朱恒奇

物理学科核心素养是物理学科育人的集中体现,是学生在接受物理教育过程中逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。物理课程标准明确提出:“实验教学是物理教学的重要组成部分,是落实物理课程目标,全面提高学生学科素养的重要途径,要发挥实验在物理教学中的重要作用”。因此,物理实验的作用和地位显得格外重要,本文通过“汽化和液化”教学为例,从实验观察、实验探究、实验创新三方面浅析物理实验对学生物理学科核心素养的培育功能。

一、通过实验观察,夯实物理学科素养基础

在初中物理学科中,有大量的演示实验和学生实验,在这些实验教学过程中,有非常丰富的内容和广泛的途径适用于培养学生的观察能力。在“汽化和液化”教学中,通过实验导入新课,提供真实的现象让学生思考,大大地激发学生求知欲望和探索欲望,较好地促使学生观察习惯的养成。

教师实验:手上蘸些酒精,然后在黑板上写字,让学生观察,看到什么现象? 说明什么问题?

学生观察并回答:黑板上的“湿”字马上不见了,说明液态的酒精变成气态跑掉了。

教师实验:向透明塑料袋中,滴入几滴酒精,放入热水中。然后把塑料袋从热水中取出再放入冷水中,请同学们观察塑料袋的变化,闻一闻、看一看塑料口袋内有什么? 并猜想这可能是什么原因。

学生观察并总结:酒精在热水中由液态变为气态,体积大大增加而使塑料袋鼓起;在冷水中,酒精由气态变为液态,体积大大缩小,而使塑料袋变瘪了。

从八年级物理入门教学开始,教师要高度重视学生观察能力培养,逐步形成在观察中获取感知、在观察中引发思考、在观察中激发实践的良好习惯,夯实物理学科素养基础。

二、开展实验探究,实施物理学科素养途径

科学探究既是学生的学习目标,又是重要的教学方式之一。将科学探究列入物理教学内容,旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化,从学生被动接受知识向主动获取知识转化,从而培养学生的科学探究能力、实事求是的科学态度和敢于创新的探索精神。

在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验,让学生充分体验科学探究的步骤和方法:

提出问题:水在沸腾时有什么特征? 水沸腾后如果继续加热,温度是不是越来越高? 水里的气泡是怎么来的?

猜想与假设:因为沸腾是日常生活中大家都非常熟悉的现象,可以让同学们相互讨论、思考和猜想,教师将学生提出的问题和猜想列在黑板上,并进行归类。

重点观察:(1)温度随时间的变化情况;(2)气泡的生成和变化情况。

设计实验与制订计划:明确了实验目的,让学生根据需要确定器材:铁架台、酒精灯、火柴、石棉网、烧杯、中心有孔的纸板、温度计、水、钟表。

设计实验方案时,让学生思考讨论:怎样才能使水尽快沸腾?

进行实验与收集数据:学生在进行实验时,学会分工合作,如计时、观察气泡的变化情况、温度的变化,温度计的使用方法、酒精灯的正确操作在此得到进一步的复习巩固,要求同学们将观察到的数据和现象记录在表格中。

要注意观察水沸腾前后的气泡和温度的变化;要记录当水温升高时,每隔1min 记录一次温度计的示数,直至水沸腾后3～5min;实验后要画出水沸腾前后温度随时间的变化图像。

分析与论证:

(1)绘制“温度—时间”图像。实验结束后,根据记录的数据,在书本水沸腾时的“温度—时间”图像中标出相应的坐标点,用平滑的曲线把这些点连接起来。

(2)利用多媒体展示学生绘制的水沸腾的“温度—时间”图像。

交流评估:小组的同学在实验时,得出水的沸点不是100℃,这时教师要肯定学生实事求是的科学态度,给予鼓励。同时还要帮助学生找出原因,可能是实验使用的温度计存在质量问题,也可能是本地的气压不是1 标准大气压。

拓展实验:

另一组同学用加盖的烧瓶做水沸腾实验如图甲所示,沸腾一段时间后,撤去酒精灯,发现水停止沸腾.立即用橡皮塞塞住烧瓶口并将其倒置,迅速向烧瓶底部浇冷水,如图乙所示,结果发现水又重新沸腾了。

因为在瓶底浇冷水后,瓶内温度降低,水蒸气液化,气体压强减小,因为水的沸点会随气压的减小而降低,因此,水会重新沸腾起来。通过拓展实验,大大地激发了学生实验探究的热情。

本实验中,给学生较大的空间,在老师的指导下,通过自主的探究活动,经历科学探究过程,体验科学探究的乐趣,学习科学探究的方法,领悟科学探究的思想和精神,培养勇于创新的意识和能力,从而积淀起基本的科学探究素养。

三、利用实验创新,促进物理学科素养落地

物理学科核心素养,更多地需要在知识建构的过程中实现,而利用创新实验设计来激活学生的形象思维、培养学生的创新思维,就成为最佳选择。

例如,在研究酒精汽化如何影响气球体积的变化的问题上,让学生参与设计了两次对比实验:

一次气球里只装空气,然后放到热水里;

另一次装一样多的空气,并加入少量酒精,然后放到热水里。

实验现象表明:装有酒精也装有空气的气球要比只有空气没有酒精的膨胀现象要明显得多。

又如,演示汽化和液化实验:取一支50ml 的注射器,用凡士林涂擦注射器的活塞,拉动活塞使注射器里吸进少许乙醚,取下针头,迅速用橡皮帽堵住注射器的小孔。用热水给注射器加温,乙醚迅速汽化,同时用手向外拉活塞,使液态乙醚全部消失,完成汽化实验。用手推活塞,压缩乙醚蒸气,很快出现液态乙醚,完成液化实验。实验简单易操作,现象明显,能让学生充分了解汽化与液化的条件,促进学生汽化与液化物理观念的形成。

通过创新实验,让学生对实验的关注不再满足于现象的有趣,而是深入到实验现象背后的物理规律。因此,从学生创新的实验出发,在不断观察和论证过程中,进行了有效地探究,实验设计思路帮学生打开了物理观念的大门,而这也是创新实验的基本价值所在。从学生角度来讲,实验的创新、学生的参与让物理核心素养落地生根。