水的沸騰實(shí)驗(yàn)(探究式)教學(xué)設(shè)計(jì)

2 “水的沸騰現(xiàn)象”的探究式廣東省深圳市蓮花中學(xué)肖萍〔中教高級(jí)〕教材依據(jù)人民教育出版社九年義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué)教科書第一冊(cè)第四章。教學(xué)簡(jiǎn)案設(shè)計(jì)策略教學(xué)目標(biāo)———“水的沸騰”有關(guān)的物理現(xiàn)象，了解水的狀態(tài)變化的有關(guān)規(guī)律，如水的沸點(diǎn)、狀態(tài)變化、溫度變化、吸取熱量狀況等。在探究過程中，留意科學(xué)探究方法的訓(xùn)練，使學(xué)生生疏到科學(xué)爭(zhēng)論方法的重要性，經(jīng)受從提出問題到形成科學(xué)理論的過程，樂于參與觀看、試驗(yàn)、制作、調(diào)查等科學(xué)實(shí)踐，培育確定的試驗(yàn)技能，體驗(yàn)生活中問題的多樣性和解決問題的簡(jiǎn)潔性，體會(huì)與他人合作溝通的情感。教學(xué)內(nèi)容———師生自主建構(gòu)。探究的內(nèi)容圍繞“水的沸騰現(xiàn)象”，具體的教織和編排。在建構(gòu)過程中，表達(dá)學(xué)生的主體性，充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、自覺性和制造性，教師的作用表達(dá)僅作為組織者、指導(dǎo)者、促進(jìn)者。教學(xué)方式———“傳道授業(yè)”的師生關(guān)系，建立起“生生互動(dòng)、師生互動(dòng)”的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。要求全體學(xué)生樂觀參與，依據(jù)自己的興趣和特長(zhǎng)選擇不同的內(nèi)容，自由組合探究小組，小組內(nèi)合理分工，親熱合作，自行設(shè)計(jì)探究的方案，探究的途徑可以是查閱書籍、動(dòng)手試驗(yàn)、掃瞄網(wǎng)絡(luò)、求助于家長(zhǎng)和社區(qū)效勞中心等各種方式。在小組廣泛探究的根底上充分溝通，到達(dá)資源共享的目的。教學(xué)評(píng)價(jià)———全息綜合評(píng)價(jià)。由于探究途徑的多種性，探究的內(nèi)容和結(jié)果的多樣性，評(píng)價(jià)的方式應(yīng)有過程性評(píng)價(jià)、形成性評(píng)價(jià)、終結(jié)性評(píng)價(jià)等多種方式的綜合。評(píng)價(jià)的過程有師評(píng)、互評(píng)、他評(píng)，評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)是小組、個(gè)人過程和成果的綜合。評(píng)價(jià)的結(jié)果隨時(shí)記錄在個(gè)人的“物理學(xué)習(xí)成績(jī)記錄檔案”中。實(shí)施過程生活先導(dǎo)、建構(gòu)主題。從爭(zhēng)論“燒開水”入手，挖掘“水的沸騰”現(xiàn)象中所含的內(nèi)容和規(guī)律。學(xué)生從已有的生活閱歷動(dòng)身，列出一系列現(xiàn)象，如：▲溫度越來越高；▲冒“白氣”；▲沸騰時(shí)翻滾，有氣泡；▲“響水不開，開水不響”；▲不停地?zé)罱K會(huì)把水燒干；……律、吸取熱量的狀況等等。有了主題，學(xué)生便找到了答案：▲物質(zhì)狀態(tài)的變化———液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)；▲溫度的變化規(guī)律———溫度不斷上升；▲吸取熱量的狀況———吸取熱量。在查找答案的過程中，有的學(xué)生覺察很多其他的問題。例如：假設(shè)溫度不斷上升，最終的溫度可能超過100℃，而這一設(shè)想是否與沸點(diǎn)是100℃沖突呢？圍繞這些問題，他們又提出了確定的假設(shè)和爭(zhēng)論方案，而且認(rèn)為必需通過試驗(yàn)驗(yàn)證。“水的沸騰”現(xiàn)象，學(xué)生設(shè)計(jì)了觀看“水的沸騰現(xiàn)象”的試驗(yàn)。