诊断性教学取向的蒸发吸热液化放热实验教学改进

林自强

摘   要：针对初中物理蒸发吸热和液化放热的教学难点，明确诊断性教学取向的实验教学改进的理论依据，介绍结合自制教具和器材改进开展的突破难点的教学实践，同时从坚持问题导向的角度总结研究感悟。

关键词：诊断性教学；自制教具；汽化吸热；液化放热

以养成核心素养中科学思维为目标，以诊断性教学为取向，改进器材和自制教具，对突破蒸发吸热和液化放热的实验教学难点进行研究，效果良好。

1  理论依据

诊断性教学模式要求通过观察、提问、谈话、分析学生活动结果获得诊断信息。它的策略是促使学生解释，发展知识结构；方法是对各种情境进行预测，并解释预测；重点是将注意集中在结构的有控制的变化上[ 1 ]。物理学科核心素养中科学思维是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑、批判，进而提出创造性见解的能力与品质[ 2 ]。蒸发吸热和液化放热是教学难点，主要由于热量较难观察、生活中形成许多不一定正确的前概念等原因。这些前概念可能不符合科学本质，但也来源于观察和体验[ 3 ]。器材的改进和自制教具的思路是把对热量的直觉判断转换为对温度的观察、目的是用数显温度计和演示温度计的数据变化取代直觉，更科学直观。结合教具进行诊断性教学引导，注重学生实验前的预测，有助于促进思维发散，展示在各阶段对现象的解释。引导学生集中注意力，对比观察实验中温度的变化，从而建立正确的概念。

2  案例分析

2.1  蒸发吸热

笔者原来教学中为建立蒸发吸热的概念，引导学生在手背涂抹酒精，通过感觉有无凉意来判断酒精蒸发是否吸热，效果还不错。然而反复琢磨发现还存在问题：（1）学习这个内容的时候气温低于体温，酒精温度等于或低于室温，感受到凉意可能是因为热传递，并不能真正说明蒸发吸热。（2）酒精从皮肤吸热，判断温度变化靠直觉是不科学的。

通过反复实验尝试，发现使用两根演示温度计（J0302）和一个藿香正气水空瓶（内装酒精），一根温度计测量瓶内酒精初温，一根温度计测量室温（如图1）进行对比，效果好且科学。教学流程：（1）测量前引导学生预测酒精初温，阐述依据。学生猜想有两类：①酒精温度等于室温，依据是酒精和空气达到热平衡；②酒精温度低于室温，依据是酒精蒸发吸热。（2）教师演示实验，引导学生观察、汇报现象。（3）引导学生设计探究酒精蒸发吸热的实验步骤。大多数学生设计将左侧浸在酒精中的温度计玻璃泡取出，和右侧温度计对比观察。（4）演示前请学生预测实验现象和对应结论。学生猜想分两类：①温度计示数下降说明酒精蒸发吸热；②温度计示数不下降说明酒精蒸发不吸热。（5） 教师演示并要求学生在玻璃泡离开酒精后马上观察、记录实验现象（如图2），分析得结论。（6）请学生预测随时间延长，左侧温度计示数变化趋势。（7）让学生继续观察实验，汇报现象，验证猜想。教师可以4倍速播放接下来12 min的实验视频（这个实验现场演示时，从酒精蒸发完到示数回到室温的时间较长，现象又没明显变化。拍摄视频快进播放仅花3 min，节约了时间，借助信息技术实现教学增值。如果遇到现象变化明显又进展快速的实验过程，也可以慢播，将一闪而过的现象变清晰）。（8）请学生在坐标轴上描绘出温度计示数随时间变化的大致图像（如图3）。

