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学物理有气质初中物理S-T-F教学模式系列推文——人教版《第十三章 内能》新教材编写解读
学物理有气质初中物理S-T-F教学模式系列推文——人教版《第十三章 内能》新教材编写解读
本章是初中物理的重点内容，也是物理学研究的一个重要领域。通过本章的学习，不仅可以帮助学生深入理解以前学过的一些热现象的本质，为学习下一章内能的利用打下基础。也向学生介绍了一种研究问题的方法，即从可以直接感知的宏观现象推测无法直接感知的微观事物。 本章在结构上做了一些调整。原教材是先讲分子动理论，再引入内能，再讲热量，新教材将热量、比热容的内容前置，这是与学生已有的知识相衔接，就是说学生已经学过物态变化的过程，也知道物态变化的过程伴随着吸热或者是放热。这样安排是更符合学生的认知逻辑。同时教材这一调整也是呼应了热量概念的发展历程。历史上热量概念是早于能量概念提出的。人们早期是通过卡来定义热量，一克水温度升高 1 摄氏度，它所吸收的热量就是一卡。教材通过生活实例，比如烧水时间与水量的关系引入了热量，然后再逐步深化到内能的概念。 由于教材次序上的调整，对于热量概念的表述也需要随之做一些变化。原教材由于先讲内能，再讲热量，因此对于热量的定义是，在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。新教材的表述改了，定义为在热传递过程中，传递的热的多少叫做热量。这是基于学生生活和已有知识的表达。在学生建立内能概念之后，还要进一步让学生从能量的角度来认识热量，体现了知识的逐渐深化这么一个过程。 在物质观的形成过程当中，概念与规律的学习这是一个基础，有的老师常常对于物理观念和物理概念规律的关系产生困惑，他们想新课标提倡物理观念，概念规律的教学还重要吗？是不是要被物理观念所取代？其实课程标准已经明确指出，物理观念是物理概念和规律等在头脑中的提炼和升华。这句话就表明了物理观念不是空中楼阁，建立正确的物理概念和规律，这才是形成物理观念的基础。 教学当中首先要注意促成学生对于概念和规律的深入理解。以比热容概念的教学为例，教材是通过生活现象引入，然后实践探究、概念建构，最后实践应用。通过这样一条路径展现了概念学习是如何支撑物质观的形成。 教材从日常烧水现象切入，半壶水比一壶水烧开所用的时间要短，那么同一壶水，烧到半开和烧到全开，所需的时间不同。教材通过这两个实例引导学生发现对于同种物质，质量越大，温度升得越高，它吸收的热量就越多。针对不同物质的吸热情况如何比较呢？教材进一步延伸了这个问题，质量相等的水和食用油升高相同温度时，吸热是否相同？教材提出这样一个问题，这就将来源于生活的问题转化为一个可探究的科学问题。接着教材通过演示实验对比水和食用油的吸热能力，实验中需要控制质量相同、热源相同以及温度变化的情况相同，测量加热的时间，引导学生体会控制变量法在实验中的应用。实验数据表明相同质量的水和食用油升高相同温度时吸收的热量是不同的，这一结论它可以推广到其他物质，因此可以引入比热容的概念，用它来反映物质的吸热能力的不同。到这里学生就初步建立了比热容的概念。 之后教材又通过 4 个实例引导学生用比热容概念来解释生活现象，进一步强化对于概念的理解。 对前两个问题：为什么生物体内水的比例很高？为什么沙漠比海边昼夜温差大？这两个问题教材是各自用了一段文字，用比较大的篇幅进行了详细的分析。对于第三个问题，也就是为什么北方常用水作为暖气的介质？对这个问题，教材则是用想想议议栏目的方式来呈现，让学生自己在课堂上讨论回答。最后一个问题则是教材课后练习当中的一道简答题，让学生从比热容的角度解释谚语：“早穿皮袄午穿纱，抱着火炉吃西瓜”。对于这个问题，学生需要独立思考并做出解释，那么教材为什么要做这样安排？就是处于引导教学的一个目的，我们在学校听课的时候，常常会发现这样的情况，就是教师提出一个问题之后，学生常常是不假思索地齐声回答。比如对这个想想议议的问题，学生可能就会说这是因为水的比热容大，通常教师就认可了这个答案，然后为了节约时间，就抓紧进行下一个的教学环节，那这个想想议议的回答讨论过程就很快过去了。那么这个答案对不对？答案当然是对的，但是这种教学处理的方式合适不合适呢？这个教学方式是值得商榷的，这实际上是一种重结论、轻过程的做法。教材在这里设置这个想想议议的活动，它的目的并不是要检测学生对于知识点的掌握，目的是通过让学生经历回答问题的过程来发展他们的科学推理能力。