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比热容概念意义建构的探究式教学设计
物理概念是反映物理现象和物理过程本质属性的一种抽象，是在大量观察实验的基础上，运用逻辑思维方法，把一些事物共同的本质特征加以概括而形成的.纵观物理学发展的历程，不难看出，概念本身都是在科学探究活动中逐步生成、廓清和发展的，与科学探究有着“天生而必然”的联系.探究过程就是实现概念意义建构最适宜的“学习情境”，在探究活动中建构概念是最符合认知规律的.教学实践表明，机械地灌输概念是低效的、徒劳的.所以可以将概念教学与科学探究有机地结合起来进行概念教学.基于以上思考，笔者在比热容教学中尝试探究式概念教学，取得了较好的效果. 比热容是初中物理最复杂的概念，一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比即比值Q/mΔt叫这种物质的比热容，这是人教版新教材给比热容的定义.它是反映物质自身性质的物理量，物质的比热容大，它的吸热能力强；反之，它的吸热能力弱.比热容的物理意义，学生容易理解、接受.学生难以理解的是，www.unjs.com比热容是比值Q/mΔt，怎么又与Q、m、Δt无关？要让学生突破理解上的障碍，除了完成教材上的实验探究“比较不同物质吸热的情况”，还必须增加探究“加热某种物质时，吸收的热量Q与质量m、升高的温度Δt的定量关系”.热量看不见、摸不着，比较抽象，温度的变化更易引起人的关注，笔者设计的探究课题“加热物质时，升高的温度Δt与什么因素有关？”，更符合人的认知规律，因果逻辑关系更合理(吸热是因，温升是果)，实验也更好操作(使物质升高一定的温度，在操作上较困难).以下是笔者设计的以实验为突破口，以比热容概念意义建构为核心的探究式教学过程. 1创设生活问题情境，引导合理猜想 问题1：加热一壶水，加热时间越长，水吸收的热量越多，水温升得越高.猜想一下，水温升高的多少与什么因素有关？ 生：与吸收的热量有关. 问题2:加热半壶水和满壶水，哪壶水先开？加热相同的时间，哪壶水水温升得高一些？猜想一下，水温升高的多少又与什么因素有关？ 生：半壶水，与质量有关. 问题3.加热等质量的一锅水和油，加热相同的时间，水和油升高的温度会相同吗？哪一个温升较高？猜想一下，加热物质时，物质温度升高的多少还与什么因素有关？ 生：不相同，油，与物质种类有关. 2引导设计探究实验方案 2.1明确研究方法 师：探究加热物质时，物质温度升高的多少与吸收的热量、质量、物质种类的关系，要采用什么研究方法？ 生：控制变量法. 2.2明确需要测量的物理量、选择合适的实验器材 师：完成探究需要测量哪些物理量？ 生：温度、质量、吸收的热量. 师：热量看不见、摸不着，不能直接测量，有什么方法可以间接测量？ 生：加热时间越长，吸收的热量越多.测加热时间可以间接代替吸收的热量. 师：实验室有酒精灯、量热器可以用来加热，展示量热器的电热丝，在酒精灯和量热器中你们准备选择哪一个？依据是什么？ 生：酒精灯(学生对量热器不熟悉). 师：酒精灯加热时火焰的大小会变化，不能保证相同时间放出的热量相同，要保证两个酒精灯的火焰大小相同比较困难.量热器的电热丝在相同时间放出的热量相同，选择量热器更好. 师：你们准备选择加热什么物质？依据是什么？ 生：水、沙子、油.常见，容易得到. 师：不错.煤油是实验室常用的，加热时，升温明显，老师准备了水、煤油. 师：怎么获取一定质量的水、煤油？ 生：用天平、烧杯称量. 师：有没有更简便的方法？ 生：先根据V=m/ρ算出一定质量的水、煤油的体积，再用量筒量取. 师：温度可以用温度计测量，为了精确测量，老师选择分度值是0.1 ℃的精密水银温度计. 