共磨“落地型”物理课堂教学，促实验素养形成——以“物质是由大量分子组成的”为例

福建省晋江市第一中学 朱瑞珠

物理是一门以实验为基础的自然科学，由此可见实验素养在物理教学中的重要性。物理实验教学中有很多实验属于验证性实验，即科学家已经做好的实验，学生通过学习相应知识重新体验其过程，还有些实验是探究性实验，学生可以发挥头脑风暴自己寻求实验的方法进行设计，最终动手操作达到实验的目的。此外，还有一些实验处于二者之间，学生以现有的知识没有办法完全自己探究，但如果教师在教学中直接给出实验方案让学生进行验证又显得太呆板无趣。“物体是由大量分子组成的”教学中就遇到这个问题，本节课堂教学有一个非常好的实验——“油膜法估测分子的直径”，以学生的学习经验没有能力创造实验条件，让实验的设计思想贴近学生生活，引导学生领会其巧妙的设计技巧，对学生的实验能力及非智力因素的开发有着非常重要的作用。本文以这一案例的研磨过程为例，阐述物理实验教学的处理技巧，让物理实验思想更加符合学生学习背景，让核心素养培养落到实处。

一、立足教材重难点，专攻教学价值所在

人类对自然界的认识是从宏观到微观，如何打开它们之间的大门，这其间充分体现了科学家的智慧和创造能力。他们根据对宏观世界的认识，对微观世界建立起与宏观世界相似的物理模型，利用所测得的宏观量推算出微观值，在物理研究中是非常重要的突破。教师要重视让学生体会这种研究方法的优点，对培养学生的科学思想、科学方法和科学态度有十分重要的意义。分析宏观现象中所隐藏的微观本质，这在“油膜法估测分子的直径”实验中得到了充分体现，做好这个实验有助于打开学生探索微观世界的思路，对他们今后学习物理非常重要。

二、聚焦重点内容，设计引人思考的实验方案

（一）教师同体异构，磨课研课力求做到最合适

第一位教师的课堂处理：首先提出三个方面证明物体是由大量分子组成的，一是阿伏伽德罗常数，利用化学课讲过的一些数据让学生当堂计算分子的大小。物体分为固体、液体、气体，其中固体和液体的分子模型为球形，而气体分子由于空隙比较大不能忽略，所以只能求出分子占据的空间体积，为立方体模型。学生在高一接触过这些内容，基本印象还算深刻，教师和学生一起把结果算出来，发现固体和液体分子的直径数量级是10-10m，气体分子平均占据的空间体积是10-9m。由此得出分子直径的数量级，也明确了气体分子之间的距离确实比较大，超过了分子力作用的范围，然后计算了分子的质量，得出分子质量也很小。接下来教师提出：“这么小的分子直径如何用实验的方法把它测出来？”教师开始介绍实验——“油膜法粗测分子大小”，这个实验的思想非常巧妙，在教师的引导下学生领会了实验的精髓。结束了第一个理论“物体是由大量分子组成的”讲课之后，又讲了第二个理论“分子永不停息地做无规则的热运动”，第二个理论有很多有趣的演示实验，学生听得非常开心。

磨课心得：教学一环扣一环，没有一句废话，对优生比较合适。不足之处是节奏偏快，可以改讲一个理论观点，把观点讲清楚，把实验思想理解透彻，同时让学生有更多的思考时间。

第二位教师的教学顺序完全相反，该教师建议把后面的“油膜法估测分子大小”的实验调到前面讲，再讲阿伏伽德罗常数的应用。相对于第一位教师的教学，实验讲得更加详细，常数的应用也更加具体。后面的第二个理论“分子永不停息地做无规则的热运动”则没时间进行讲解，该教师一节课只讲一个理论。

