实践活动教学中的问题引领

程荣贵

摘 要：《义务教育物理课程标准（2011版）》在课程性质中指出：物理教学不仅重科学知识的传授和技能的训练，而且应注重从生活走向物理，落实培养学生的科学思想、科学方法、科学探究以及科学态度、科学精神等科学素养。本文以“苏科版”《物理》中《汽化和液化》一节的“水的沸腾实验”的教学行为改进为例，谈谈在教学中如何落实课程标准的要求，以期达到在课堂教学中培养学生科学素养的目的。

关键词：水的沸腾实验；科学素养；教学行为改进

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2018）8-0076-3

水的沸腾实验是义务教育课程标准要求的学生分组实验之一，这部分内容的教学目标是“了解水沸腾现象，会用沸腾的知识解释生活中的相关现象”，看起来要求不是很高。但是，如何进行好水沸腾这个实验就不是那么简单了。一般在教学中，教师安排学生分组，组装器材、观察水的沸腾现象、记录温度和进行数据处理等。可是，在很多的教学研讨交流活动中，笔者并没有观察到沸腾前的气泡和听到沸腾前后的声音。为什么会有这样的情况产生，引起笔者深入地思考：水的沸腾是师生都非常熟悉的一种常见的生活现象，有些现象即使在教学中不太明显，或不易观察出来，只要教师讲授，学生还是很容易接受。但是，在初中物理教学中，要使得学生真正掌握水的沸腾实验的现象、条件与特点，处理好水的沸腾实验的教学非常重要，尤其是处理好实验现象的观察，更是有助于培养学生的科学素养。

以下是笔者执教本节课的一些反思与改进，与各位同行分享。

1 对课本实验的反思

义务教育初中物理“苏科版”（2012年审定）教材中关于“观察水的沸腾” 实验是利用图1所示的装置进行的。经过笔者多次实验操作，实验并没有达到预期效果，通过对比实验和思考，笔者分析其原因如下：

1.实验时间不易把握。教材的实验装置烧杯口较大，酒精灯在加热过程中，散热快；需要的水量也比较多，所以耗时比较长。因此，有的教师对实验进行了改进：（1）改用初温更高的热水进行实验，由于实验用水一般都是进行二次沸腾，根据亨利定律，水中溶解的气体量与水面上该气体分压力成正比。当水达到所处压力下的沸点时水沸腾，水面充满水蒸气，其他气体分压力为零，水中溶解的气体也为零。这样就不易观察到沸腾前的气泡，影响实验现象的观察结果。（2）换用小烧杯，减少水量。这样不仅因为水中溶解的气体含量低，而且加热时间短，同样不易观察烧杯中水沸腾前的气泡，更不能清晰地观察到气泡上升过程中的变化。

2.教材采用在烧杯口加一个盖子的方式减少热量的损失，缩短实验时间。根据液体的沸点与液面上的气压的关系，气压越大，液体的沸点越高。不论盖子上是否有空，加盖子在一定程度上也会增加水面上方的气压，使烧杯中水的沸点升高。同时，由于水蒸发遇冷液化后附着在烧杯内壁，会影响到观察气泡现象的效果。

3.对于为什么水中出现大量气泡，且在上升过程逐渐变大就是剧烈的汽化现象，多次与学生交流发现：学生对于沸腾仍是感性认识，认为只要温度保持不变就是沸腾状态，没有从“汽化过程是从液态变为气态”过程中的气泡和声音的现象来理解沸腾。

2 基于培养学生科学素养的教学行为改进

通过与“沪科版”“人教版”初中《物理》教材的比较，水的沸腾实验的处理相对来说都比较简单，但笔者认为：要达到课程标准要求的“会用沸腾的知识解释生活中的相关现象”，必须要充分了解“水的沸腾实验”的现象，明确沸腾是一种汽化方式的本质。基于培养和提升学生科学素养的要求，笔者认为教材对于师生只是范例、不是唯一的课程资源，教学的关键在于处理好教材与教学的关系，由“教教材”转向“用教材”，优选整合教学资源，促进学生发展。因此，在进行“水的沸腾实验”的教学中，教师可根据教学实际处理生活和物理的关系，整合教材、教具等各类教学资源，对教材作出富有针对性的设计、进行创造性的实施，引导、促进学生对“水的沸腾实验”的认知发展。为了改善和优化整个教学资源，笔者改进了教学行为，对教材进行了如下处理：

