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新课程标准要求课堂教学应注重让学生经历从生活到物理,从自然到物理的认识过程。“温度”是本章知识结构的核心,本章的教学首先围绕温度和温度计进行,更重要的是物态变化围绕温度是否变化进行的。因此,“温度计”这一节课在本章的地位可见一斑。本课在课堂教学模式的改革、注重全员参与、让学生主动探究等方面力争做出一些努力,根据物理课程标准的要求,结合本节课的实际情况,改变过分强调知识传承的倾向,让学生经历科学探究过程,在探究过程中学习科学研究方法,培养学生的科学态度、探索净胜、实践能力及创新意识。通过媒体展示,优化课堂教学,提高教学效果。
二、学情分析
八年级的学生正处于发育、成长阶段,他们思维活跃,求知欲旺盛,具有强烈的操作兴趣,处于从形象思维向抽象思维的过渡时期。他们的观察、想象能力不断发展。但是刚接触物理,对科学探究的基本环节掌握欠缺,且在他们的逻辑思维还需要经验的支持。因此应以学生身边现象引入知识,逐步让学生理解和应用科学知识。
三、教学目标及重难点
1、知识与技能
知道温度计的制作原理和工作原理
了解生活中常见的温度值
会有温度计测量温度
2、过程与方法
通过观察和实验,了解温度计的结构及工作原理
通过学习活动,是学生掌握温度计的使用方法
3、情感态度与价值观
通过教学活动,激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲望
使学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理
4、教学重点
摄氏温度的的规定及其读法和写法
实验室温度计的使用方法
5、教学难点
温度计的构造和使用方法
四、教学过程
(一)导入
播放视频《被困火焰山》,提问:视频中师徒四人到达火焰山之后,感觉怎么样?(学生回答热)接着追问他们为什么感到热?引出生活中有很多物理冷热不同。今天我们就来学习一个新的物理量——温度
(二)自学
学生自制体温计;观察实验室温度计的结构;回顾长度测量的方法,自学使用温度计的方法
(三)精讲
1、温度
我们用温度来表示物体的冷热程度
热的物体温度(高),冷的物体温度(低)
让学生举例哪些物体温度高,哪些物体温度低
提问他们是怎么知道物理温度的高低的?(凭感觉)
反问凭感觉是否可靠,用实验验证
2、温度计
感觉不可靠,用什么测量温度?引出温度计
介绍世界上第一支温度计的由来
展示生活中常见的温度计——实验室温度计、体温计、寒暑表
展示自制温度计,了解自制温度计的结构原理
观察实验室温度计结构,对比自制温度计
3、摄氏温度
介绍讲解摄氏度的规定原则、标准。
练习读温度计读数
让学生练习一些自然界中的温度的读数
4、温度计的使用
回顾对比长度测量,直尺的使用,学习温度计的使用
让学生动手实验,用温度计测量水的温度
5、体温计
与实验室温度计对比,让学生自己得出它的量程和分度值
提问:为什么体温计可以离开人体后再读数?
因为体温计有一个缩口
为什么用体温计之前要甩一下?
为了把水银甩回到玻璃泡
一、液体温度计的构造
普通液体温度计的构造如图所示,主要由带均匀刻度的玻璃外壳、薄壁感温玻璃泡、毛细玻璃管、测温液体等组成,感温泡中的液体常用水银或酒精(染成蓝色或红色)、煤油(染成红色)。
二、温度计的测温原理
温度计能够测量出温度,它是利用了液体的热胀冷缩的性质,同学们都知道,物质一般都具有热胀冷缩的性质,当温度升高时,测温液体由于受热膨胀,体积变大,测温液体的体积超过了玻璃泡的容积,测温液体就会沿着毛细玻璃管向上;反之则向下,我们就可以通过观察玻璃管中液柱长短的变化知晓温度的变化。
三、温度的单位和分度方法
1,温度的常用单位一摄氏度(℃),C表示所使用的温标是摄氏温标,由瑞典物理学家摄耳修斯首先提出的。
2,摄氏度(℃)的规定:以通常情况下冰水混合物的温度作为0度,以及1个标准大气压下水沸腾时的温度作为100度0度到100度之间等分为100等分,每一等分就是摄氏温度的一个单位,叫做1摄氏度,摄氏温度用符号℃表示,读作“摄氏度”。
例:“-8℃”,读作“负八摄氏度”或“零下八摄氏度”。
四、使用液体温度计的注意事项
1,使用温度计前应先估计待测物体的温度,然后选择量程、分度值都合适的温度计。
2,使用时应:放、读、取
(1)放:在测温时,必须使温度计的感温泡与被测物体充分接触,如果测量液体的温度,则感温泡应全部浸没在液体中,而且不能与容器的底、壁相碰(因容器的温度往往与盛放液体的温度有差别)。
(2)读:在读数时,要待温度计中的液面高度不再变化才能进行,并且普通温度计不能离开被测物体,人的视线要跟液柱的上表面相平(若俯视,则读数偏大;若仰视,则读数偏小),普通液体温度计的最小分度值为1℃或0.5℃,一般情况下不需要估读出小于最小刻度的数值。
例1如图。甲、乙两只温度计的示数各为多少?
解析温度计的读数应该先找温度计的零刻度在哪里,然后再看液柱的上表面在零刻度的上方还是在零刻度的下方,甲、乙两图刻度都不完整,从图中不难看出,甲图的零刻度在10的下方,而乙图的零刻度在10的上方,故甲图为零上37℃,即37℃,乙图为零下38℃。
(3)取:实验完毕取出温度计并放回原处
例2对照上面温度计的使用方法,请判断下面四种测温度的方法哪个对,哪个错,错在哪里。
解析
A a图测量方法是错误的,因为温度计的玻璃泡碰到了容器的侧壁。
B,b图测量方法是错误的,因为温度计的玻璃泡碰到了容器的底壁。
C,c图测量方法是正确的。
D,d图测量方法是错误的,因为读数时视线没有与温度计的上表面相平。
3,若想温度计的灵敏度高一点,有哪些具体措施呢?