实验先讲还是后讲？实验要怎么讲才能让学生顺利地从宏观世界进入微观世界？教无定法，每个人的理解各有千秋。教学不能东施效颦，要有自己的理解和灵魂。在教学顺序处理上，其实隐含一朵“乌云”：无论是实验还是阿伏伽德罗常数的提出都显得过于刻意，学生被动接受较多，缺少思考的氛围。

（二）注入思考的维度，让思维活跃起来

1.新课引入

教师介绍相关物理学史：“自古以来，人们不断研究物质的组成。2500年前，古希腊德谟克利特认为，物质是由不可再分的原子构成。从本章开始学习热学，研究与热现象有关的事物，研究热现象的规律，从宏观的内能和微观的分子运动论两个方面讨论热现象，两种方法相辅相成，使人们对热现象的研究越来越深入。科学技术发展到现在，这种猜想已被证实，构成物质的单元多种多样，如原子、离子和分子等，热学中统称为分子。”

设计意图：从古代研究到现在技术发展，人类智慧已经攻克很多谜团，这个过程聚集了许多科学家共同的汗水，激发学生的荣誉感。

2.新课教学

教师解释什么是热学中的分子：“因为热学中由于原子、离子或分子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。物体都是由大量分子组成的。”教师提醒：“‘物体都是由大量分子组成的’这句话有什么字眼需要我们注意？”（学生发现：大量）师生共同分析得出：“大量”说明分子很小。那么到底有多小呢？我们如何得出这么小的分子的尺寸呢？引发学生学习兴趣。教师让学生感受分子有多小：“分子是看不见的，用光学显微镜也看不到。但是随着科学发展，科学家发明了电子显微镜和扫描隧道显微镜，通过它们我们能间接看到某些分子的大小。”教师用幻灯片给出放大的碳原子图片以及利用纳米技术把铁原子排成“师”字引起学生的兴趣，提出疑问：“我们如何得出这么小的分子的尺寸呢？”

设计意图：教师先从比较大的肉眼可见的物体测量开始，由大到小的物体测量方法各不相同，以宏观现象为引子，打开微观世界的大门，层层推进激发学生的思考。

（1）引入大物体“乒乓球”的直径测量。利用刻度尺测量，误差较小，也有的学生回答用游标卡尺，其实也可以，但稍显大材小用。

设计意图：从最简单的测量大物体开始，让学生从熟悉的事物开始，比较容易接受新的知识，同时引起学生思考，避免形而上学的思维习惯。

（2）引入小物体“小米”的直径测量。

方法一：由于小米尺寸较小，所以用刻度尺误差太大，可以用游标卡尺，由卡尺可以读出小米的直径大约是1.2mm。

设计意图：从大物体测量慢慢进入小物体测量，物体从大到小，从小到微小，慢慢地引起学生学习兴趣。

方法二：这种方法学生一般无法自己想出来，所以教师要适当地进行提醒，启发学生思考，感受这种方法的巧妙之处。教师给出3张图片，分别是盛有小米的量筒、铺成方形的一层一颗紧挨一颗的小米、刻度尺一把，让学生根据图片猜测其用途。学生通过图片的提醒，得出如下估算方法：①量体积V：用注射器量出1mL小米；②平铺测面积S（小米一颗紧挨一颗）：把1mL小米摊在方格本上，单层排列，测出边长，计算小米的面积；③计算：d=V/S。

设计意图：人们眼里首先是看见肉眼可见的物体，测量物体大小也是先从可见物体出发。教师设计由比较大的物体慢慢过渡到比较小的物体，由此引出估测法。

学生存在的困惑：担心小米之间的空隙影响计算结果。教师进行解释：“首先，间隙确实会影响测量的准确性，所以排列时小米要一颗紧挨一颗。其次，颗粒越小的物体空隙越小，测量越准确。”再看小米的估算结果，和游标卡尺读出来差不多。教师强调测量的注意事项：“小米必须是单层且一颗紧挨一颗。”