设计意图：（1）设计测酒精初温的优点：①确定酒精的初态，方便后续探究；②对比两个相同温度计的示数，能更直观、更科学分析得出酒精初温跟室温相同；③教师通过提问、观察进行诊断，引导学生建立酒精与室内空气达到热平衡的模型。实现该意图的技巧是用藿香正气水的空瓶装酒精，瓶口内径与温度计玻璃泡直径几乎相等，反复实验发现酒精体积达到容积的八分之七时，玻璃泡刚好浸没酒精不溢出，酒精蒸发的表面积达最小。若酒精溢出，增大了酒精蒸发表面积，会使酒精温度低于室温2 ℃左右（室温不同，温差可能不同）。若用矿泉水瓶、烧杯等容器装酒精，由于容器口较大，因上层酒精蒸发吸热，会使酒精初温比室温低更多，干扰后续探究。（2）温度计玻璃泡离开酒精后，玻璃泡外壁的酒精迅速蒸发，温度计示数迅速减小，温度变化快而明显（注意：此处须引导学生专注观察温度计的示数）。（3）要求学生先预测温度计示数变化，再观察的优点：①学生在预测中发散思维，展示前概念，突出学生的主体性地位；②突破了蒸发吸热的难点；③有助于学生养成逆向思维，建立起玻璃泡内水银放、吸热模型，实现知识拓展。（4）要求学生用图像描述现象，有利于帮助学生提升观察能力、使用图形语言的表达能力，实现能力的延伸。

2.2  液化放热

笔者原来教学中为了介绍液化放热，在装有沸水的烧杯口斜放一块金属片，观察金属片上有无液滴生成判断水蒸气是否发生液化、观察金属片的温度升高与否判断液化是否放热，教学效果还不错。然而不断琢磨发现还存在问题：（1）烧杯口就有水蒸气液化成白雾，金属片上的液滴未必都是水蒸气遇金属片后发生液化形成的。（2）水蒸气和白雾本来就比金属片的温度高，金属片温度升高也有热传递的原因。

在一次培训学习中，有幸见到了黄树清教授自制的教具解决了这个问题。受此启发，凭借记忆自制教具，自制教具由改装壶、方形支架、试管和数显温度计组成。第一次实验失败了，原因在壶盖直接钻孔，壶盖和壶口漏气严重。后来经过反复实验改进，改装壶如图4，在壶口塞一个橡胶垫片密封，挖一个孔插入玻璃管连接导蒸气管，同时密封了壶嘴，在壶身也钻一个孔連接导沸水管。实验装置如图5，支架为立方体，上表面摆放电磁炉，正面安装两个同规格的数显温度计和两个完全相同的试管。两试管外壁等高位置用黄线做好标记，在黄线上方1 cm处再标蓝线。

教学流程：（1） 用注射器将长期静置室内染红的水，分别注入两试管中，液面都到达试管外壁的黄线位置。（2）将数显温度计的探头分别没入两试管的水中，读出水的初温（如图5）。（3）在水沸腾后，调小电磁炉功率，通过导水管往左侧试管加适量的沸水，使液面从黄线上升到蓝线位置，用细棒搅拌均匀，读出混合液的温度（如图6）。（4）通过导气管把同温的水蒸气引导入右侧试管液面下发生液化，等右试管中液面也从黄线上升到蓝线位置时，取出导气管，用细棒搅拌均匀。演示的同时引导学生预测：混合液温度右侧与左侧相比有哪些可能的情况？分别说明什么结论？学生猜想有两类：①左右侧温度相同，说明液化没有放热；②右侧比左侧温度高，说明液化有放热。（5）读出右侧混合液的温度（如图7），引导学生分析现象得结论。

3  研究感悟

只要在日常教学过程中，坚持质疑精神，重视实验细节等就容易发现实验教学中的问题和不足。并能及时进行研究和改进，合理使用信息化手段，教学策略定会有新的突破和提升，非实验教学内容也有异曲同工之效。在研究过程中，促进教师带着问题去学习、培训，将教研成果及时转化为教学技术，也能提高教师研究水平。若能长期坚持质疑精神，养成重视细节发现问题并及时研究改进的习惯，不但能突破教学难点，突出教学重点，改进教学方法，还会使教师自身的综合素质实现量变到质变的提升，也会使学生的综合素质产生质的飞跃。

参考文献：

［1］ 美国国家研究院学习科学发展委员会，美国国家研究院学习研究与教育实践委员会. 人是如何学习的[M].程可拉，孙亚玲，王旭卿，等，译.上海：华东师范大学出版社，2013：118.

［2］ 朱晓安，张凤英. 比较教学：防治知识负迁移促进核心素养提升[J]. 中学物理教学参考，2018（6）：42-46.

［3］ 林，艾伦. 学科学和教科学[M].裴新宁，刘新阳，译.上海：华东师范大学出版社，2015：13.