所谓的温度计灵敏度高就是指温度稍许有些变化,温度计的液柱升降比较明显,要做到这一点,我们可以把温度计的液泡做得大点,这样液泡内装的液体就多,在温度变化量相同时,液体体积变化就比较大,所以液柱升降就比较明显,还可以把温度计的毛细管做得更细些,液泡的玻璃壁做得更薄点等。
五、知识拓展
体温计及使用
体温计的构造很特殊,体温计是玻璃管内装有水银的液体温度计,由于人体温度最高不超过42℃,最低不低于35℃,所以体温表的测量范围通常是35℃-42℃,每个小格代表0.1℃,体温计玻璃泡容积大,毛细管内径很细,当温度发生一定的改变时,水银柱的长度变化很大,因此就能较为准确地测量出人体的温度,此外,在玻璃泡和细管相接的地方,有一段很细的缩口当体温计离开人体后,水银变冷收缩,水银柱就在缩口处断开,上面的水银退不回来,所以体温计离开人体后还能继续显示人的体温度。
体温计在测温之前需要拿着不是水银头的那端甩一甩,甩到35℃以下,读数的时候用手捏着温度计没有水银的那一端,放平,慢慢向内或向外旋转,直到玻璃把水银条折射得变粗。这时候读数就比较清楚。
例3有一支用完没有甩过的体温计,读数停在38.2℃,被误用来测量病人的体温,若病人实际体温是37.8℃,体温计读数是
℃:如果病人实际体温是38.5℃,体温计读数是
1. 主要概念和公式
(1) 温度计的测温原理
大量事实表明: 物体的体积、长度等一些物理量,会随温度的改变而呈现出某种变化,我们可以通过这些物理量的变化情况,测量出它们的温度变化. 日常生活中使用的液体温度计就是根据水银(或酒精) 的热胀冷缩现象制成的.
(2) 常见的液体温度计种类
按用途分,常见的温度计有实验用温度计、寒暑表、体温计;按测温物质分有水银温度计、煤油温度计、酒精温度计等.
实验用温度计的刻度范围一般为-20~110℃,分度值为1℃.
寒暑表的刻度范围一般为-30~50℃,分度值为1℃.
体温计的测量范围为35~42℃,能反映人体温度变化范围,能反映人体正常温度37℃;分度值为0.1℃,测量精确度高. 构造特点之一是玻璃泡的上方有一段非常细的缩口,可以离开人体读数,但使用后一定要使升上去的水银向下甩回玻璃泡里;构造特点之二是刻度部分制成三棱柱形,起放大镜作用.
(3) 温度计的使用方法
在使用温度计测温度前: ① 选择量程合适的温度计,若待测温度高于温度计的最高温度,温度计会胀破,若待测温度低于温度计的最低温度,则测不出温度值;② 认清它的最小刻度值,以便测量时准确读数.
在测量时: ① 将温度计的玻璃泡与被测物体充分接触一段时间(由被测物体来确定时间的长短) ;② 如测液体温度时,温度计的玻璃泡不能碰到容器的底或壁(否则测出的温度不等于被测液体的温度) ;也不能用温度计作搅动器来搅动被测的液体(因为温度计的玻璃泡壁很薄,碰到容器壁容易碰坏) ;③ 当温度计中的液面不再升高或降低时再读数(如被测物体的温度是稳定不变的,则经过一段时间后待温度计中的液面稳定后读数;如被测物体的温度是变化的,则要在温度计中的液面不再上升. 将要下降,或不再下降,将要上升时读数) .
在读数时: ① 温度计的玻璃泡不能离开被测物体(体温计除外) ;② 视线要与温度计中液柱上表面相平(如液柱的上表面是凸面,则与凸面的顶部相平;如液柱的上表面是凹面,则与凹面的底部相平) ;③ 对于体温计的读数. 视线要与体温计垂直,且转动体温计到读数最清楚的位置(因为体温计玻璃管的内径很细,外径的横截面是三角形的,相当于一个凸透镜,能起到放大的作用) .
在测量后: 体温计必须用力甩(使已升上去的水银再回到玻璃泡里,如果没有将水银甩回到玻璃泡内,则体温计只能测出高于它原来示数的温度,但不能测出低于它原来示数的温度),而其他的温度计不必要甩.
2. 基本物理方法
转化法:温度计是利用液柱长度的变化来显示温度高低的.
3. 易错易混的问题
(1) 不会读取温度值;
(2) 混淆实验温度计与体温计在构造和使用方法上的区别.
二 考点聚焦
1. 命题趋势
综观近几年全国各地的中考物理试题,本部分内容主要考查温度计的原理、使用和读数. 试题热点集中于从图中读出温度计的示数,判断使用温度计测温、观察方法和正误. 个别省市为了进一步考查学生分析问题的能力,还考查如何用刻度均匀、示数与摄氏温标不同的温度计测温的问题,题型都是以填空、选择的形式出现.
2. 典题解析
题 1 有些物理量的大小不易直接观测,但它变化时引起其他量的变化却容易直接观测,用易观测的量显示不易观测的量是测量物理量的一种思路. 例如: 温度计是利用液柱长度的变化来显示温度高低的. 请你也举出一个例子: .
解析 本题是结果开放性试题,同时又渗透着物理学研究问题的方法――转化法. 用易观测的量显示不易观测的量是制作测量仪器的一种基本思路. 如: 弹簧测力计是利用弹簧长度的变化来显示力的大小;电流表、电压表是通过指针偏转角度的变化来显示电流、电压的大小;天平是通过砝码和游码数量的多少来显示被测物体质量大小的等等.
点评 用易观测的物理现象来推测无法感知的事实,这是物理学中常用的转化方法. 初中物理学中常见的转化法事例有: 在鼓面上撒一些纸屑,通过纸屑的运动反映鼓面的振动;通过扩散现象说明分子在不停地做无规则运动;用手很难将固体压缩,说明固体分子间有斥力;酒精和水混合后总体积变小,说明分子间有间隙;摩擦起电,说明原子是由更小的微粒组成的;通过观测电路中小灯泡的亮或灭,来判断看不见、摸不着的电流的有无.
