培养初中生物理观念的实践与思考

◎ 海南省临高县第二中学 范 鹏

2022年5月颁布的义务教育物理课程标准中，核心素养是课程育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。物理课程要培养的核心素养，主要包括物理观念、科学思维、科学探究、科学态度与责任。课程标准对物理观念也作出了明确的界定：物理观念是从物理学视角形成的关于物质、运动与相互作用、能量等基本认识，是物理概念和规律等在头脑中的提炼与升华，是从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的基础。物理观念的形成，是一个长期的逐步积累的过程，是学生在初中物理知识的学习过程和应用实践过程中逐渐形成的。在这个过程中，学生的科学探究和思维能力得到发展和提升，并形成良好的科学责任和科学态度。在此过程中，学生迁移所学的知识，反思批判原来所形成的物理观念，形成新的物理观点和认识，构建新的物理观念。在课程改革及新课标要求的背景下，一线物理教师在教学中如何高效引导学生建立物理观念是每一位教师要重点实践的课题。笔者结合教材内容和一些具体的教学实例谈自己的做法和思考，和同行们一起交流。

一、以“物态变化—温度”一课的教学为例

1.教学目标

新课标的具体要求是：能列举自然界和生活中不同状态的物质。了解三种形态的不同特征及原因。知道在一定条件下物质的三种形可以发生变化。理解温度的物理意义，了解生活环境中常见的温度值。知道常用温度计的制作原理、构造和刻度方法，会正确使用温度计测量温度。知道摄氏温度和热力学温度，了解它们之间的关系。通过给大量不同状态的物质按照固、液、气三种不同状态分类，体会物质分类的多种方法。通过观察水的物态变化实验分析物质发生物态变化的条件。通过观察和实验了解温度计的结构，并通过测量温度，掌握温度计的使用方法。通过对物体温度的估测，提高估测温度的能力。通过对体温计的观察，了解体温计在结构和使用方法上与一般液体温度计的差异。通过冰化成水的实验反映出事物在一定条件下可以相互转化的事实，学会用辩证唯物主义观点看待问题。通过对环境温度的了解，养成爱护环境的意识。在使用温度计的过程中，养成爱护仪器、实事求是的品格。通过参与教学活动，产生对物理学习的兴趣和对科学的求知欲望，乐于探索自然现象和日常生活中的物理道理。