試驗(yàn)方案在課本的根底上進(jìn)展了改進(jìn)，分兩種方式比較：給燒杯加蓋〔加蓋加熱〕、放開加熱〔無蓋加熱〕。探究的問題如下：▲記錄不同時(shí)間水的溫度，列表，畫出“溫度－時(shí)間”圖像；▲當(dāng)水的溫度到達(dá)沸點(diǎn)時(shí)，撤掉酒精燈，觀看水的狀態(tài)；▲連續(xù)加熱，認(rèn)真觀看水沸騰時(shí)的狀態(tài)及溫度變化。依據(jù)觀看的現(xiàn)象進(jìn)展記錄分析比照。10方案一：加蓋加熱“溫度-時(shí)間”圖像。當(dāng)水溫上升到確定溫度時(shí)，燒杯的底部消滅氣泡，連續(xù)加熱，氣泡上升變大，最終在外表裂開。沸騰時(shí)水的內(nèi)部和外表反響猛烈，此時(shí)假設(shè)撤掉酒精燈，水不再沸騰?！舱f明：沸騰時(shí)需要連續(xù)加熱?！撤序v以后連續(xù)加熱，沸騰現(xiàn)象照舊猛烈，水的溫度不再上升，保持不變。方案二：無蓋加熱“溫度時(shí)間”圖像。2 t＞t2 〔說明：水的沸騰需要吸取足夠的熱量?！臣僭O(shè)散熱比吸熱還多，水就不行能沸騰。綜合以上兩種方案的現(xiàn)象和結(jié)論，師生進(jìn)一步假設(shè)：100℃，但不供給熱量，水是否會(huì)沸騰？讓一些學(xué)生受到啟發(fā)：“水中水，能否沸騰？”于是在燒杯的水中放入有水的小燒杯，給大燒杯加熱，觀看大、小燒杯中水的溫度變化〔如圖23〕。探究結(jié)果說明：當(dāng)大燒杯中的水沸騰時(shí)，溫度為100℃，但小燒杯中的水溫只是接近100℃，達(dá)不到100℃，水不能沸騰。分析爭(zhēng)論：大局部學(xué)生認(rèn)為，小燒杯中的水可以到達(dá)100℃，也會(huì)沸騰，試驗(yàn)的結(jié)果讓他們難以承受?？墒窃囼?yàn)的結(jié)論是不容質(zhì)疑的，于是他們重嘗試著思考、爭(zhēng)論：即使小燒杯中的水到達(dá)100況且，小燒杯和水還需要不斷地向外界散熱，因此小燒杯中的水不行能到達(dá)100℃，更不行能沸騰。②假設(shè)容器的蓋是密閉的，那么散熱更少，沸騰現(xiàn)象的結(jié)論是否會(huì)不同？于是從已有的生活閱歷中挖掘高壓鍋的有關(guān)現(xiàn)象：▲冒氣以后，溫度很高；▲很簡(jiǎn)潔煮爛食物；▲加熱后，鍋內(nèi)的氣壓很高，翻開鍋蓋很危急；▲停頓加熱后，當(dāng)用冷水澆蓋面降溫以后，翻開鍋蓋后里面照舊可能沸騰；▲假設(shè)能測(cè)量鍋內(nèi)的溫度多好；……嘗試：將試驗(yàn)的容器換為燒瓶，并且用瓶塞密閉瓶口，加熱瓶中的水至沸騰后，停頓加熱，并將瓶倒過來，在瓶底上澆一些冷水，覺察瓶中的水重沸騰。疑心：為什么消滅這樣的現(xiàn)象？試圖解釋：▲吸取了冷水放出的熱量；▲沸點(diǎn)降低；▲測(cè)量鍋內(nèi)的溫度；……爭(zhēng)論：▲澆冷水時(shí)，冷水只可能吸取熱量。▲假設(shè)在瓶底上放上溫度更低的物體，狀況會(huì)如何？〔———冰燒開水了?！场悬c(diǎn)是否降低，可以觸摸感覺，或直接測(cè)量瓶中的水溫———沸點(diǎn)確實(shí)降低了?！?，瓶?jī)?nèi)的水蒸氣削減，氣體的壓力削減。猜測(cè)：沸點(diǎn)可能與氣壓有關(guān)。探究深入，深化主題。如何驗(yàn)證上述猜測(cè)，需要進(jìn)一步的試驗(yàn)探究。試驗(yàn)方案的主要問題是轉(zhuǎn)變氣壓。經(jīng)過爭(zhēng)論、分析，提出了一種可行的方法：在一個(gè)封閉的容器中打氣、抽氣，可以用塞緊的燒瓶代替封閉的容器，通過木塞的導(dǎo)管與氣筒相連轉(zhuǎn)變氣壓，通過氣筒向瓶?jī)?nèi)加氣、抽氣，觀看兩種狀況下的水的沸騰現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果證明：假設(shè)瓶?jī)?nèi)的氣壓增加，水的沸點(diǎn)增加；假設(shè)瓶?jī)?nèi)的氣壓減小，水的沸點(diǎn)降低。針對(duì)這個(gè)結(jié)論，學(xué)生解釋了高壓鍋的現(xiàn)象、冰燒水等現(xiàn)象，而且聯(lián)想到：高山上的氣壓低，水的沸點(diǎn)會(huì)降低嗎？