巧设玩具载体 提高复习效率——“饮水鸟中的科学原理”复习课的设计与反思

鲍锦芬

巧设玩具载体 提高复习效率
——“饮水鸟中的科学原理”复习课的设计与反思

鲍锦芬

（浙江省宁波外国语学校，浙江宁波 315121）

新课程背景下的解题已不再是题海战术能应对的了，复习课也不再是习题的堆积，教育者应该改变教学方式，通过教师的有效提问、学生建模意识和科学探究意识的渗透、选择有效教具等方式，培养学生灵活思变和创造性思维的能力．通过联系自然和生活，将抽象的科学知识模型化，打开学生的思维，解放学生的思想，培养创新型的人才．

复习课；提问；建模；物理教学

1 教学背景

如何提高复习课的知识性和趣味性，增强复习课的活力是毕业班教师一直探索和追求的方向．课堂上创设学生感兴趣或亲身经历的生活事件作为教学情景，通过观察和实验探究事件真相，激发学生的求知欲，运用科学探究中的建模法对知识点进行有机整合，发散学生的思维，实现知识的结构化，从而培养学生的科学素养和创新意识．本节课选择饮水鸟这一中国古代的玩具作为课堂的载体，达成复习课上知识与技能，过程与方法和情感态度与价值观的三维目标．

2 教学过程设计：（4人小组的分组教学）

环节1．建立杠杆模型．

图1

实物展示：工作中的饮水鸟（如图1）．

介绍饮水鸟的结构，请学生组装桌上的饮水鸟．

根据饮水鸟的工作情景，前后晃动身体，引水，直立，继续前后晃动身体，周而复始的工作．

教师提问1：根据饮水鸟的工作情景，你能用一个物理模型来描述它吗？

学生1：杠杆模型．

教师追问2：你的判断依据是什么？

学生1：饮水鸟的身体绕着支架这一固定的支点转动，在力的作用下，能绕固定点转动的硬棒就是杠杆．

教师提问3：根据杠杆的五要素，它的动力，动力臂，阻力和阻力臂怎么表示呢？

图2

图片展示：出示饮水鸟图片，要求完成饮水鸟上的杠杆五要素的作图，头泡部分所受的重力为动力F1，尾泡部分所受的重力为阻力F2，顺水推舟复习力臂的概念并复习作图要求（如图2）．

教师提问4：工作中的饮水鸟处于平衡状态吗？

学生各抒己见．复习杠杆平衡的状态和杠杆平衡的条件．

教师提问5：学生们组装的饮水鸟，有些能持续工作，有些饮水后无法直立，有些前后摇动但一直无法饮水，能解释这一现象吗？

学生2：杠杆的转动效果取决于力与力臂的乘积．

通过饮水鸟中杠杆模型的分析，我们就能解决常见的杠杆平衡问题．

环节2．建立三态变化模型．

教师追问6：饮水鸟工作过程中力与力臂的乘积为何会发生变化？请仔细观察桌上工作的饮水鸟．

学生1：玻璃管内的液柱会升高．

学生2：饮水后头部的液体回流至尾泡．

学生3：用手捏住尾泡，液柱升高得更快了．是液柱受热膨胀升高了吗？

学生4：不对吧，尾泡内液面下降了，应该是尾泡内液面上方的气压变大了．难道是液体汽化了？

学生5：那头部的气压应该也变大的呀？里边的液体是什么呢？

教师提醒：摸摸饮水鸟的头部，再谈你的发现与体会．

学生6：头部的布是湿的，有些凉．

图3

学生7：头部气压变小液面才会更好的升高吧．随着观察的深入，学生间思维的碰撞，逐渐揭露了真相，此时教师给出饮水鸟内液体乙醚的信息，（乙醚，无色透明液体，有特殊刺激性气味，极易挥发．溶于低碳醇、苯、氯仿、石油醚和油类，微溶于水．相对密度0．7134，熔点－116．3℃．沸点34．6℃．）

教师：在饮水鸟内部进行着气态和液态之间的变化，提出水的三态变化模型（如图3）．

图片展示：如图4，请学生分析总结饮水鸟的工作原理．

图4

吸水布水蒸发吸热，使气室1内气体温度降低，气压变小，尾泡内乙醚不断从周围空气中吸热汽化，气室2内气压变大，上下气室内气压存在气压差，玻璃管内液面升高，饮水鸟重心上移，当头部的动力与动力臂的乘积大于尾部阻力与阻力臂的乘积时，头部低下饮水，饮水时（如图4丙），上下气室相通，气压相等，乙醚在重力的作用下流回尾泡，头部的动力与动力臂的乘积小于尾部阻力与阻力臂的乘积，饮水鸟直立，接下去将进入下一循环．