设计意图：抓住主要因素，忽略次要因素。由于小物体之间间隙很小，所以可以忽略小颗粒间隙带来的影响。

提出问题：“目前测量分子大小面临的困难—常用测量工具太大，分子太小，无法直接测量，能否利用上面的估算方法去估算分子的大小呢？”在解决这个问题之前，我们得思考一件事：“分子到底长什么样？”由于肉眼看不见分子的大小，所以我们要先建立分子模型，根据问题需要可以有不同的模型。一般热学里是这样想象物体分子模型的：固体、液体分子间距很小，一般认为它们是一个紧挨一个排列且每个分子是球形。气体分子间距很大，气体分子间的间隙不能忽略，将每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体。根据这一微观模型，气体分子间的距离就等于小立方体的边长d（d并非分子的直径）。

设计意图：教师提出模型，同时指出固体、液体与气体分子间距的区别，让学生构成完整的物质结构概念，避免想当然的定式思维。

教师介绍一种求不规则面积的方法——互补法，即以坐标纸上方格数目来计算，不足半个的舍去，多于半个的算1个。教师总结：“用宏观量来测量微观量的实验方法是科学研究的重要方法之一。”

设计意图：教师直接给出用油酸酒精溶液做实验，因为学生这方面经验有限，教师重点引导学生思考为什么实验要这样做，以及实验过程中遇到的细节处理问题。之后教师播放实验录像，让学生再次感受实验的精心设计及操作难度，体会科学实验的奇妙之处。

三、鼓励动手实验，享受实验过程

由于上课时间有限，本节课实验操作首先解决细节问题，有条件的学校应安排学生分组实验。师生动手做演示实验也很精彩，能让学生再次感受实验的精心设计及操作难度，体会科学实验的奇妙之处。本实验最可贵的精神是通过测量宏观物理量进而求出微观物理量，把宏观与微观巧妙地联系在一起，这种思想方法具有划时代的意义，非常值得学习与分享。同时，动手实验过程中遇到很多细节处理问题，细节往往决定成败，一个实验的成功是由无数个细节共同铸就的，对培养学生的科学思维及动手能力有很大的帮助。比如在动手实验过程中经常会遇到一个现象：痱子粉洒得不够均匀，以致油酸酒精溶液推开时呈现锯齿形，不容易计算面积。笔者经过多次实验，一直难以克服这个问题。看似简单的过程，动手操作才知道需要足够的耐心和细心。本节课一个问题接一个问题的提出，让学生掌握为什么要这样做以及解决问题的方法。油膜法的理解与实验过程是本节课教学的难点与重点，细节之处让人惊讶，其巧妙的设计又让人感叹。同时利用化学课学过的一些数值引出阿伏伽德罗常数的用处，让学生明白物理与化学之间的联系与区别，即化学课上研究的方向与物理方向不同。

物理教学的载体是实验，教学过程中的实验不仅承担着再现物理现象、揭示物理学概念和规律的作用，更重要的是在实验教学过程中可以有效培养学生的科学探究能力和科学探究精神。高中物理教学过程中，如何有效把教书育人具体到培养学生良好的生活习惯中，应作为教学思想和教学方法重点进行的新探究。运用物理教学自身的教育功能培养学生的道德品质，这是新时期赋予教师的使命，教师在教学中应该结合教材实际，有目的、有针对性地进行培养和引导。

经过几位教师的磨课，这节课的设计思路落了地。这节课在传统教法的基础上跳出了新意，避免了枯燥单一给出物理量的教学，让整个知识传授流畅自然，学生的求知欲强烈，感受用常规方式认识微观世界的实验设计的美妙。一堂课的教学效果没有绝对的评价标准，物理学是一门时刻发人深省的学科，教师在教学过程中要充分发掘各种素材，以调动学生的思维为主要任务，化被动为主动，避免“满堂灌”的看似高效却无实效的模式。在教学设计上，教师之间的磨课无疑是提高教学能力、优化教学模式的高效方式。