教材先提供了这两个现象的这个分析过程，他的目的就是为学生自己用物理概念来解释生活现象提供一个范例，学生在阅读了这两段文字之后，对于如何用物理概念来解释生活现象就有了一个了解，然后，学生就可以模仿教材的这个推理过程完整地表述用水作为暖气介质的原因，而避免简单地回答水的比热容大。教师应该对学生的回答进行一个引导，而不能简单地一带而过，所以这样的过程就让教学丰富起来。对于最后一个问题，学生则需要独立思考，并自行作出解释。 教材通过这样的设计，目的就是让学生经历学习、模仿、实践的这样一个过程，一步一步地强化他们的科学推理能力。 本章教材通过介绍物质微观结构的知识，逐步完善学生的物质观。那如何判断一个人是否具备物质观呢？可以从以下三个方面来判断他是否认识到物质存在的形式多种多样，是否了解不同物质具有各自的属性。是否理解宏观属性是由微观结构决定的。 八年级教材已经展示了物质不同的存在形式以及物态变化，还介绍了物质具有熔点、沸点、密度等属性。这些内容为学生形成物质观的前面两个方面初步奠定了基础。 九年级第十三章对物质观进一步深化。第一节热量、比热容就介绍了物质具有比热容这一属性。第二节分子动理论，则深入微观介绍物质的分子模型，利用它来解释扩散、物态变化等宏观现象。至此，学生就初步了解了物质观的完整轮廓。 教材还新增加了一个例子，就是气球遇到液氮的时候会收缩，这个例子如果在教学当中教师实际展示，那么将会冲击到学生的认知。教材对这个现象进行了解释，这是因为在常温常压下，气球内气体分子的无规则热运动比较剧烈，能够挣脱相互作用的束缚，处于一种“自由”的状态。在液氮中，分子热运动急剧减弱，分子间的相互作用将分子束缚在一起，空气就变成了液体，空气从气体变为液体时，体积大减小。这个例子通过直观展现温度对分子运动的影响，深化了学生对于微观结构决定宏观性质的理解。在内能概念的教学中，教材采取了现象感知到概念建构再到规律应用的这样一种递进式的设计，帮助学生逐步深化对于概念的理解。 教材是通过生活现象来引发认知冲突。过去我们生活中常常见到一种现象，装满开水的暖水瓶，有时候瓶塞会弹起来，在这一现象中，瓶塞动能的来源既不是宏观的动能，也不是势能，它有可能是来自热水的内部，由这个示例就引出内能这一全新的能量形式。教材接着通过插图类比宏观物体的动能与势能，引导学生迁移理解分子动能与分子势能的概念，明确内能是物体内部所有分子的动能和势能的总和。那在讲解内能改变的两种方式时，由于热传递改变内能是比较直观的，学生容易理解，而做功改变内能则比较抽象，因此教材通过搓手发热、压缩空气点燃硝化棉等现象，让学生直观感受做功改变内能的过程。教材采用了现象感知概念，建构规律，运用这样一个递进式的设计来帮助学生逐步深化对于概念的理解。 教材在内容部分新增加了一段总结性的文字，是放在每节的最后。有了内能的概念之后，我们就能理解，对于一个物体加热或者是做功，就是使能量“流入”了物体的内部，物体的内能增加。能量通过这种方式被储存起来。反过来，物体也可以对外放热或者是做功，从而释放内能。这段话它描述了热量、功与内能这三者的定性关系，渗透了热力学第一定律的思想。既衔接了下一章第一节的内容，也为高中阶段定量学习热力学第一定律奠定了基础。 功能关系在中学物理当中占据重要的地位。课程标准对于能量这部分内容的要求有三条，其中第三条明确要求结合实例认识功的概念，知道做功的过程是能量转化和转移的过程。这实际上就是对于功能关系的描述了，这一核心思想贯穿了整套教材，在不同的学习阶段均有所体现。在力学阶段，教材通过探究动能大小的影响因素这个实验，直观地呈现做功与动能变化的关系，也就是外力对物体做功，物体的动能会发生改变。然后通过文字的叙述渗透了重力做功和重力势能变化的关系。 教材在讲述内能的时候，除了结合生活现象，还设计了压缩空气使瓶塞弹出这样的实验，让学生亲身体验做功时内能增加的这么一个过程。在后面的学习当中，学生还会进一步将能量转化的这一观念迁移到电学领域，明确电能转化为其他形式能量的过程，即电流做功的过程。比如电动机转动，使电能通过电流做功转换为机械能。教材在编写当中注重功能关系的螺旋式的呈现，教师在教学当中需要适时地引导学生把不同领域的知识关联起来，帮助学生形成不同形式的能量，通过做功实现转化这样一个统一的认知框架，际上就是帮助学生完善能量观。
（一）课程标准要求
内容要求 | 1.3.1 知道常见的物质是由分子、原子构成的 2.1.2 知道自然界和生活中简单的热现象。了解分子热运动的主要特点，知道分子动理论的基本观点 3.3.1 了解内能和热量 |
实验要求 | 3.3.2 通过实验，了解比热容。能运用比热容说明简单的自然现象 |