解析 根据温度计测温原理及摄氏温度的规定,看清温度计的分度值,注意液面的位置看是在0℃以上还是0℃以下,可正确解答此题. 答案: 热胀冷缩,℃,温度计甲的示数为2.4℃,读做2.4摄氏度. 温度计乙的示数为-1.8℃,读做零下1.8摄氏度(或负1.8摄氏度) . 温度计读数时需要注意三个问题. 一是温度计的刻度,即弄清温度计的量程和最小刻度;二是正确判断玻璃管内液面位置;三是正确读数.
点评有些同学习惯地认为1个小格代表0.1℃,错误地认为温度计甲为2.2℃,应当看清2℃至3℃有5个小格,每个小格为0.2℃. 另有些同学未看清温度计乙的刻度示数随液面下降而加大,即此时的示数为负值. 误将温度计乙的示数读为2.2℃.
温度读数误区,把零度以下的温度读作摄氏负多少度或摄氏零下多少度都是错误的,应读作零下多少摄氏度或负多少摄氏度.
题 3两支内径不同、下面玻璃泡内水银量相等的合格的温度计,同时插入一杯热水中,过一会儿则地看到() .
A. 两支温度计水银柱上升的高度相同,示数相同
B. 内径细的温度计水银柱升得较高,示数较大
C. 内径粗的温度计水银柱升得较高,示数较大
D. 内径粗的温度计水银柱升得较低,两支温度计示数相同
解析温度计玻璃泡内装有液体,若其内径做得细一些,当温度升高时液柱的高度细内径的比粗内径的要大,灵敏度高些,但两支温度计所表示的温度相同. 正确答案为D.
点评家庭和实验室里常用的温度计是根据液体热胀冷缩规律制成的,要明确玻璃泡内水银量相等,升高相同的温度时,液体膨胀的体积相同,内径细的,液柱升高的高度就大.
题4一支温度计刻度均匀但示数不准,在一标准大气压下,把它放入沸水中,示数为95℃,放在冰水混合物中示数为5℃. 现把该温度计悬挂在教室的墙上,其示数为32℃,教室内的实际温度是() .
A. 27℃ B. 30℃ C. 32℃ D. 37℃
解析 首先,根据摄氏温度的规定,计算出此温度计每小格所表示的实际温度. 根据摄氏温度的规定,此温度计在冰水混合物中示数为5℃,它的实际温度值为0℃;在一标准大气压下沸水中的示数为95℃,它的实际温度为100℃. 示数5℃与95℃间有90格,代表的实际温度差为100℃. 所以每格表示的实际温度为10/9℃,其次,根据题给条件算出室温的格数,从5℃到32℃之间有27格. 最后,用室温的格数与每格表示的实际温度数相乘,就可以算出室温的大小. 选B.
解法一(1) 此温度计每格表示的实际温度为
100℃/(95-5)格=10/9℃/格.
(2) 室温的格数为(32-5) 格=27格.
(3) 室温为t=10/9℃/格 × 27格=30℃.
解法二根据摄氏温度的规定和题给条件画出校准表如图2所示.
根据校准表,用比例法可列方程
(t-0)/(32-5)=(100-0)/(95-5),
解方程得t=30(℃) .
点评 本题的实质是以原刻度为标记, 重新改制一个温度计. 具体的做法是确定0℃和100℃时,这支温度计的液面位置;确定温度计上每个刻度所表示的实际温度;最后根据温度计示数确定所测的准确温度.
解题中把温度每小格“定格”在1℃上. 有的同学认为冰水混合物的温度为0℃,则示数为5℃处为0℃,示数为32℃处为32℃-5℃=27℃,错选了A. 有的同学认为沸水温度100℃在温度计示数95℃处,则32℃处表示的实际温度为32℃+5℃=37℃,而错选了D. 如果某个温度计的刻度均匀但示数不准,可以进行“校准”,即要抓住摄氏温标0℃和100℃的规定;掌握温度计制作原理及刻度方法;理解每小格所代表的实际温度值,按温度计的原刻度重新设计刻度上的示数,达到准确测量温度的目的.
三 创新试题
1. 比较图3中常用温度计和体温表计的不同点:
2. 甲、乙两只准确的温度计,甲的玻璃泡的容积比乙的大,两只温度计的玻璃管的内径相同,若以℃为单位,当周围温度改变时() .
A. 甲的水银柱的长度的变化比乙的大,因此甲的读数比乙的大
B. 甲的水银柱的长度的变化比乙的小,因此甲的读数比乙的小
C. 甲的水银柱的长度的变化比乙的大,但读数仍与乙的读数相同
D. 甲、乙水银柱的长度的变化相同,因此两温度计的读数相同
3. 下表是一些物质的熔点和沸点(1标准大气压) ,根据下表,在我国各个地区都能测量气温的温度计是() .