于是他們通過查閱書“高山上煮飯難熟”的信息，進(jìn)一步驗(yàn)證了“氣壓降低，沸點(diǎn)降低”的結(jié)論，更重要的是利用沸點(diǎn)與“因高溫使糖變質(zhì)”等問題。由分別糖中的水分，學(xué)生又聯(lián)想到了如何分別酒精中的水分等問“不同液體的沸點(diǎn)是否一樣”，于是學(xué)生動(dòng)手試驗(yàn)探究了正常氣壓下油、醋、酒精的沸點(diǎn)不同，并且解釋了沸騰的湯比沸騰的水的燙傷力更強(qiáng)，巫師的油鍋中為何要加確定量的醋，蒸米酒、高粱酒的方法。“蒸餾水”的概念。蒸餾水認(rèn)為這是水的沸騰現(xiàn)象的常見應(yīng)用，但對(duì)于“蒸餾水”與“開水”的區(qū)分、為什么要蒸餾等“制取蒸餾水”。在已有的生活閱歷根底上，制取蒸餾水的裝置很快設(shè)計(jì)好了，并且在試驗(yàn)的過程中進(jìn)展了不斷改進(jìn)。原始圖如圖24所示。改進(jìn)后的裝置：試管傾斜，小試管放入盛有水的小燒杯中。結(jié)果：蒸餾出來的水增多，而且安全系數(shù)增加。泥土水、沙子水、茶水、紅黑墨水，鹽水等等，蒸餾出來的水格外清亮，無色、無味，與取的水樣形成了鮮亮的比照。對(duì)于自己試驗(yàn)的產(chǎn)品〔蒸餾水〕“是否能喝”，學(xué)生課后還進(jìn)展了一番猛烈的爭(zhēng)論?？偨Y(jié)溝通，資源共享。整個(gè)探究的過程，學(xué)生是分組進(jìn)展的，每一組的探究?jī)?nèi)容、形式、結(jié)果都有可能不同，那么依據(jù)教學(xué)的具體狀況，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)刻進(jìn)展確定的爭(zhēng)論、溝通，相互促進(jìn)，讓學(xué)生一方面學(xué)會(huì)相互合作，學(xué)會(huì)表達(dá)，另一方面在最短的時(shí)“生生互動(dòng)、師生互動(dòng)、共同進(jìn)展”。教學(xué)設(shè)計(jì)說明科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為：物理教學(xué)應(yīng)以物理學(xué)問和技能為載體，讓學(xué)生經(jīng)受科學(xué)探究過程，學(xué)習(xí)科學(xué)爭(zhēng)論化。在教學(xué)中，必需不斷要求學(xué)生進(jìn)展科學(xué)探究，讓學(xué)生從被動(dòng)承受學(xué)問向主動(dòng)獵取學(xué)問神?？茖W(xué)探究的特點(diǎn)是“開放性、實(shí)踐性、綜合性”。探究的過程不愿定是一個(gè)很長(zhǎng)的過程，可以對(duì)某種簡(jiǎn)潔的現(xiàn)象、某一個(gè)學(xué)問點(diǎn)、某一個(gè)規(guī)律進(jìn)展探究；可以在課內(nèi)，也可以在課外；探究的形式可以是試驗(yàn)，也可以是其他途徑，如查閱資料、掃瞄網(wǎng)絡(luò)、求助于專家或家長(zhǎng)、社區(qū)中心等。關(guān)注生活是教學(xué)過程中最有效的教學(xué)資源之一?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為：初中物理課程應(yīng)貼近學(xué)生生活，適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，激發(fā)并保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過探究物理現(xiàn)象，提示隱蔽在其中的物理規(guī)律，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)際，培育學(xué)生終理規(guī)律，教學(xué)中不斷地從生活中挖掘規(guī)律，對(duì)于學(xué)生有確定的吸引力，可以不斷地激發(fā)學(xué)生探究的欲望，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性、自覺性和制造性。水是生命之源，是生活中最常見的物質(zhì)之一。探究