理论实验并行 核心素养凸显——“理想气体的状态方程”教学赏析

(江苏省阜宁中学,江苏 盐城 224400)

在由江苏省中小学教学研究室主办的江苏省第五届高中物理名师论坛上，我校俞翔老师上了一节教学展示课，课题为“理想气体的状态方程”，这是一节基于教材、活用教材且富有创新的物理课。在课堂教学中，注重渗透科学方法，创新实验设计，引领学生进行科学探究，落实核心素养提升的课程目标。现摘录部分教学片断进行评析，与同仁分享和交流。

1 教学片断及评析

片断1：理想气体状态方程的理论探究

本节课在气体三条实验定律的基础上，引导学生思考一定质量的理想气体，在三个参量压强、体积、温度同时变化时，会遵循什么样的规律？让学生提出猜想，再引导学生运用控制变量法，创设一个中间状态，构建两个特殊过程，从理论上进行推导、探究。学生的思维很发散，结合逆向思维，结果提出了6种过程：先等压后等容、先等温后等容、先等容后等压、先等温后等压、先等容后等温、先等压后等温，为了更加形象、直观，让学生在p-V图上画出这6种过程(如图1)。

图1

学生分组探究，自行选择一个或多个过程进行推导，每个小组推荐一名同学汇报、展示推导过程和结果，不同的小组针对不同的过程，推导出了相同的结果。

评析：这个教学片断的设计让学生真正成为学习的主人，学生在教师的引导下，主动作为，积极思考，相互合作，从理论上导出了理想气体状态方程，学生的思维得到了有效拓展，通过经历和体验理论探究，学生的创新精神、逻辑推理能力、与他人合作能力、表达能力等得到了有效提高。这样的设计还加深了学生对理想气体状态方程的理解，理想气体状态方程与气体经历的过程无关，具有普适性。

为了提升学生的核心素养，建议老师可以进一步引导学生在课后画出6种过程的p-T图或者V-T图，继续研究。通过上述过程的学习、研究，学生心中不免还会产生疑问：虽然构建的过程多达6种，但每一种过程设定的中间状态只有一个，这样的过程具有特殊性，推导的结论是否具有普遍性？为了消除学生心中的疑惑，建议引导学生在初态A和终态C之间，任意构建一个过程(如图2)，再将这个过程分解成许许多多等容、等压的小过程，增设若干个中间状态，每个小过程都遵循这个规律，小过程分得越小，折线就越接近曲线，进一步说明理想气体状态方程的普适性。

图2

片断2：理想气体状态方程的实验验证

学生通过推理得出了理想气体状态方程后，心中不免还会有疑问：这个结论是否符合实际？教师设计了一个实验，进一步引导学生用实验来验证。本节教材中没有安排实验，原因可能是器材难寻，同时要测量的物理量又较多。授课教师创新使用教材，让实验走进课堂，实验器材有：注射器、温度传感器、压强传感器(如图3)。利用注射器可以封闭一定质量的空气，体积可以从刻度上直接读出来，温度通过温度传感器测出，压强传感器可以测出封闭气体与外界大气的压强差。教师让几名学生合作完成实验、得到数据，利用Excel处理、分析数据，得出结论(如表1)。

图3

表1(大气压强: 102400Pa，软管体积：1.5 mL)

评析：美国物理学家密立根曾说：“科学靠两条腿走路，一是理论，一是实验。有时一条腿走在前面，有时另一条腿走在前面，但只有使用两条腿才能前进。”教者匠心独运，精心设计、引入实验，不仅激发了学生学习物理的兴趣，而且培养了学生的科学探究能力，同时消除了学生心中的疑团。教师面对困难，要敢于挑战，设计实验，教师的工作精神就是一道亮丽的风景，为培养学生科学态度和责任树立榜样，在润物无声中培养学生的核心素养。

教师引导学生用Excel处理数据，把现代教育技术融入教学，让学生掌握利用电脑处理数据的方法，与学生一起仔细分析实验误差以及误差产生的原因，不仅培养了学生的质疑能力、批判思维能力，同时还加深了学生对知识的深层次理解。为了形象直观，教者还可以引导学生画出pV-T图(如图4)，培养学生应用计算机处理图像数据的能力，进一步提升学生的核心素养。

图4

2 引发的思考

2.1 教学中要注重对基本物理概念和规律的深度理解，重视物理观念的培育

基本概念、规律是物理学的基石，它们凝结着前人的汗水和智慧，凝聚着思维和方法，如惯性、牛顿运动定律、万有引力定律、动量守恒定律、法拉第电磁感应定律、楞次定律、理想气体的状态方程等。深度理解基本概念和规律，一方面就是要把隐藏在其背后的科学思维、科学方法、科学态度、科学责任、经典实验挖掘出来，让学生加以经历、体验和感悟，内化成自己的观念，形成自己的思想，内化成自己的行为，掌握研究问题、解决问题的方法，提升学生核心素养，让物理学科的育人价值在课堂教学中真正落地。另一方面，就是要弄清概念的内涵和外延，弄清规律的适用条件和范围，从多角度、多层次加以理解，实现灵活迁移和应用，切实提高解决实际问题的能力。

2.2 教学中要注重创设条件，将实验引入课堂，重视探究能力培养

实验是物理教学的基础，将实验引入课堂，能激发学生学习的兴趣，增强学生学习的动力。利用实验可以帮助学生有效突破学习难点、化解学习疑点,加深对物理概念和规律的理解。一方面，教材中现有的演示实验、探究实验、分组实验，切不能用在黑板上讲实验、画实验来代替做实验。另一方面，涉及核心概念、核心规律，如果没有现成的实验，教师要敢于担当，勇于创造，让创新实验走入课堂、融入课堂，让学生在解决具体的、实际的问题过程中，理解和应用这些核心知识，切实培养学生科学探究的能力。