2.教学过程

知识点一：物态及其变化。

教师：冬天时水会结冰，湿衣服在太阳底下会晾干，烧开水时水壶里的水会变少，在这三种情况下，水变成什么了？

（学生讨论回答）

教师：水、冰、水蒸气该怎么分类呢？它们是不是同一种物质呢？

教师引出：同一种物质可以三种不同的状态存在。物质三种状态的名称：固态、液态、气态。

教师过渡：物理是研究物质的一门科学。我们学习物理就从区分物质的状态开始。

教师：出示物体图片（如铁钉、冰块、水、牛奶、气球等），让学生分别回答其状态，思考其异同点。（建立物质的三种状态概念，同时培养学生科学思维和归纳梳理能力）

学生：填写“固、液、气”特征表。（学生自主填写，有的学生会填错，教师应及时引导其交流更正）

状态 形状 体积固态 一定形状 一定体积液态 没有固定形状 一定体积气态 没有固定形状 没有一定体积

教师提问：（1）物质存在的状态总保持不变吗？

在什么条件下，水发生了状态的改变？

教师进行如下演示实验：

实验目的：探究物质存在的状态是否可以变化。

实验器材：冰块、烧杯、石棉网、支架、酒精灯。

实验步骤：（1）将实验器材组装起来；（2）用酒精灯对烧杯不断加热，观察加热过程中出现的现象。

实验现象：在加热过程中会看到烧杯中的冰块逐渐变成水，继续加热可以看到烧杯中的水开始沸腾，并且越来越少，变成了水蒸气。

学生小组讨论，得出结论：在一定条件下，物质状态可以发生变化。“温度变化”就是一种很常见的条件。

知识点二：温度。

教师引入：现在天气很热，过一段时间会变凉，而冬天会很冷，春天时天气较暖。“冷、热、凉、暖”都是描述物体的冷热程度的。物体的冷热程度在物理学中用温度表示。

教师：准备三杯水（冷水、热水、温水各一杯），请学生用手指触摸，并描述感觉。

学生：将左手食指浸入冷水杯，同时将右手食指浸入热水杯，说出左手感觉和右手感觉。

学生：将左右手食指同时浸入温水杯中，再说出此时感觉。

教师引出：凭感觉判断温度是不可靠的。要准确地知道物体的温度，必须借助测量工具。

知识点三：温度计。

（1）观察实验室温度计。

教师：实验室温度计是由什么组成的？（注意引导学生观察上面的标度）

学生小组讨论后回答：液泡、玻璃管、刻度。

教师：液泡的作用是什么？玻璃管内径为什么很细？

学生小组讨论后回答：液泡里面装着液体，内径越细，测量越准确。

教师：上面的数字和字母分别表达什么？

学生小组讨论后回答：℃是摄氏温度的单位，数字代表温度的高低。

教师：它能测量的最高温度、最低温度各是多少？

学生小组讨论后回答：-20 ～110℃。

教师：它的分度值是多少？

学生小组讨论后回答：1℃。

教师：生活中0℃是怎样确定的？100℃是怎样确定的？

学生小组讨论后回答：标准大气压下，冰水混合物的温度为0℃，水沸腾的温度为100℃。

教师：1℃又是怎样确定的？

学生小组讨论后回答：把0℃和100℃分成100等份，每一等份称为1℃。

教师引出绝对零度的概念，并让学生阅读“科学窗”，了解热力学温度和摄氏温度、华氏温度与摄氏温度的关系。

学生自由测量，教师和学生共同总结正确的测量方法：

①选择合适的温度计测量待测液体的温度，了解最小分度值；

②把玻璃泡完全浸没在待测液体中，不碰容器底和容器壁；

③等温度计的示数稳定后再读数。读数时，温度计不能离开待测液体，视线要与玻璃管内液面相平。

（2）体温计的使用。

教师点拨：使用体温计时，能不能离开人体读数？

学生回答：可以离开。

教师讲解：体温计在玻璃泡和玻璃直管之间有一“缩口”，即很细的弯管。使用时，体温计内的液柱能够遇热自动上升、遇冷不能自动下降，所以可以离开人体读数。

这节课的重点是让学生能描述固态、液态和气态三种物态的基本特征观念，并列举自然界和日常生活中不同物态的物质及其应用。课堂上将理论联系实际，引导学生将平常的学习、生活经验相结合，了解物质的三种基本状态。教师还应以学生为中心组织科学探究实验，了解液体温度计的工作原理，会用常见温度计测量温度，并懂得对物体的冷热程度的判定光靠感觉是不准确的，要进行科学测量，从而建立科学测量观念。

二、以“压强”一课的教学为例

1.教学目标

新课标的具体要求：本节课是初中物理教学中的重要内容，这些知识不仅与我们的生活息息相关，而且在生产、生活中应用广泛。从科学内容的角度看，压强的概念是本章内容的主线，既是对前面所学的力的作用效果的延续，又为后续研究液体压强和浮力奠定了知识基础；从科学探究的角度看，由压强到浮力，探究活动的要求逐步提高，循序渐进。基于以上分析，学好本节课的内容有着重要的意义。要求学生通过实验探究压力的作用效果与哪些因素有关，体会控制变量的研究方法，意识到运用科学的方法进行学习的重要性，提升与他人交流分享的意愿，体会合作交流的乐趣。让学生知道压强的定义，符号表示、公式、单位的物理意义，能用压强公式进行简单计算。通过压强概念的提出，体会比值定义概念的方法。知道增大和减小压强的方法，通过对日常生产、生活中压强现象的解释，提高运用知识解释简单现象和解决简单问题的能力。

2.教学过程

（1）教学引入。

学生体验：用两个手指用力向中间压铅笔。两个手指的感受有什么不同？观察两个手指的凹陷有什么不同？

教师：两个手指的受力大小相同吗？为什么？

学生分析得出：两个手指的受力大小相同，但产生的效果不同。

教师：同样大小的力，为什么会产生不同效果呢？由此引入新课。

（2）“知识点”教学。

知识点一：压力的教学。

教师结合实例，引导学生分析：电话机对桌面、斜躺的人对椅背、图钉对墙面是否产生力的作用？你的依据是什么？作出这些力的示意图，看它们有什么共同点？

归纳得出：

压力：把垂直作用在物体表面上的力叫做压力；

压力方向：垂直物体间接触面，指向被压的物体；

压力的作用效果：使被压的物体发生了形变。

练一练：①请在图1中画出平面所受压力的示意图。

图1

②若已知物体A和物体B所受重力大小分别为10N和5N，F1=F2=F3=20N，求平面（墙面、天花板）所受压力的大小。

教师：压力和重力有必然的联系吗？

教师演示实验：用双面胶把一个100g的砝码固定在一块50cm长的弹性薄钢片上，将钢片的左端固定在桌子的一端；接着缓缓抬起钢片右端，与水平方向形成一定夹角；继续抬高右端，增大钢片与水平方向的夹角。

