大象无形

──我看新教材的开发 江苏省无锡市石塘湾中学　　许帮正 新课程提倡教师成为研究者和教材的开发者，我认为“新教材”开发的重点首先应是“科学探究”流程的开发和完善。 案例：“比热容”的探究 比热容一直是初中教学的难点。教材（人教版实验教科书）中提供的比热容的实验操作较为繁琐且误差较大，往往导致概念难以建立，建立后的概念又由于内涵较深、外延较广，涉及热量、温度变化、质量三重概念间的关系，学生难以理解。笔者认为，授课时应大胆改进探究实验，在尊重编者所确立的“探究思想”的前提下建构“身边的物理”，采用更为科学的探究流程，才能真正让学生获得知识与技能、情感与态度等方面的发展，特别是获得能力发展和深层次的情感体验，获得解决问题的方法。下面我对执教本课时的课堂实录稍作整理并阐述自己的一些见解。 一、课堂教学实录 （一）提出问题──科学探究的前提 问题引入：美丽的江南水乡──无锡已步入冬季，夜晚睡觉时，辛劳了一天的妈妈常给我们准备好热水袋，关于热水袋，你了解多少？ （1）烧水时，水吸收的热量与水的质量有什么关系？与水温升高多少有什么关系？ （2）使用热水袋的目的是取暖，热水袋里装的是水，可以换成相同初温、质量的煤油或砂石吗？ 从生活走向物理是新课程的理念之一，学生能根据生活经验对问题做出合理的判断。 （二）猜想──科学结论的先导 问题引入：由此你认为物质吸收（或放出）的热量的多少除了与物质的质量和温度的变化有关外，可能还与               有关？ 学生能猜想到物质吸、放热可能与物质种类有关。 （三）制定计划与设计实验──科学探究的具体化、程序化 从猜想中直接引出探究课题：物质的吸热与物质种类有关吗？ 问题导引1：选择何种物质作为研究对象比较科学？在探究时，还应注意哪些问题？ 师生共同讨论得出：选择水、干砂石既可满足“不同物质”，又可使探究对象更具普遍性，因此地球表面的主要组成物质是“水、土、砂”；在探究时采用“控制变量法”，使水、砂的质量相等，因为质量也是影响吸热的因素。 问题导引2：如何确定物质的吸热与物质种类有关（请提出两种方案）。 学生经讨论后提出：一是让质量相等的水、干砂吸收相等热量后，测量温度变化；二是让质量相等的水，干砂升高相同的温度，比较加热时间。 问题导引3：根据方案设计器材。 抽取方案中的共性后不难得出需要热源、温度计，质量相等的两种物质、天平等器材。 问题导引4：用书本装置图15.31和15.32可否完成本次探究？本套装置有何缺陷？该如何改进？ 学生基本能找到如下缺陷：酒精灯热源具有污染性和不稳定性，砂子升温不均匀，等等。 学生改进实验设想：一是用电热源或热水做热源；二是减少砂量增大砂的相对受热面积，使用搅棒，使砂的内部温度很快一致。得出本次操作可用如下器材取代：直径为20 mm，长为20 mm的试管两支，砂和水，带孔橡皮塞两个，温度计、一次性塑料杯一只，开水。 （四）进行实验与收集数据──科学事实是进行科学分析的根据 实验步骤：用天平称出15 g砂，用量筒量出15 mL的水，分别装入试管中；用带孔的橡皮塞插上温度计插入砂和水中；在塑料杯中倒入适量热水，将两试管同时放入杯中同等深度（以热水浸没砂面为准）8～10 s拿出，读出砂的温度不再上升时水和砂的温度。 数据记录：（摘选） 误差分析：水、砂的热传递方式不同，但水在形成对流前热传递的主要方式也是传导，控制放入热水的时间是让冷水和砂吸热期间的传热方式相同，但15 g的水比砂的体积大，在拿出热水后放热速度也有差异。 实验反思：本实验所得数据能较好地反映问题，且操作简捷，学生基本能独立完成，需要的物质量较少，干砂较易收集，操作时应注意使用温度较高的热水，使热水与待研究的物质有较大温差。 （五）分析与论证──“实验后的思考有时比实验本身更重要！──牛顿” 问题导引1：若要使质量相同的水、砂石均升高相同的温度，该怎么办？ 学生不难得出应对水加热更长的时间。 问题导引2：水和砂石谁的吸热能力强？ 学生也不难得出同等条件下的水吸热多，故而吸热能力强。 