A. 水温度计 B. 水银温度计
C. 酒精温度计 D. 乙醚温度计
体温是人体生命体征之一,因而,对体温的监测显得尤其重要,护理文书规定,凡住院患者每日至少检测体温2次,重症患者每隔2~4小时监测1次,因此,监测体温是护士最基本最频繁操作之一。按《临床技术操作规范》要求,测体温时需携带一盘子,内置消毒液容器、清洁的干容器,容器内分别放浸有消毒液的纱布、干纱布及秒表、笔、记录本。操作时要端着盘子,或者推着治疗车,集体测体温时,把盘子放在床头上,或放在治疗车上面。收体温表时,护士既要拿记录本、笔,又要取、看体温表,还要手摸脉搏,还要看表计数,极为不便。在繁忙的临床工作中,护士往往嫌麻烦,往往不遵守规范,简化程序。测试体温时,有的护士将体温表放置在口袋中,有的放置在盒子中,还有的放入篮子中,一不小心体温表还会从口袋内滑出,或者手中的体温盒被撞落在地,摔坏体温计,造成汞污染。而此盒的应用,避免了上述问题,既方便了临床工作,又符合操作规范,还提高了工作效率。护士乐意接受。现报告如下。
制作材料
16cm×8cm×12cm(长×宽×高)的带盖塑料盒1个,一侧底部外面有可控制开关的小孔,盒体两端分别连有1个4cm×8cm×6cm的无盖小盒,两端上部留有挂钩。16cm×8cm同质上下内架板2块。内架板上均匀排列有50个等边三角形小孔,上内架板的孔边长为1cm,下内架板的孔边长为0.8cm,孔与孔之间的距离上支架板为0.5cm,下支架板为0.7cm。可调节长短的透明塑料背袋1条。底座为24cm×9cm同质塑料板1块,在一侧的底部边沿(即比盒体宽出的1cm处),置有可控制的活动夹板,与盒体同侧面大小一致。夹板上沿外面设有可控制的小活动板条。
制作方法
在上下内支架板的各孔中,分别镶嵌入盛放体温计的外壳长部分端,开口端镶嵌在上支架,底端嵌入下支架。使开口端与支架成平面。上支架各孔与架之间的缝隙要密闭,必要时用黏堵材料黏堵。然后,把整好的支架嵌入塑料盒,使上支架的平面低于塑料盒上沿约2.5cm。最后,用黏合剂将上支架四周与塑料盒四壁黏堵密闭。还可将小孔之间的塑料板上按一定的规律刻上床号,涂上颜色,以醒目。最后把底座和盒底黏合一体即成体温测试盒。再把背带挂在盒两侧的挂钩上即可。
使用方法
集体测试体温时,打开盒盖,将其放置一边,将体温计分别放入各孔中,干纱布、浸有消毒液的纱布,可分别放置在盒子两侧边的小盒内。手表可挂在底座夹板上沿的小板条上,也可戴在手上。记录本可放在底座的夹板上。用时夹板打开,不用时合上夹板即和盒体成一体。被带斜跨在肩部,也可挂在颈部,其长度可自行调节,舒适方便即可。发送体温表时,所发出体温表的床号,可与盒上标记的序号相对应,以免漏收丢失体温表。测体温时,如腋窝有汗,可用干纱布擦拭。回收体温表时,用消毒纱布擦拭甩表后将体温表插入盒子的孔内,收齐后,再向盒内倒入消毒液,盖上盖子。消毒完毕,把盒子侧面底部的放水孔打开,放掉消毒液。再用蒸馏水或者清水同法冲洗残余消毒液。晾干后,加盖保存备用。
优 点
计数快捷,利于交接:临床中盛放体温表通常用盒子横式放置,交接班时或者是测试体温前,要一一检查计数,劳神费时;而在此盒内有规律的放置一目了然,省工省时。
《温度的测量》是学生第一次学习和使用的测量工具,是学生学习物理的真正开始.该节课的重点是温度计的原理与使用.通常的教学是教师先出示常用温度计、实物挂图让学生观察,引导学生思考温度计的构造、原理.然后让学生通过测量烧杯中水的温度,归纳出使用方法.这样的教学过程表面上是顺畅的,学生也经历了实验的过程,温度计使用方法的得出也是水到渠成的.但事实上,学生的思维是被动的.因为学生是机械地模仿教材上的设计进行的,教学的过程显然缺乏严谨的抽象与概括、分析与综合、推理与判断的过程.这样的教学是不利于学生科学素养的提高和科技创新人才的早期发现与培养的.
1课堂教学片段
教师:(出示图1所示的自制温度计)老师这里有一只玻璃瓶,瓶内装满浅红色的液体,用中间插有玻璃管的橡皮塞将液体封住,橡皮塞的上方有一小段液柱, 液柱显浅红色,是为了便于观察其在玻璃管中的上升或下降.大家讨论一下,用这只玻璃瓶能分辨出讲台上的甲、乙两杯水温度的高低吗?
学生:(思考、讨论)能够,只要将玻璃瓶先放入甲杯水中,观察玻璃管中液柱平衡时液面的位置.然后将玻璃瓶放入乙杯水中,如果此时玻璃管中液柱上升,说明乙杯水的温度比甲杯水高,如果玻璃管中液柱下降,说明乙杯水的温度比甲杯水低.
教师:这种判断方法有理论依据吗?
学生:有,玻璃瓶放入温度高的水中后,玻璃瓶内液体的温度将升高,体积将增大,玻璃管中的液柱将升高.其理论依据是液体具有热胀冷缩的性质.
教师:你们同意这种观点吗?(同意,教师让该学生上讲台实验验证).
学生:(演示实验)刚才的实验显示,辨别甲、乙两杯水温度高低时,玻璃管中液柱的升高或降低的幅度不大,说明该装置的演示的可视性不够.
教师:那么采取怎样的措施,能使玻璃管中液柱能灵敏上升或下降呢?(学生合作讨论后回答)
学生1:可以将玻璃管变细一些,玻璃管中的液柱由于横截面积的减小,使液柱升高的高度增大.
学生2:可以换大一些的玻璃瓶,瓶中由于液体质量的增加使膨胀后的体积增大得更多,玻璃管中液柱上升的高度就会更大.
学生3:还可以将玻璃瓶中的液体换成热膨胀性能更好的液体,增大其膨胀后的体积,使液柱升得更高.
教师:刚才的三位同学从不同的角度采取不同的方法,其目的都是为了增大液柱上升的高度.由此也给我们提供一个值得探究的问题,由于时间关系,该问题的探究留在课外进行.各小组按照“提出问题、猜想假设、设计实验、收集数据、分析论证、得出结论”这几个环节进行,“合作交流”的环节留在下堂课上进行.
教师:利用这个玻璃瓶能测甲、乙两杯水温度的大小吗?
学生:不能,因为玻璃管上缺少刻度.
教师:那么如何给它刻上温度的刻度呢?(引导学生自学教材,找到温度计刻度的方法)
学生:(讨论、交流)先将该玻璃瓶放在冰水混合物中,玻璃管中液柱稳定时在其上表面处刻上0 ℃,然后将其放入一个标准大气压下的沸水中,在玻璃管上刻下100 ℃,再在0 ℃到100 ℃之间均匀地刻上100等份,每一份就是1 ℃.
教师:现在用这个已经在玻璃管上刻有温度刻度的玻璃瓶,就能测物体的温度了,我们先给它取个名字,(学生异口同声回答:温度计)用这样的温度计测量物体的温度方便吗?说明理由.