环节3．建立热机模型．

教师质疑7：只要给水喝，饮水鸟就一直工作着，难道它是永动机？

学生1：水蒸气汽化吸热，将头泡内气体的部分热量散失．

学生2：尾泡内乙醚汽化从周围空气中吸热．

学生3：尾泡内气体推动玻璃管内液面升高，使液体重力势能增加．

教师总结：饮水鸟所吸收的热量不易觉察，所以被误认为永动机，饮水鸟工作过程中伴随着内能与机械能的变化过程．引出改变内能的途径的知识点．

教师提问8：饮水鸟工作过程中的能量是如何转化的呢？

学生4：将内能转化为机械能，就像1台小型热力发动机．

当学生的思维被打开以后，很顺利构建了热机模型．

教师提问9：谁能阐述热力发动机的工作循环呢？

学生5：……

图片展示：如图5：分析饮水鸟工作中的热力学原理．［1］

Q：上下气室通过热传递吸收来自周围空气中的热量（从外部热源吸热）．

图5

Q1：吸水布上水蒸发带走头泡内气体的部分热量（蒸发散热）．

W：尾泡气体推动液体做功，液体部分内能转化为液体的重力势能（气体对外做功）．

环节4．回归生活 拓展提升．

教师提问10：饮水鸟工作的快慢与哪些因素有关呢？

学生1：空气温度，空气流速，吸水布表面积．

学生2：空气湿度．

学生3：让饮水鸟喝酒吧．

教师提议现场让饮水鸟勤劳工作，用扇子给饮水鸟的头部扇风，果然饮水鸟工作加快，实验是科学教学最有说服力的方法．

教师总结：饮水鸟成一个气象预报员了．

环节5．情感态度与价值观教育．

饮水鸟是一只让天才爱因斯坦都吃惊的神奇小鸟，它充分体现了我国古代劳动人民的聪明才智，它为我们提供了利用天然能源的方法．和学生探讨饮水鸟设计的几个妙处：（1）支点的确定；（2）头部吸水布的设计；（3）下端玻璃管口大小的控制；（4）饮水鸟中乙醚的量，摸清饮水鸟设计的奥秘，课后尝试自制饮水鸟（如图6），激发学生的兴趣，实现学以致用．

图6

3 课后反思

（1）问题情境的创设提升了教师的整合能力．

教师的有效设疑，能激起学生思维的碰撞．学生在问题的引领下，通过观察、实验和讨论层层推进，解决情境问题，完成学习任务．以问题情境促进思维，帮助学生内化知识规律，提高思维能力；强化了学生对知识的理解记忆，提高了复习课的知识性和趣味性，彰显物理复习课的活力．［2］

（2）观察和实验的应用提升了学生的探究能力．

观察和实验是探索自然的重要方法．在科学教学中如何让学生经历科学探究的过程，掌握科学探究的方法，如何利用科学探究解决科学问题已经成为物理教学的核心问题之一．本课教学过程中充分发挥了学生的细心的观察能力，如对吸水布、液柱的变化、液体的回流等细节的观察；调动了学生敢于探索、勇敢实验的热情，如组装饮水鸟，手捏尾泡加速玻璃管内液面升高、扇动扇子加快头部周围空气流速使饮水鸟更勤奋的工作．教学过程中通过观察、实验、讨论后再探究的模式提高了学生的科学探究能力，培养了学生解决实际问题的能力，从而提升了学生的科学素养．

（3）建模思想的深入提升了学生的创新能力．

模型是原型的代替者，是研究原型的间接手段．复习课中通过建立模型使知识得到归纳与类比，有助于加深记忆与理解，“建模”思想体现的过程就是：理论 模型 实践．本课教学中建立了杠杆、三态变化、热机3个知识模型，有效地解决了饮水鸟的工作原理．复习课教学中“建模”思想的渗入充分体现了以学生为中心的物理教学理念，有利于发挥学生的创造性，有利于学生把学习知识、应用知识、探索发现更好地结合起来，它具有趣味性，更具有实用性．［3］学生学习的过程就是科学建模的过程，“物理模型”在学生认识、解决问题中起到了桥梁作用，“物理建模”也体现了“从生活走进物理，从物理走向生活”的新课程理念．

（4）玩具教学方式培养学生的物理感知能力．

随着学生物理知识的增长，能用所学的知识解释自然现象，更能用所学的知识去深入探究一些玩具的制作原理．课堂通过新颖的玩具，吸引了学生的注意力，激发了学生用所学物理知识解决问题的斗志，提升了学生对不同知识点的融合能力．学生占在主体地位，使得复习课堂一气呵成，印象深刻．物理学习是玩和学交融的过程，在玩和学的过程中，让孩子们留下自己的感悟和方法．

结束语：美国教育家杜威指出：对于学习，要求学生掌握的不只是知识，还应包括过程和方法．复习课教学中教师有效的提问、注重探究能力的训练、重视建模思想的渗透、情感态度价值观的提升，使得对问题的解决起到事半功倍的效果．把课堂重新还给学生，使复习课堂重新充满生机，大大激发了学生学习的兴趣，提高了学生的学习能力和创新水平．

1 杨瑞博．饮水鸟中的热力学原理［J］．现代物理知识，2007（02）：53－54．

2 杨厚元．让化学课堂体现生活味［J］．学周刊a版，2010（07）：130－131．

3 温剑飞．“建模”在《科学》教学中的应用［J］．中学理科（综合），2007（11）：70－71．

2016－08－12）