巧用形象模型 促进思维发展——“内能 热传递”教学及反思

■林启顺

（作者单位：江苏省南京市金陵中学龙湖分校）

教学案例

【设计理念】

形象思维是抽象思维的基础，对抽象思维具有很好的促进和补充作用。尤其在解决复杂问题时，学生更需要形象思维的助力。苏科版物理教材“内能 热传递”一节的相关概念和原理就非常抽象。比如，内能是微观粒子的能量，它是怎样表现出来的？为什么物体的温度升高，内能增大，而内能增大，温度不一定升高？热传递过程中，是内能大传给内能小还是高温传给低温？这些问题，初中阶段的学生理解起来有相当大的难度。因此，笔者从形象思维入手，通过精心设置问题情境，形成了本节课的教学设计。

【课堂实录】

一、设置新奇实验，内能效果“外显”

（展示台上放着一烧杯冷水和一烧杯热水。教师用手举着温差电风扇。）

师：大家看，这是一个电风扇。它为什么不转呢？

生：没有电池。

师：好，那我马上找“两节电池”。

（教师将温差电风扇的两端分别插入冷水和热水中，扇叶竟然自己转了。学生惊叹。）

师：同学们想想，风扇的电能是从哪来的？

生：能量来自这杯热水。

师：电能确实跟热水的能量有关。这种与热有关的能量，就是我们今天要学的内能。

二、建立概念，归纳特点

（教师请学生往冷水和热水中各滴入一滴红墨水。）

师：通过这个实验现象，大家回忆出了哪些有关分子的知识？

生：分子间有空隙；分子在做不停息、无规则的运动；温度越高，分子的无规则运动越剧烈……

（教师将两个铅块压在一起，松手后，两个铅块粘在了一起。）

师：通过这个实验，大家又能想起哪些有关分子的知识？

生：分子间具有引力和斥力。

师：运动的物体具有什么能？

生：动能。

师：运动的分子也具有能量，我们把这种能量叫作分子动能。

（教师出示弹簧乒乓球模型。）

师：轻轻地拉伸弹簧，会产生什么能量？

生：弹性势能。

师：这两个乒乓球相当于两个分子，当它们距离稍远或较近时，会产生吸引和排斥的作用，这时产生的能量叫作分子势能。在物理学中，我们把物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作物体的内能。

（教师引导学生带着问题仔细观察书中插图，通过归纳得出结论。教师出示几幅图片。）

师：这些图片中的物体都具有内能吗？说说判断理由。

生：它们都是由分子构成的。只要分子都在运动，物体就有内能。

师：这些物体分别处于什么状态？温度相同吗？

生：分别处于气态、液态、固态，有低温、常温、高温。

师：由此，我们可以得出什么结论？

生：任何物体处于任何状态、任何温度之下，都具有内能。

三、提炼知识，突破难点

师：在日常生活中，如果我们把汤勺放在热水里，勺柄一会儿就会变热。大家说说，它的温度和内能是如何变化的？

生：温度升高，内能增大。内能是从汤里传来的。

师：这类现象在生活中还有很多。比如，冬天抱热水袋取暖，你的内能是从哪里来的？夏天吃冷饮降温，你的内能到哪里去了？

生：从热水中传来；传给冷饮了。

师：这类现象叫作什么？

生：热传递。

师：那么，热传递过程有哪些特点呢？请大家通过实验了解一下。

（教师带领学生一起做感温金属丝的变温实验。）

师：谁能描述一下实验过程中的现象？

生：温度升高后，金属丝自下而上逐渐变黄。

师：从该现象中，大家可以认识到哪些热传递的特点呢？

（学生讨论交流。）

师：同学们，我们用绘图的方式回顾一下实验过程。把感温金属丝放在热水中，刚开始，大家观察到的现象是什么？说明了什么？

生：金属丝下面变黄了，说明下面温度高。

师：过了一段时间之后，大家观察到了什么现象？说明了什么？

生：金属丝自下而上逐渐变黄，说明上面温度逐渐变高。

师：温度变化后，金属丝各部分的能量发生了怎样的变化？

生：金属丝上面的内能逐渐变大，说明下面的内能传到了上面。

师：通过这个实验现象，大家分析一下，热传递发生的条件和方向是什么？

生：条件是温度差；方向是从高温到低温。

师：在物理中，我们把热传递过程中变化的能量叫作内能，它的单位是焦耳。

生：老师，热传递的方向一定是由高向低吗？一个低温但内能大的物体，能否向一个高温却内能小的物体进行热传递呢？

师：这个问题提得很好，让我们来观察一个实验。

（演示实验：展示台上有两个烧杯，一杯装有足够多的冷水，一杯装有少许热水。教师拿出一个由感温材料做的特制U型金属条，将金属条较短的一端插入冷水中，将金属条较长的一端插入热水中，中间部分悬空，形成了一个展示热传递现象的“热桥”。）

师：这个“热桥”的颜色发生了什么变化？说明了什么？

生：金属条从热的这端开始逐渐变色，向冷的一端前进。

师：如果老师往冷水杯中再多加一些冷水，变色方向会发生改变吗？

生：不会。

师：根据这个实验现象，我们能得出什么结论？

生：热传递的方向一定是由高向低的。

【教后反思】

本节课，笔者从形象思维入手，通过设置新奇直观的实验、制作形象的类比模型、绘制简明生动的思维导图、展示独特的“热桥”现象，让学生掌握了内能概念，了解了内能与温度的关系，以及热传递过程的特点。笔者通过精心设问，调动学生的思维，使学生尽可能地处于积极主动的思考状态。同时，笔者也注重培养学生借助物理形象思考问题的习惯，引导他们在物理形象的基础上去分析、解决问题，从而帮助他们在形象思维与抽象思维之间搭建桥梁。