培养学生科学思维的问题链设置

2019-06-30 01:52朱文军
江苏教育·中学教学版 2019年5期
关键词:问题链科学思维

【摘 要】单元设计提高了教学设计的起点,使教师对科学思维的培养具有连续性。具体到每一节课,在教学方法的设计上需遵循物理学科典型的学习方式,注重问题链和实验载体的设计,在知识建构的同时培养学生的科学思维和探究能力。

【关键词】科学思维;问题链;实验载体

【中图分类号】G633.7  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009(2019)35-0016-03

2018年11月,笔者受邀在一次学科展示活动中执教了“电热器 电流的热效应”一课,现将课堂实录加以整理,阐述在具体的一节课上,如何设计问题链和实验载体,在单元设计视角下落实对学生科学思维的培养。

一、课堂实录摘要

活动1:感受电热(电流通过导体产生热量)的多少与哪些因素有关?

在自制插线板(导线较细)上接一个灯泡,通电后请学生摸一摸灯泡,说出感觉。请他再摸一下连接插线板的导线。感受灯泡和连接插线板的导线,哪一个更热?

师:灯泡(灯丝)和插线板的导线之间是怎么连接的?可能是哪个物理量的不同造成了它们的温度不同?

生:串联。可能是因为它们的电阻不同。导线和灯丝串联接入电路,如图1所示,通过它们的电流和通电时间相同。电流通过导线和灯泡都会发热,灯泡的温度高些,可能是因为灯丝的电阻比导线的电阻大一些的缘故。

(把电炉也接入插线板,再请学生上来摸一摸导线,感觉导线比之前更热了。)

师:两次导线温度不同,说明电流通过导线产生的热量不同。把图2和图1进行比较,可能是什么物理量的不同导致电流通过导线产生热量不同呢?

生:电流。

师:哪一次电热更多呢?

生:第二次电热更多。

师:只可能是电流不同的原因吗?

生:时间,第二次时间比第一次时间长。

活动2:设计实验方案比较电热的多少。

师:刚才大家猜想电热可能与三个因素(电阻、电流、时间)有关,我們在设计实验时要用到什么方法?

生:控制变量法。

师:还有一个问题我们必须解决,那就是如何比较导体通电后产生的热量多少呢?

生:比较温度。

师:(出示一个电阻)用普通的温度计去测量一个电阻的温度方便吗?回顾我们在第十二章研究燃料热值时,是如何反映燃料燃烧时放出热量的多少的?

生:把电阻放入水中,通电后用温度计测量水温升高的多少。

师:为什么要用水呢?

生:水的比热容大。

师:比热容大,有什么好处?

生:升温慢。

师:升温快慢是相对的。如果升温过慢,对课堂上做实验是不利的,比如30分钟才升高1摄氏度,那多浪费时间呀!那我们应该怎么办呢?

生:选比热容比较小的煤油作为被加热对象吧!

师:刚才大家想到的是加热液体,如煤油或水,我们还可以加热什么呢?

生:空气。

师(出示器材):让电阻加热气体,用这些气体来吹气球,通过观察气球大小来判断电热的多与少。气体除了吹气球,还可以吹液柱,可以在细直管里滴入一滴水珠,封住里面的气体。这个装置也有一些不足,大家找找看?

生:气体会把水珠吹走。

师:是的,有时水珠会被吹出去,有时遇冷水珠会被吸到瓶中。针对这一不足,大家想想看我们之前曾用过一个什么样的装置,它也是用管子装水,但不是直管子,里面的水柱可以被气体推动?(展示器材)

师:通过观察什么就知道电热的多与少了?

生:液柱上升的高度。

师:无论是加热气体还是液体,都要注意装置的气密性。如果某同学在实验过程中,没有观察到液柱上升,可能是什么问题呢?

生:装置气密性差。

师:还有可能是什么原因呢?

生:没有通电。

师:那你如何判断电路中有没有电流呢?

生:串联一个灯泡。灯亮有电流,灯不亮没有电流。

师:灯亮肯定有电流,没有电流灯肯定不亮。但是灯不亮一定是没有电流的原因吗?

生:也可能是因为电流过小,灯泡的实际功率太小。

师:所以,除了串联一个灯泡外,有没有更好的方法去检验是否通电呢?

生:串联一个电流表。

活动3:定性探究电热与电阻的关系。

学生选用不同器材进行实验,记录数据。

生:通过观察到阻值大的一侧液柱上升得快,可以得出的结论是——当电流和通电时间相同时,导体的电阻越大,产生的热量越多。

活动4:设计电路探究电热与电流的关系。

生:保持电阻和通电时间相同,改变电流。

师:如何选择器材做到电阻和通过时间相同,电流不同呢?

生:5Ω电阻和5Ω电阻并联。

师:两个阻值相同的电阻并联,电流不一样吗?如何才能做到使通过它们的电流不同呢?

生:可以在某个支路串一个变阻器,如图3所示。

师:除了这个方案,有没有其他方案了?是否可以让两个5Ω电阻串联,然后让某个5Ω电阻中的电流和另一个5Ω电阻中的电流不同呢?

生:在一个5Ω电阻两端并联一个变阻器,如图4所示。

师:刚才大家用的是5Ω电阻两个,能否5Ω电阻只用一个呢?

生:可以。让5Ω电阻与一个滑动变阻器串联来改变电流大小,如图5所示。

(学生分组做实验)

实验现象:电流大的那一侧液柱上升得快。

师:根据观察到的实验现象,可以得到什么样的实验结论?

生:当电阻和通电时间相同时,电流越大,电热越多。

活动5:定量探究电热与电阻、电流的关系。

师:刚才,同学们用实验分两步探究了电热与电阻和电流的关系,如果能有一套装置一步定量研究出电热与电流、电阻和通电时间的关系就好了,请看“实验神器”(图6)。

加热2分钟,记录数据如表1所示。

生:比较甲、乙两组实验数据,分析可得,电热与电流的平方成正比;比较甲、丙两组实验数据,分析可得,电热与电阻成正比。

师:如果我们再利用秒表,还可以研究电热与通电时间的关系。通过分析数据可以得到“电热与通电时间也成正比”。这一规律被称为“焦耳定律”:Q=I2Rt。

二、培养科学思维的思考

本节课通过问题链引导学生在观察、实验、探究的基础上,研究电热与电阻、电流和通电时间的关系,经历提出猜想、建构实验模型、创新设计、具体实验操作的探究流程,通过定性和定量实验进行收集数据、科学推理、科学论证的方式最终得出规律。同时将评价和学习过程紧密结合,能切实发展学生的建模、推理、论证能力。

在探究中,始终以实验载体设计为依托。如在用转化法反映电热的多少时,选择一种物质的某种物理属性随着电热多少而变化;在选择液体时,通过比热容大小的比较得出用比热容小的煤油,可以测量煤油被电阻加热后温度升高的多少来反映电热的多少;也可以加热气体,对利用气体受热膨胀来吹气球,再提出可以用气体受热膨胀来推动U型管内的液柱上升效果更好。在活动中基于事实证据和科学推理对不同观点提出质疑和批判,不断进行修正,进而提出创造性见解,使学生在深度学习中培育科学思维。

【参考文献】

[1]朱文军.焦耳定律实验的比较研究及改进[J].物理教学,2019(8):39-41.

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