学生甲:(自由讨论)不方便,因为玻璃瓶的体积太大,玻璃管太粗,测量精度不够.
学生乙:玻璃管端口没有封闭,移动时液体容易从端口流出,不方便携带.
教师肯定了学生的回答,并让学生从构造、刻度、使用范围方面思考,比较实验室温度计、寒暑表、体温表的异同点.再通过测量水温的实验归纳出温度计的使用方法.最后,提醒学生课外以小组为单位,围绕温度计的精度问题进行实验探究,下堂课交流展示.
2课外实验探究
各小组在课外进行实验探究,现将其中比较典型的探究报告整理如下.
2.1提出问题
温度计的精度与哪些因素有关?
2.2猜想假设
猜想一:温度计的精度可能与玻璃泡的大小有关;
猜想二:温度计的精度可能与玻璃管的粗细有关;
猜想三:温度计的精度可能与管内测温液体有关.
2.3设计与实验
2.3.1实验器材
图2是部分学生利用实验室提供的器材进行探究的.其中玻璃瓶分别选容积为30 mL、60 mL和125 mL的小、中、大三种,玻璃管选直径为3 mm、4 mm和5 mm的细、中、粗三种,并在玻璃管上贴上刻度线(不是温度线),便于记录液柱升高的格数.烧杯和用高锰酸钾配制的红色的水,为便于观察液柱的刻度,烧水壶用来提供热水,水槽中配制浅红色的水也便于观察.
2.3.2实验步骤
(1)先用三个大小不同的玻璃瓶代表玻璃泡的大小不同,瓶内装满相同的水,相同的玻璃管上刻有相同的刻度线.将三个玻璃瓶分别同时置于装有冷水和热水的水槽中,分别观察水柱上升的高度,如图3所示.
(2)再用刻有相同刻度线但粗细不同的三个玻璃管,通过三个相同的橡皮塞将三个装满相同水的相同玻璃瓶口封柱.将三个玻璃瓶分别同时置于装有冷水和热水的水槽中,分别观察水柱上升的高度,如图4所示.
(3)最后在三个相同的玻璃瓶内装满酒精、水、煤油,用三个刻有相同刻度线的相同的玻璃管通过三个相同的橡皮塞封柱玻璃瓶口.将三个玻璃瓶分别同时置于装有冷水和热水的水槽中,分别观察水柱上升的高度,如图5所示.
2.4收集数据
(1)验证猜想一的实验记录如表1所示.(二次示数的高度差,如图6所示)
玻璃泡越大,其热膨胀而增加的体积就越多,液柱升高的高度就越高.即玻璃泡越大的温度计精度越高.
由表2可知,温度计的精度与玻璃管的粗细有关.在玻璃泡的大小相同、测温液体升高的温度相同时,其热膨胀而增加的体积ΔV虽然相同,但由ΔV=sh可知:s越小,h就越大,也就是说:玻璃管越细,液柱升得越高.即玻璃管越细的温度计,其精度就越高.
由表3可知,温度计的精度与测温液体有关,在玻璃泡的大小相同、玻璃管的粗细相同时,不同测温液体由于其热膨胀的性能不同,使它们虽然升高相同的温度,热膨胀程度大的液体其增大的体积多,液柱升得就高.即测温液体热膨胀性能高的温度计的精度也高.在水、煤油、酒精这三种测温液体中,酒精的热膨胀性能最好,用它作温度计的测温液体,其灵敏度比较高,水的灵敏度比酒精低得多,所以不用水作温度计的测温液体.(水在4 ℃以下具有反膨胀特性、水的比热容大等都是不能作测温液体的原因)
2.6得出结论
综上所述,温度计的精度与玻璃泡的大小、玻璃管的粗细、测温液体的热膨胀性能等因素有关.玻璃泡越大、玻璃管越细、测温液体的热膨胀性能越好,温度计的精度就越高.
“关注实验工具生成”是在建构主义的教学背景下和新课标的要求下提出的,它强调教师不直接向学生提供实验工具,而是通过困难情境的创设,激发学生的探究热情;同时通过困难问题的“抛锚”,引导学生进行发现和探索,学生在实验工具的“再发明”过程中完成了相关知识和技能的建构(图1)。
二、“关注实验工具生成”,改变教师的实验教学理念
在传统教学中,科学实验是科学课程的组成部分,这使得实验教学始终处于从属地位,实验教学得不到有效开展。新课改以来,“以学为中心”的教学理念已经深入人心,但受到知识本位教育主义的影响,“以学为中心”的教学理念并没有得到有效落实,在实验教学中尤为突出。很多教师对于实验教学的目的并不明确,他们认为实验教学的目的仅仅在于结论的得出,形成了一种以逻辑为起点,以知识技能为本,以教师课堂和教师为中心的错误教学观。这样的实验教学观忽视了“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”三维目标之间的有机融合,忽视了学生探究和思维发展的需求。“关注实验工具生成”则要求教师在课堂教学中引导学生自主设计、改造实验工具。它强调的是实验工具的生成过程,这就需要教师在备课过程中认真研究实验工具的组成部分,深刻解读实验工具各个部件的作用和意义,深入思考实验工具各个部件生成的先后顺序,让教师真正做到将“问题”作为教学的起点,深入贯彻新课标提倡的“合作、自主、探究”的学习方式,逐渐形成实验教学不仅仅是让学生掌握知识,收获技能,还在于培养学生的创新意识和思维能力,提升学生的科学情感的理念。
三、“关注实验工具生成”,提升学生的科学素养