第一，将“水的沸腾实验”分为三个观察性实验：第一次是观察水沸腾前后气泡的大小、多少和上升过程中的变化情况；第二次是观察水沸腾前后声音的变化情况；第三次是观察水沸腾前后温度的变化情况。前两次用图2所示的水壶进行分组实验，最后一次用图1所示的装置进行实验。

分析：通过对实验现象的观察，逐步认识实验现象背后隐藏的物理知识和规律，提升学生的科学素养，是观察性实验需要达成的目标。

因此，为了更加明显地观察到水沸腾时的气泡和声音变化情况，笔者选用生活中常见的透明水壶作为实验器材，其好处是：一是水壶容积大，可以装4 L或5 L的水，气泡和声音的变化更接近生活实际中的烧水情况；二是选择透明水壶是为了便于直接观察沸腾前后的气泡；虽然在平时教学中没有足够的透明水壶进行分组，但笔者认为依然可以准备4或5个透明水壶进行大的分组观察实验，培养学生的实验观察能力。

第二，接着，笔者为了帮助学生理解沸腾前后的气泡变化，进行了如下处理：

师：沸腾前后水中气泡的大小、多少和上升过程中变化情况如何？

生：水沸腾前，里面的气泡体积很小且数量比较少，上升过程中气泡逐渐变小直到消失；水开始沸腾后气泡体积很大且数量很多，上升过程中气泡逐渐变大，直到在水面破裂。

师：同学们根据什么现象判断水在沸腾？

生：应该是水在出现大量气泡，且在上升过程中逐渐变大。

师：生活中你们有类似的经历吗？

生：在家里烧开水，水在壶中翻滚的时候水就开了。

师：很好，这时候水沸腾了，那么“为什么水中出现大量气泡，且在上升过程逐渐变大就是剧烈的汽化现象”？

生：处在沉思中。

师：汽化就是物质从液态变为气态的过程，在水沸腾的过程中液态的水和氣态的水分别是什么，分别存在于什么位置？

生：液态的水就是烧杯中的水，气态的水是气泡中的水蒸气。

分析：以上教学过程的优点是解决了一个看似很难，其实体现了水沸腾是一种剧烈的汽化现象的本质问题，教学过程是在观察实验现象的科学探究基础上进行的科学思维能力的提升，这比教师直接告诉学生根据什么现象来判断水沸腾是汽化的一种方式，教学效果要好得多。

第三，第三次实验采用100 mL的小烧杯，加入80 mL的温水，进行敞口加热，只需要观察沸腾前后的温度变化情况。这样设计的目的在于：一是先进行大的分组观察气泡和声音，突破教学中的难点；二是学生经历组装器材，温度计的使用和沸腾前后温度的变化，既让学生亲历观察实验的操作，回顾温度计的使用，又能体会沸腾时温度变化的特点；三是利用不加盖子的烧杯不会影响实验现象的观察和水的沸点。

观察水的沸腾实验，改进方法也简单，就是重新整合教材，改进教学设计，利用透明水壶分三次进行实验改进教学行为，就能达到满意的效果。且根据实验现象，最终能理解沸腾过程是由液态变为气态的剧烈的汽化现象，对提高学生的逻辑思维能力，培养学生的科学素养很有帮助。

以上是笔者执教“水沸腾实验”的教学反思与改进措施，这节课的教学改进行为充分体现了当下强调的科学素养的要求，且教且思考，让师生共同成长，提升学生的科学素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部. 义务教育物理课程标准（2011版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012 .

[2]杨九诠.学生发展核心素养三十人谈[M].上海：华东师范大学出版社，2017.

[3]郭玉英，等.美国《新一代科学教育标准》述评[J].课程·教材·教法，2013，33（8）：125.

（栏目编辑 李富强）