学生观察并回答问题：

①该实验通过观察钢片的弯曲程度判断物体对斜面压力的大小。

②斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度的增大而减小（填“增大” “减小”或“不变”）。（说明重力没有变化，但压力减小）

③若继续增大斜面倾斜程度，直到与水平方向垂直，则物体对斜面压力为零。（压力产生和重力没有必然的关系，只有当物体自由地放在水平面上时压力大小等于重力）

通过实验探究影响压力作用效果的因素：

学生观察思考：两个体重相同的人，一人直接站在雪地上，另一人站在滑雪板上，压力的作用效果相同吗？

教师提出问题：压力的作用效果可能与什么因素有关？

实验猜想：压力的作用效果与压力大小和受力面积大小有关。

实验设计及实施：

因本节课的探究性学习活动，实验操作方便，结论容易获得。所以，为了充分调动学生的思维，发展学生的创造能力，给每个小组准备如下器材：海绵、压力小桌、钩码、气球、图钉。

提示学生：如何控制物理量设计实验（把学生的设计思路用多媒体进行展示）。

让学生自主选择实验器材进行探究，学生做实验并填写表格。

①选择实验器材__________________________。

②目的：探究压力的作用效果与___________的关系。

③实验方案：应控制___________不变，改变________看压力作用效果是否发生变化。

方案1：海绵、压力小桌、钩码（探究实验：模仿课本实验）。

方案2：气球、图钉（探究实验：用图钉模拟钉板）。

实验结论：当压力相同时，受力面积越小，压力的作用效果越明显。当受力面积相同时，压力越大，压力的作用效果越明显。

[设计意图：教学活动以学生为主体，以学生的感性认识为切入点，亲历实验探究的过程，体会科学探究的方法。同时，实验器材取自生活，探究活动富有乐趣，充分调动学生学习的积极性。培养学生尊重科学，树立科学思维、科学探究的物理观念。]

知识点二：压强的概念。

借此实验探究的结论深入探讨分析（结合图2和图3比较压力的作用效果）。

图2

图3

①受力面积相同，通过比较压力的方法判断压力作用效果；

②压力相同，通过比较受力面积的方法判断压力作用效果；

③受力面积、压力都不同，比较压力的作用效果。

引导思考：压力、受力面积都不同，可以通过比较物体单位面积上受到的压力，从而给出压强的概念。

[设计意图：巧妙利用实验探究的结论，引导学生通过比较物体压力作用效果的大小，发现压强的物理意义，初步形成压强概念，以及了解比值定义概念。]

例题1：大象的质量是5×103kg，每只脚底的面积是6×102cm2，试求大象四脚站立时对地面的压强；芭蕾舞演员的一只鞋尖与地面的接触面积是9.5cm2，对地面的压力是475N，芭蕾舞演员一只鞋尖触地时对地面的压强和大象四脚站立时对地面的压强二者谁对地面的压强大？

比较大象和芭蕾舞演员对地面的压强，都是105Pa左右，大象对地的压力大于演员对地面的压力，但大象对地面的压强却小于演员对地面的压强，为什么？分析增大和减小压强的方法。

知识点三：增大和减小压强的方法。

生活中有时需要增大压强，有时需要减小压强。如何增大压强和减小压强呢？

引导学生通过公式找出增大和减小压强的方法。

巩固练习：①一个重为0.5N的磁性板擦，板擦的吸力为2.5N，板擦与黑板的接触面积为50cm2，求板擦对黑板的压强为多少？

②如图4，甲、乙两物体的重力分别为G甲和G乙，底面积分别为S甲和S乙,写出甲对乙的压强表达式以及乙对甲的压强表达式。

图4

综上可知，八年级学生的思维正处于从形象思维到抽象思维过渡的阶段，这一时期，学生的认识还是以感性认识为主，物理观念不强。而压强的概念比较抽象，这就要求教师首先要帮助学生建立感性认识，通过设计实验活动引导学生总结经验、规律，培养抽象思维能力和推理能力。在本节课的教学活动中，教师重视学生的感性认识，以学生的经验出发，利用身边的器材进行实验，引导学生发现物理与生活密切相关。同时，鼓励学生参与探究活动，采用启发式讲授与实验探究相结合的方式，关注学生的思维发展，不仅体现了“物理是一门以实验为基础的学科”，而且注重引导学生对科学方法的体会。例题选取富有现实意义，且重点突出，知识应用环节注重素材的生活化，传递了一种积极观察生活的物理观念。