1.发展学生创新思维。学生的思维能力包括逻辑思维能力和创新思维能力。据统计显示,中国现阶段大学生创新思维能力远低于发达国家,并且差距有逐年拉大的趋势,其症结在于中国现行阶段的教育理念。畸形的教育理念严重制约着学生的思维发展平衡,导致高分低能的学生屡见不鲜。随着新课程改革的推进和深化,实验教学的地位和重要性也越来越明显,但如何利用实验教学培养学生创新思维的问题仍然有待解决。例如,在“体温计”一节的教学中,教师往往先让学生比较温度计和体温计的不同,在同中求异,找到体温计的独特构造,继而引导学生思考,揭示这些特点所起的作用并学会使用方法。这样的做法虽然也培养了学生的逻辑思维能力,但这种以实验结果为起点,运用逆向逻辑能力推断科学本质的教学模式严重违背学生认知发展的规律,更不利于学生创新思维能力的形成。提高每一个学生的科学素养是科学课程的核心理念,而借助科学课程培养一批具有非凡创造力和创新精神的人才也是时展的必然要求。创新精神源于问题和对问题的思考,在教学中不妨让学生尝试着将温度计改良为体温计,学生发现温度计测量体温的不足和缺陷,有针对性地进行思考和改良,建构体温计。学生在问题和解决问题的过程中形成了用创造性眼光看待世界的思维特点。2.融合科学研究方法。教学实践告诉我们,科学知识是“显性”的,可以通过教学目标加以明确,而科学方法是“隐形”的,隐藏在科学知识的背后,在教学中如果没有科学知识作为有效依托,就会造成科学方法的“游离”,学生仅仅为了方法而学习方法,也就很难完成科学方法的内化和迁移。因此,在实验教学中必然需要寻找实验方法的有效载体。实验工具的制作过程融合了各种科学方法,如液体压强计中,渗透了两种科学方法:转化法和放大法。我们无法直接用仪器测量液体压强的大小,就将液体压强的大小转化成橡皮膜的凹陷程度,即转化法;橡皮膜的凹陷程度变化程度并不明显,我们就通过U形玻璃管将现象放大,即放大法。在实际教学中,教师通过引入测量水体压强困境的情境,充分挖掘学生认知结构中已有的生活经验,将它们转化成科学方法,完成实验工具的构建,从而将“隐形”的实验方法“显性”化,实现了科学实验的有效教学。3.提升学生科学情感。人类对于实际的探索得益于科技的进步和发展。其实,实验工具并不是一蹴而就的,而是通过多次改良才逐渐成熟,中间可能就会涉及到科学发展史。例如,1665年,英国科学家胡克发明了显微镜,在此后的几百年时间里,很多科学家为显微镜发展做出了巨大的贡献,这才使得显微镜的技术得以飞速发展。在实际教学过程中,许多教师直接引入显微镜,介绍显微镜的结构特点和用途,忽视实验教学的情感教育功能,导致课堂乏味可陈。如果教师将如何改良显微镜作为课堂教学的主线,让学生在改良胡克的显微镜的课堂教学中亲历亲为,一方面可以增强学生的自我效能感。另一方面,也将科学发展的过程浓缩到课堂教学中,让学生懂得科学发展并非一蹴而就,而是一代又一代科学人前赴后继、努力拼搏的结果。在落实知识性目标的同时,也向学生渗透科学研究需要坚韧不拔的科学品质,引导他们正确看待学习过程中的困难,增强其信心和勇气。
四、“关注实验工具生成”教学模式的反思
关键词:教学能力;教学设计;教学资源;教学艺术
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1009-010X(2015)03-0035-04
2014年9月29日,第四届全国物理名师大赛在重庆落下了帷幕。笔者李子明有幸作为河北省的参赛代表,回顾准备的经历及上课的过程,收获颇多,特将这次经历及反思总结如下。
教学反思是教师通过对其教学活动进行的理性观察与矫正,从而提高教学能力的活动,是一种分析与研究教学的技能。教学反思水平的提高,一方面要有感性直观的材料,另一方面更要有对教学的理性认识。具体表现是:知其然,课堂上对所实施环节、所采用策略、方法等效果及时捕捉;知其之所以然,课后反思应借助教育理性知识,理论与实践结合进行分析与研究,获得新认知。这样的反思才能达到目的,才能提升教师的专业化水平。
反思之一:优秀的教师必须具备高超的教学设计意识
教学设计包括解读、处理教材,分析教材地位和作用,按照“抓住主线、渗透方法、突出重点、分散难点、安排有序”的指导思想,联系实际对教材进行合理的选择与调整,以适应不同层次学生的实际,有效处理教材的具体内容。
(一)教材内容的条理化
所谓教材内容的条理化是指内容逻辑顺序(科学知识本身内在的逻辑性,即知识序)、认知序(学习者学习活动内在的认知规律)、结构序(把零散的知识“碎片”进行有序整理)、方法序。
心理学研究表明,学习者对学习内容的认识兴趣与智力积极性是首要条件,而这种认识兴趣与智力积极性只有当教学活动同学习者原有的经验、知识、能力联系起来时,才能在最大程度上得到激发。而且,学习者认知的发展也有内在的程序性,即从已知到未知,从感知到理解,从巩固到运用,从具体到抽象,从易到难,由简到繁,由近及远等。
如“串并联电路”。以上海市石笋中学尉曼村老师讲授的 《串联与并联》 “奥特曼的眼睛”为例,联系实际,以“学生活动”方式处理教材:
活动1:连接电路,“让奥特曼能同时睁两眼,又能同时闭两眼” 。活动2 :设计并连接电路,“让奥特曼还能睁一只眼,闭一只眼”。以此处理教材知识结构,展示问题以及解决问题的方法。
再如,以《温度》这节课为例,面对本节内容少而单薄,学生却有丰厚的知识底蕴,课堂活动也不多,怎样处理好教材,设计好思路是本节课的核心。笔者先后设计了两种思路,一是按照教材的逻辑顺序展开,温度温度计的原理摄氏温标各种温度计使用方法体温计。显然这种思路没有创意;第二种思路按照“温度计的发展史”设计教材的顺序,即 “引导学生研究温度的科学内涵温度温度的测量1593年伽利略气体温度计1632年法国物理学家雷伊液体温度计1742年瑞典物理学家摄尔修斯制定了摄氏温标各种温度计使用方法1867年英国伦敦的一位名叫奥尔巴特的医生制作了第一个体温计”的思路逐一展开,让学生通过自然中的现象引出温度及其定义,进一步提出测量温度的工具,体验温度计的原理、制作过程与物理方法,应用温度计的知识解决如何测量,探究体温计的使用方法。