2.3引导学生根据选择的器材设计实验步骤 说明：“探究加热物质时，物质温度升高的多少与吸收的热量、质量、物质种类的关系”是初中物理实验难度比较大的实验，该实验涉及三个变量的控制问题.在教师的引导下确定了研究方法，需要测量的物理量，选择了合适的器材.根据选择的器材设计实验方案对学生来说有一定的难度.根据学情、进度，可以采取小组合作根据选择的器材设计实验步骤、实验数据记录表格，然后选择一个小组展示，其他小组评价、补充、完善，教师适时点拨；也可以先让学生尝试根据选择的器材设计实验步骤、实验数据记录表格，教师适时点拨(如何应用控制变量法)，学生再尝试，最后教师给出实验步骤、实验数据记录表格.这一环节要给学生充分的时间思考、交流，这样学生设计实验方案的能力才能提高.根据学情、进度、教学资源，实验探究可以分组也可以演示. 3演示实验 实验器材：教学电源、量热器2个、温度计2支、量筒、导线若干、停表、水、煤油. 实验步骤：1.在量热器中加入80 g水，然后接上教学电源，电源拨到6 V档，闭合开关，分别加热1、2、3分钟，测量水的初温、末温，算出水温升高的度数. 2.先后在量热器中加入120、160 g水，加热1分钟，测量水的初温、末温，算出水温升高的度数. 3.在另一同规格量热器中加入80 g煤油，加热1分钟，测量煤油的初温、末温，算出煤油温度升高的度数. 表1 次数物质质量m/g初温/℃加热时间/min末温/℃温升/℃ 1水8019.2120.91.7 2水8019.2222.63.4 3水8019.2324.25 4水12022.81241.2 5水16023.11240.9 6煤油8021124.43.4 4引导分析数据，得出结论 师：观察、分析、比较表中的数据，可以得出什么结论？ 生1：分析比较1、2、3次实验数据，可以得出结论：在误差允许的范围内，一定质量的水，吸热升温，升高的温度与吸收的热量Q成正比. 生2：分析比较1、4、5次实验数据，可以得出结论：在误差允许的范围内，不同质量的水吸收相同的热量，升高的温度Δt与质量m成反比. 生3：分析比较1、6次实验数据，可以得出结论：水和煤油，在质量相等，吸收的热量相同时，升高的温度Δt不同. 师：大量实验表明，上述结论也可以推广到其它物质. 5引导意义建构比热容概念 师：加热某种物质时，物质的质量m越大，升高的温度越高，需要吸收的热量Q越多.假设加热1分钟吸收的热量是Q，则加热2、3分钟吸收的热量分别是2Q、3Q，分析比较1、2、3、4、5次实验数据有 Q80×1.7≈2Q80×3.4≈3Q80×5≈Q120×1.2≈Q160×0.9， 由此可以得出结论，在误差允许的范围内，同种物质，比值Q/mΔt是一定的，并且跟Q、m、Δt无关.分析比较1、2、3、4、5次和第6次实验数据，可以得出结论，不同的物质，比值Q/mΔt不同.大量实验表明，比值Q/mΔt由物质自身性质决定，物质不同，这个比值一般不同，并且这个比值(数值上等于单位质量的某种物质温度升高1 ℃吸收的热量)反映了物质的吸热能力，比值大，吸热能力强；比值小，吸热能力弱.因此，比值Q/mΔt反映了物质自身的一种热学性质，物理学中就引入比热容c=Q/mΔt反映物质的这种性质.Q/mΔt是比热容的定义式，不是决定式. 说明：学生很难发现，同种物质，Q/mΔt是一定的，并且跟Q、m、Δt无关.不同的物质，Q/mΔt不同.但学生经历了概念的形成，意义建构了比热容的概念就是最大的成功.比热容概念意义建构后，吸热、放热公式Q=cmΔt也就水到渠成了.
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