问题导引3：如何科学地比较不同物质的这种特性呢？ 实际授课时会发现学生较难用物理语言组织表达，笔者类比密度概念的建立进行了启发，过程如下。 （1）出示两份表格： （2）得出：可采用比较单位质量、升高1℃的水、砂吸热多少来比较它们的吸热能力。 通过类比不仅可以建立比热容概念，同时可让学生意识到比热容同密度一样属于物质的基本属性。接下来的比热容的定义及常见物质的比热容，让学生自读课本相关内容进行解决。 （六）应用──体现知识的价值 知识应用体现从物质走向社会，同时也渗透“科学是一把双刃剑”，培养学生辩证的科学观。 1. 依据水的比热容较大的特性，举例说明它在工农业和日常生活中的应用。 2. “太湖美，美就美在太湖水。” 70年代的无锡可谓“小桥流水人家”，90年代的无锡给人“枯藤老树昏鸦”之感。从70年代到90年代无锡的昼夜温差成增大趋势，现在又有所减小。请在课后做进一步的调查，并分析为什么？ 二、我对科学探究流程的理解 （一）科学源自对生活的理解与感悟 杨振宁在与科大学生交流时曾说过这样一段耐人寻味的话：“科学原理是浅显易懂的……真正需要探寻的东西其实就在我们的身边，最伟大的发现往往来自于最平凡的认知。”从这段文字中我们不难看出：科学源自对生活的理解与感悟。作为科学课程之一的物理学，研究的是自然界最基本的运动规律，而自然界中的物理现象蕴藏着无穷奥秘。这两方面的客观存在与结果是建构初中物理新课程的关键，也是物理新课程设计的起点。这就要求教学的设计能设法让学生体会到“生活的物理，社会的物理”，总之一个有血有肉的活生生的物理，而并非“书本上的方块字”和实验室中“冷冰冰的仪器”。这种设计的理念与教材的内容体系并无多大关系，因为教材提供的只是值得借鉴的一种探究模式。关键是敢于联系学生实际，大胆地重组教材结构，再赋以新的理念。我在设计此课时“时已近冬，天气渐寒”，以“热水袋”作为探究起点则易激发学生思维，而“太湖”作为无锡的母亲湖，养育着千千万万的太湖儿女，以“太湖美”作为课程设计的延伸点则体现了科学的价值，设计中关注了人性情感的渗透，如“辛劳的母亲”“小桥流水人家”的江南水乡。真正体现“生活即物理”。 （二）探究源于对问题的发现和解决 牛顿曾说“发现一个问题比解决一个问题更重要。”张大昌先生说过：没有问题就没有探究的根本和必要。成功的“科学探究”要使学生既能学到科学概念又能发展科学思维能力，则需在课堂上保持学习者强烈的好奇心和旺盛的求知欲，具体操作时应遵循科学研究的基本规律──源于问题，解决问题。笔者在组织学生探究时先从现实生活中选择和确定研究主题──“热水袋里装的是水，可以换成相同初温、质量的煤油或砂石吗？”再以问题为导引，在教学中设法创设一种“类似于学术研究的情境”，并通过实验设计、操作、收集与处理信息、表达与交流等探究活动让学生自主、独立地发现问题和解决问题。 （三）流程源自对实践的反思和改进 这里的反思有两层含义，一是科学的探究流程的建构，需要作为组织引导者的教师根据实践进行反思；二是科学结论的获得需要作为探究主体的学生进行反思。本课“制定计划与设计实验”环节之所以与书本相比较有较大变动，原因是我在授课时发现，书中所提供的实验操作确实较为繁琐，而且所用的探究课题“比较不同物质的吸热能力”较为抽象，学生往往会回答“干砂的吸热能力强，因为干砂的温度比水的温度升得快”，这一问题若不解决，势必影响科学的探究流程的构建，影响课堂教学的时效。所以我在授课时，一是让探究课题更为显性化；二是在探究中引导学生反思书本实验的缺陷，设计更为合理的探究实验，再利用探究后的结论引导学生比较“不同物质的吸热能力”。 综上所述，我认为科学的探究流程需是符合学生探究能力的流程，能切实培养学生探究能力的流程。课程编者往往提供的是一种思想，而并非方法，“大象无形”是教学实践者开发课程的原则。 说明：我选比热容作为案例还有另外一个原因，那就是“比热容”是新教材中设置的最后一个完整案例，从道理上讲，学生的探究意识已建立，探究流程已内化。