在教学设计中,教师在处理教学内容时要以条理化、结构化和整合化为原则,要把零散的知识“碎片”进行整理,使之条理化、网络化、结构化,便于学生的理解和应用 ,有利于训练学生的思维,学习过程中联想、迁移与应用,拓展学生自主处理信息的能力。
如,对“生活用电”教材进行了多次修订,最后还是以讲家庭电路、家庭电路电流过大的原因以及安全用电进行整理,使之条理化、结构化……
再如,浮力一课,教材只是强调了图示阿基米德的实验,但对于漂浮物体受到的浮力没有深层次的挖掘,学生接受的知识结构出现不完整性…
(二)教材内容的问题化
问题设计的关键是教学思路和问题的提出,教师应立足教材内容,从设计的角度出发,全面、认真地分析、思考有关教学的各种问题,包括教学目标设计、教学对象的基础、教学方法设计、教学程序设计、教学资源有效应用、板书设计、教学评价等,并在此基础上进行合理的系统安排和统筹规划等。
对教材内容的问题设计要充分体现五个基本维度: 宽度、深度、角度、精度和难度。
(1)问题的宽度:思考的范围,问题的陈述应该清晰、具体、完整,与课程的教学内容相联系;
(2)问题的深度:思考的层次,符合课程标准中对教学内容的目标层次要求;
(3)问题的角度:思考的方向,给予学生思维的定向与思维活动的路径选择;
(4)问题的精度: 问题的精度是指问题表述的精确度,问题设计的语言要精确、明晰、严谨,逻辑严密;
(5)问题的难度:也指思考的力度,能引起学生的认知冲突和拓展思维。能引起学生的参与热情和学习动机,培养学生的问题意识,但又不会超越其最近发展区。
如,海南省定安县实验中学的陈生老师讲授的《电流与电路》一课中,设计问题如下:
活动一:让手持小风扇转动起来(体现了问题的宽度)
活动二:自己动手连接,让小灯泡亮(电动机转、蜂鸣器发声)起来(体现了问题的深度)
活动三: 利用发光二极管判断电流方向(体现了问题的角度、精度和难度)
反思之二:优秀的教师必须具备丰富的学科资源
课程标准提出:教材需要开发、整合、重组,即需要“删”除重复的、不合标准的、不必要的内容;需要“增”加新内容,补充材料,或主题活动、实验操作;需要更“换”不合适的、不合理的内容;需要整“合”不同知识点或不同学科的内容;需要打破原来教材内容的次序,创“立”新的框架结构等。
教师必须具有足够的教学资源,才能居高临下,充分开发和利用教材及相关的课程资源(包括教科书、教师教学用书、学生课外用书、科技书刊、音像资料、教学软件、互联网、图书馆、实验室,以及校外的博物馆、科技馆、工厂、农村等),有效地开发和利用课程资源,是切实提高物理教学质量的有效手段。
物理课程资源是多方面的,教师应当具备哪些学科资源呢?应该包括问题资源库、方法资源库(学习方法、研究方法、解题方法)、科学素养(名人轶事、科学技术、趣味物理等视频、动画、录音)、实验与材料资源库、课件与背景音乐以及ppt模板、相关教学理论、反面典型实例等。如,教师不仅要熟悉利用身边的物品做实验,还要关注前沿的DIS新技术、新材料发展与应用,图示的演示电表使用什么新材料可以将其粘连黑板上又可以移动且不损毁等。
再如,在传统的初中物理教学中,在讲到温度和温度计时常举出英国哲学家约翰・洛克(Johnb Locke,1632-1704)在1690年提出的实验建议:“伸出你的右手放入热水中,伸出你的左手放入冷水中。然后把你的两只手同时放入温水中,这时你的右手感觉水是冷的,你的左手感觉水是热的。”以此说明感觉不可靠,凸显使用温度计的必要性。教材常用到的图示实验引课,事实上并非如此,查阅“质疑用‘双手实验’引入温度计――以否定感觉作为引入测量工具的前提有悖科学认识论”,只有博览群书才能居高临下,去科学合理的处理好教材。
反思之三:优秀的教师必须具备一个各有所长的优秀团队
“名师出高徒”。教学既要强调“技术与效果”,又要强调“艺术”。因此,设计好教学思路、方法、多媒体资源、实验资源等需要发挥群体的智慧。基于此,作为一个优秀的团队,就必须有方方面面的人才。以“电流的测量”一课为例,将流行歌曲《小苹果》很有创意的改为《电流表之歌》(附后)效果很好。不难看出:这一个小小的教学环节需要有设计者、演唱者、音频处理视频制作等各路人才。
由此可见一个优秀的教师团队需要由方方面面的人才组成,有创意的设计者、有别具一格的有创意的实验高手、有技术高超的多媒体设计与处理者、有功底深厚音乐和表演天赋的杰出人才……还得有名师引领的专家指点。
教学既是技术也是艺术,说技术是因为整个课堂活动思维含量决定于教师的整体设计的思路、教学方式的整合以及资源的筛选与开发;说艺术是因为教师既要做导演又要做演员,要求教师既要有扎实的口语表述功底(发音准确、吐字清晰、措辞精当、抑扬顿挫),还要有娴熟的课堂教学技能(例如讲授技能、提问技能、倾听技能、板书技能等)以及良好的体态语言和能引起学生共鸣的饱满情感(情真意切,平易流畅,真挚感人,生动有趣,富有激情和个性色彩),来彰显教师的个性化智慧。
【关键词】 实验;动手
学习科学的重要方式之一是实验探究。在探究活动中关系到动手和动脑的问题,正如陶行知先生说:“人生两个宝,双手与大脑。用脑不用手,快要被打到!用手不用脑,饭也吃不饱。手脑都会用,才算是个好老大。”所以对初一学生来说,实验更加重要。如何使实验不只是实验,使学生真正进入角色,手、眼、脑并用地进行有目的地探索活动,更是对知识的运用和深入。
一、从小学知识的引入和深化
