鮑錦芬

巧設(shè)玩具載體 提高復(fù)習(xí)效率
——“飲水鳥中的科學(xué)原理”復(fù)習(xí)課的設(shè)計(jì)與反思

鮑錦芬

（浙江省寧波外國(guó)語學(xué)校，浙江寧波 315121）

新課程背景下的解題已不再是題海戰(zhàn)術(shù)能應(yīng)對(duì)的了，復(fù)習(xí)課也不再是習(xí)題的堆積，教育者應(yīng)該改變教學(xué)方式，通過教師的有效提問、學(xué)生建模意識(shí)和科學(xué)探究意識(shí)的滲透、選擇有效教具等方式，培養(yǎng)學(xué)生靈活思變和創(chuàng)造性思維的能力．通過聯(lián)系自然和生活，將抽象的科學(xué)知識(shí)模型化，打開學(xué)生的思維，解放學(xué)生的思想，培養(yǎng)創(chuàng)新型的人才．

復(fù)習(xí)課；提問；建模；物理教學(xué)

1 教學(xué)背景

如何提高復(fù)習(xí)課的知識(shí)性和趣味性，增強(qiáng)復(fù)習(xí)課的活力是畢業(yè)班教師一直探索和追求的方向．課堂上創(chuàng)設(shè)學(xué)生感興趣或親身經(jīng)歷的生活事件作為教學(xué)情景，通過觀察和實(shí)驗(yàn)探究事件真相，激發(fā)學(xué)生的求知欲，運(yùn)用科學(xué)探究中的建模法對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)整合，發(fā)散學(xué)生的思維，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)．本節(jié)課選擇飲水鳥這一中國(guó)古代的玩具作為課堂的載體，達(dá)成復(fù)習(xí)課上知識(shí)與技能，過程與方法和情感態(tài)度與價(jià)值觀的三維目標(biāo)．

2 教學(xué)過程設(shè)計(jì)：（4人小組的分組教學(xué)）

環(huán)節(jié)1．建立杠桿模型．

圖1

實(shí)物展示：工作中的飲水鳥（如圖1）．

介紹飲水鳥的結(jié)構(gòu)，請(qǐng)學(xué)生組裝桌上的飲水鳥．

根據(jù)飲水鳥的工作情景，前后晃動(dòng)身體，引水，直立，繼續(xù)前后晃動(dòng)身體，周而復(fù)始的工作．

教師提問1：根據(jù)飲水鳥的工作情景，你能用一個(gè)物理模型來描述它嗎？

學(xué)生1：杠桿模型．

教師追問2：你的判斷依據(jù)是什么？

學(xué)生1：飲水鳥的身體繞著支架這一固定的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在力的作用下，能繞固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的硬棒就是杠桿．

教師提問3：根據(jù)杠桿的五要素，它的動(dòng)力，動(dòng)力臂，阻力和阻力臂怎么表示呢？

圖2

圖片展示：出示飲水鳥圖片，要求完成飲水鳥上的杠桿五要素的作圖，頭泡部分所受的重力為動(dòng)力F1，尾泡部分所受的重力為阻力F2，順?biāo)浦蹚?fù)習(xí)力臂的概念并復(fù)習(xí)作圖要求（如圖2）．

教師提問4：工作中的飲水鳥處于平衡狀態(tài)嗎？

學(xué)生各抒己見．復(fù)習(xí)杠桿平衡的狀態(tài)和杠桿平衡的條件．

教師提問5：學(xué)生們組裝的飲水鳥，有些能持續(xù)工作，有些飲水后無法直立，有些前后搖動(dòng)但一直無法飲水，能解釋這一現(xiàn)象嗎？

學(xué)生2：杠桿的轉(zhuǎn)動(dòng)效果取決于力與力臂的乘積．

通過飲水鳥中杠桿模型的分析，我們就能解決常見的杠桿平衡問題．

環(huán)節(jié)2．建立三態(tài)變化模型．

教師追問6：飲水鳥工作過程中力與力臂的乘積為何會(huì)發(fā)生變化？請(qǐng)仔細(xì)觀察桌上工作的飲水鳥．

學(xué)生1：玻璃管內(nèi)的液柱會(huì)升高．

學(xué)生2：飲水后頭部的液體回流至尾泡．

學(xué)生3：用手捏住尾泡，液柱升高得更快了．是液柱受熱膨脹升高了嗎？

學(xué)生4：不對(duì)吧，尾泡內(nèi)液面下降了，應(yīng)該是尾泡內(nèi)液面上方的氣壓變大了．難道是液體汽化了？

學(xué)生5：那頭部的氣壓應(yīng)該也變大的呀？里邊的液體是什么呢？

教師提醒：摸摸飲水鳥的頭部，再談你的發(fā)現(xiàn)與體會(huì)．

學(xué)生6：頭部的布是濕的，有些涼．

圖3

學(xué)生7：頭部氣壓變小液面才會(huì)更好的升高吧．隨著觀察的深入，學(xué)生間思維的碰撞，逐漸揭露了真相，此時(shí)教師給出飲水鳥內(nèi)液體乙醚的信息，（乙醚，無色透明液體，有特殊刺激性氣味，極易揮發(fā)．溶于低碳醇、苯、氯仿、石油醚和油類，微溶于水．相對(duì)密度0．7134，熔點(diǎn)－116．3℃．沸點(diǎn)34．6℃．）

