同热量的水和油吸热本领”，提供数据从而把问题具体化，把思维可视化，使学生意识到“多和少”可以直接比，但“强和弱”则需要进行数学模型化处理。

B教师围绕一个主要的大问题，精心设计若干个小问题，形成课堂的问题串，将整节课设计为一个或几个主要问题的解决过程，也成为学生思维不断发散与聚合的交替过程。学生在问题情境中不断通过问题解决的实践，积极主动地探究问题，在解决问题的活动中通过体验、认识及内化等逐步形成相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法。最终，学生顺利地构建了比热容的概念，并主动用控制变量的思想解决课前引入问题。

B教师的成功之处，一是在于问题串的设计环环相扣，问题虽然具有一定的难度，需要学生努力去克服，但又在学生能力范围内，皆落在学生学习的最近发展区；二是问题引发了学生的认知冲突，从而使学生产生好奇心和求知欲，有效地激发了学生的探求动机和兴趣。

每一堂物理课在教学设计中都有重点和难点的设计，围绕难点的突破，教师做好难点定位、难点分解、问题设计等环节的工作，对帮助学生构建物理知识、发展学生的思维能力、培养学生的核心素养起着至关重要的作用，也对提高教学效率起着关键性的作用。

【本文系湖南省创造学会教育科学研究课题“中学物理教学中培育学生物理核心素养的实践与研究”（课题编号：XCZXH2018K011）研究成果】

（作者单位：长沙市岳麓区湘仪学校）