从小学刚进入初中,学生对初中科学知识充满好奇,小学的科学内容一般都是比较直观的,但是初中的科学内容要深入,所以学生就会发现在第一章的时候实验的内容很多,而且很多都是小学学习过程中运用过的,但在小学中没有深入和运用,所以学生在做这些实验的时候总是出现这样或那样的问题。
动手做实验不仅仅是动手,更应该要用脑思考。例如在用刻度尺测物长度时,因为在小学的数学教学中刻度尺用的比较多,所以学生会用刻度尺,并认为是很简单的实验。刻度尺的使用学生基本上都会,我们可以根据学生的认知而加深实验的难度,这个时候可以提一些问题,如一个一元硬币的直径是怎么测的呢?刚听到这些问题,有些学生可能会有点难度,自己手上只有一把刻度尺,如何能测呢?但通过小组的讨论合作,学生自己设计实验,并用自己设计的实验去验证这个方案是否可行,从而用正确的方案完成实验。这时学生就会用举一反三的方式得出这一类的实验,再问一下如何测出它的直径呢?可能有几组学生不知道怎么弄,但可以提醒一下一个不够可以多个累加在一起,这时实验就变的很简单了。在这些问题解决的基础上,再追问一个如果给你们一个正方体,你能测出它的体积吗?再给你们一块不规则的石块那是如何测出它的体积?很自然就会引用到量筒。
学生的动手实践并不是一帆风顺的,他们经常会受到阻碍,因而教师应该发挥引领者的作用,帮助学生扫除障碍,使学生扬着思维的风帆不断前进。所以说实验是最好的老师,在实验活动中发现的知识往往会深刻地存在于记忆之中,这样就可以打开学生的思维能力,不局限于只是实验这个环节,而是通过实验使动手与动脑相结合。
二、从日常生活的知识的引入和深化
刚成为初中生,带着好奇、好动、好胜,遇到新鲜事物都想动手试一下。科学的知识很多都是跟日常生活联系在一起的,所以在科学课堂教学中,应该主动激发学生关注身边的一些事情或现象,使他们对学习科学感到兴趣,并积极引导学生动一动,做一做,使内心产生更加强烈的动手和动脑的愿望,让自己主动、积极地去完成。
例如,在讲到测量水的温度、温度计的使用,有学生说:“我家的电话机上有一支温度计,测到的温度是室内的温度。”这时我们就可以把枯燥的知识融入到解决生活问题过程,使学生更加有兴趣学习科学这门功课。对普通温度计可能有些学生感到陌生,但是在讲到体温计,没几个学生不认识的,并且都能对体温计的使用讲得很详细。这只是学生会用而已,但对原理并不太懂,所以我们可以着重介绍,使学生明白。对学生使用体温计的时候,我们可以加深一下,有这样的问题:“为什么每次用之前要甩一甩?假如前面使用的同学是发烧了,而你在用的时候没甩会出现什么情况?”然后让学生去思考,在思考的基础上让学生自己动手试一试,这个效果比教师在课堂上讲很多遍更显著。所以在用普通温度计的时候,可以设计如下:有两个温度计,不知是哪个坏了,你能用多少种不同的实验方法判断出来?通过小组合作,有什么好方法,教师要及时的肯定,这样学生会有促进的动力,对这门功课会更加重视。还有在讲到天平使用的时候,学生会联想到菜场中的称,所以很多学生一拿到天平,就会用手直接去拿砝码和移动游码,而不知道要用镊子去夹,在称食盐的时候就会把它直接放到左盘中,而不放一张纸上称。如果把物体与砝码放错了位置,结果是如何?绝大多数学生会觉得有难度,先让学生合作思考讨论,用数学的方式去推导一下,只有少数的学生能得出,很多学生都不能理解,这个时候拿出天平就能解决这个问题,通过这个实验就会加深学生求知的欲望。让学生觉得自己学到的东西在生活中是有用的,并能创造和改善自己未来的生活,使学生把课堂内的学习与社会、家庭建立一种有机的、必然的联系,这就是着眼于学生未来生活的教学理念。
有时要说明一个道理的实验很多,不一定要用很复杂的实验,这就要注意直观性,知足使学生易于观察,一目了然,做起来困难小,效果好,简单的实验同样可以达到复杂实验的效果。而科学往往跟生活密切联系在一起,有些实验在日常生活中我们就在使用,只不过是不太了解,所以我们要把生活中的实验内容和科学教材中相结合,这样科学源于生活就淋漓尽致地表现出来了,学生学科学也不会感到很无聊,更加对科学这门功课上心。
三、对新学知识的引入和深化
在学习一个新的知识点时,教师可以有针对性地设计问题的情境,激发学生主动参与的学习兴趣,产生积极发现问题,积极探究的欲望,使学生敢想、敢问、敢说,从而诱发学生动手探究的意识。老师可以通过多种途径来激发学生想动手实践的欲望。所以对知识的创新是以知识的积累为根基的,知识的创新往往都是根据原有的知识理念所延伸出来的,要是没有了知识理念的积蓄,知识的创新便无从谈起了!
例如,在讲显微镜的使用时,学生初次接触显微镜,喜欢的是它的“动”,而不是想知道它的结构,他们更好奇怎么用,能看到什么。往往盲目地急于操作,实验中也只顾“热闹”,看不到“门道”,所以先让学生记住显微镜的结构名称和位置,然后演示这些结构的调节和使用方法,最后让学生自己对这些结构的调节和使用方法进行操作练习,学生就会在很短的时间内掌握。这时就要强调多做多练,适当加强实验密度,最大限度满足学生动手的愿望。而学生单一的掌握显微镜的使用是不够的,还要会制作临时装片,在制作过程中学生会出现各种问题,这时我们要及时提醒,在观察时会出现什么现象,让他们自己分析一下为什么会这样呢?让学生试着找出这些问题的根源。最后关键的就是教师要点评总结。从显微镜下我们是看到了细胞结构,这个结构是很小的,但我们通过显微镜可以看到一些只有一个细胞结构的生物,这样我们的观察范围就会扩大,也加深了学生对微小的事物的认识。所以对新知识的积累很重要,可以为后面的知识内容作基石。