教師：在飲水鳥內(nèi)部進(jìn)行著氣態(tài)和液態(tài)之間的變化，提出水的三態(tài)變化模型（如圖3）．

圖片展示：如圖4，請(qǐng)學(xué)生分析總結(jié)飲水鳥的工作原理．

圖4

吸水布水蒸發(fā)吸熱，使氣室1內(nèi)氣體溫度降低，氣壓變小，尾泡內(nèi)乙醚不斷從周圍空氣中吸熱汽化，氣室2內(nèi)氣壓變大，上下氣室內(nèi)氣壓存在氣壓差，玻璃管內(nèi)液面升高，飲水鳥重心上移，當(dāng)頭部的動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積大于尾部阻力與阻力臂的乘積時(shí)，頭部低下飲水，飲水時(shí)（如圖4丙），上下氣室相通，氣壓相等，乙醚在重力的作用下流回尾泡，頭部的動(dòng)力與動(dòng)力臂的乘積小于尾部阻力與阻力臂的乘積，飲水鳥直立，接下去將進(jìn)入下一循環(huán)．

環(huán)節(jié)3．建立熱機(jī)模型．

教師質(zhì)疑7：只要給水喝，飲水鳥就一直工作著，難道它是永動(dòng)機(jī)？

學(xué)生1：水蒸氣汽化吸熱，將頭泡內(nèi)氣體的部分熱量散失．

學(xué)生2：尾泡內(nèi)乙醚汽化從周圍空氣中吸熱．

學(xué)生3：尾泡內(nèi)氣體推動(dòng)玻璃管內(nèi)液面升高，使液體重力勢(shì)能增加．

教師總結(jié)：飲水鳥所吸收的熱量不易覺察，所以被誤認(rèn)為永動(dòng)機(jī)，飲水鳥工作過程中伴隨著內(nèi)能與機(jī)械能的變化過程．引出改變內(nèi)能的途徑的知識(shí)點(diǎn)．

教師提問8：飲水鳥工作過程中的能量是如何轉(zhuǎn)化的呢？

學(xué)生4：將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，就像1臺(tái)小型熱力發(fā)動(dòng)機(jī)．

當(dāng)學(xué)生的思維被打開以后，很順利構(gòu)建了熱機(jī)模型．

教師提問9：誰能闡述熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的工作循環(huán)呢？

學(xué)生5：……

圖片展示：如圖5：分析飲水鳥工作中的熱力學(xué)原理．［1］

Q：上下氣室通過熱傳遞吸收來自周圍空氣中的熱量（從外部熱源吸熱）．

圖5

Q1：吸水布上水蒸發(fā)帶走頭泡內(nèi)氣體的部分熱量（蒸發(fā)散熱）．

W：尾泡氣體推動(dòng)液體做功，液體部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為液體的重力勢(shì)能（氣體對(duì)外做功）．

環(huán)節(jié)4．回歸生活 拓展提升．

教師提問10：飲水鳥工作的快慢與哪些因素有關(guān)呢？

學(xué)生1：空氣溫度，空氣流速，吸水布表面積．

學(xué)生2：空氣濕度．

學(xué)生3：讓飲水鳥喝酒吧．

教師提議現(xiàn)場(chǎng)讓飲水鳥勤勞工作，用扇子給飲水鳥的頭部扇風(fēng)，果然飲水鳥工作加快，實(shí)驗(yàn)是科學(xué)教學(xué)最有說服力的方法．

教師總結(jié)：飲水鳥成一個(gè)氣象預(yù)報(bào)員了．

環(huán)節(jié)5．情感態(tài)度與價(jià)值觀教育．

飲水鳥是一只讓天才愛因斯坦都吃驚的神奇小鳥，它充分體現(xiàn)了我國(guó)古代勞動(dòng)人民的聰明才智，它為我們提供了利用天然能源的方法．和學(xué)生探討飲水鳥設(shè)計(jì)的幾個(gè)妙處：（1）支點(diǎn)的確定；（2）頭部吸水布的設(shè)計(jì)；（3）下端玻璃管口大小的控制；（4）飲水鳥中乙醚的量，摸清飲水鳥設(shè)計(jì)的奧秘，課后嘗試自制飲水鳥（如圖6），激發(fā)學(xué)生的興趣，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用．

圖6

3 課后反思

（1）問題情境的創(chuàng)設(shè)提升了教師的整合能力．

教師的有效設(shè)疑，能激起學(xué)生思維的碰撞．學(xué)生在問題的引領(lǐng)下，通過觀察、實(shí)驗(yàn)和討論層層推進(jìn)，解決情境問題，完成學(xué)習(xí)任務(wù)．以問題情境促進(jìn)思維，幫助學(xué)生內(nèi)化知識(shí)規(guī)律，提高思維能力；強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解記憶，提高了復(fù)習(xí)課的知識(shí)性和趣味性，彰顯物理復(fù)習(xí)課的活力．［2］

（2）觀察和實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用提升了學(xué)生的探究能力．

觀察和實(shí)驗(yàn)是探索自然的重要方法．在科學(xué)教學(xué)中如何讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，掌握科學(xué)探究的方法，如何利用科學(xué)探究解決科學(xué)問題已經(jīng)成為物理教學(xué)的核心問題之一．本課教學(xué)過程中充分發(fā)揮了學(xué)生的細(xì)心的觀察能力，如對(duì)吸水布、液柱的變化、液體的回流等細(xì)節(jié)的觀察；調(diào)動(dòng)了學(xué)生敢于探索、勇敢實(shí)驗(yàn)的熱情，如組裝飲水鳥，手捏尾泡加速玻璃管內(nèi)液面升高、扇動(dòng)扇子加快頭部周圍空氣流速使飲水鳥更勤奮的工作．教學(xué)過程中通過觀察、實(shí)驗(yàn)、討論后再探究的模式提高了學(xué)生的科學(xué)探究能力，培養(yǎng)了學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，從而提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)．

（3）建模思想的深入提升了學(xué)生的創(chuàng)新能力．

模型是原型的代替者，是研究原型的間接手段．復(fù)習(xí)課中通過建立模型使知識(shí)得到歸納與類比，有助于加深記憶與理解，“建?！彼枷塍w現(xiàn)的過程就是：理論 模型 實(shí)踐．本課教學(xué)中建立了杠桿、三態(tài)變化、熱機(jī)3個(gè)知識(shí)模型，有效地解決了飲水鳥的工作原理．復(fù)習(xí)課教學(xué)中“建模”思想的滲入充分體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的物理教學(xué)理念，有利于發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，有利于學(xué)生把學(xué)習(xí)知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)、探索發(fā)現(xiàn)更好地結(jié)合起來，它具有趣味性，更具有實(shí)用性．［3］學(xué)生學(xué)習(xí)的過程就是科學(xué)建模的過程，“物理模型”在學(xué)生認(rèn)識(shí)、解決問題中起到了橋梁作用，“物理建模”也體現(xiàn)了“從生活走進(jìn)物理，從物理走向生活”的新課程理念．

（4）玩具教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的物理感知能力．

隨著學(xué)生物理知識(shí)的增長(zhǎng)，能用所學(xué)的知識(shí)解釋自然現(xiàn)象，更能用所學(xué)的知識(shí)去深入探究一些玩具的制作原理．課堂通過新穎的玩具，吸引了學(xué)生的注意力，激發(fā)了學(xué)生用所學(xué)物理知識(shí)解決問題的斗志，提升了學(xué)生對(duì)不同知識(shí)點(diǎn)的融合能力．學(xué)生占在主體地位，使得復(fù)習(xí)課堂一氣呵成，印象深刻．物理學(xué)習(xí)是玩和學(xué)交融的過程，在玩和學(xué)的過程中，讓孩子們留下自己的感悟和方法．

結(jié)束語：美國(guó)教育家杜威指出：對(duì)于學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握的不只是知識(shí)，還應(yīng)包括過程和方法．復(fù)習(xí)課教學(xué)中教師有效的提問、注重探究能力的訓(xùn)練、重視建模思想的滲透、情感態(tài)度價(jià)值觀的提升，使得對(duì)問題的解決起到事半功倍的效果．把課堂重新還給學(xué)生，使復(fù)習(xí)課堂重新充滿生機(jī)，大大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新水平．

1 楊瑞博．飲水鳥中的熱力學(xué)原理［J］．現(xiàn)代物理知識(shí)，2007（02）：53－54．

2 楊厚元．讓化學(xué)課堂體現(xiàn)生活味［J］．學(xué)周刊a版，2010（07）：130－131．

3 溫劍飛．“建模”在《科學(xué)》教學(xué)中的應(yīng)用［J］．中學(xué)理科（綜合），2007（11）：70－71．

2016－08－12）