六种教材编排中“比热容”内容的比较研究_比热容论文

6种版本教材编排“比热容”内容的比较研究，本文主要内容关键词为：教材论文,版本论文,内容论文,热容论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。

      新课程改革提倡“一标多本”。在此背景下，各地涌现出许多不同版本的教材。这些教材的出现，在极大地丰富了教学研究资源的同时，为我们进行不同版本教材的对比提供了可能。通过这种对比可以帮助我们优化教学设计，提高教学效果。笔者以“比热容”内容的编排为例，对2013年人教版、苏科版、沪科版、北师大版、沪粤版、教科版等6种版本教材进行比较研究。

      一、《义务教育物理课程标准（2011年版）》对“比热容”内容的要求

      “内能”是《义务教育物理课程标准（2011年版）》（以下简称《课程标准》）中的一个二级主题，其中关于“比热容”的要求是，通过实验，了解“比热容”，尝试用“比热容”的知识说明简单的自然现象。

      二、不同版本教材“比热容”内容的比较

      1.对6种版本教材“比热容”内容的比较

      6种版本教材“比热容”内容的比较见表1。

      

      2.6种版本教材“比热容”内容编排的分析

      （1）人教版。人教版教材创设了“在海滩上散步，同一时刻沙子和海水的温度不同”的情境，激发学生进行探究、学习的热情，从而自然过渡到“比较不同物质吸热的情况”的实验探究。如图1所示，人教版教材利用两个相同规格的电加热器同时给分别装有质量相同的水和煤油的烧杯进行加热，使水和煤油升高相同温度，比较加热时间的长短。

      

      通过探究，学生认识到不同物质的吸热升温情况不同，从而引入“比热容”的概念。再通过一些物质的“比热容”表，帮助学生明确“比热容”是物质的一种物理属性，也让学生知道水的比热容最大，也就解释了“为什么同一时刻沙子和海水的温度不同”，呼应本节开头创设的情境。再通过“想想议议”，让学生尝试用所学“比热容”知识解释生活中的相关现象，巩固学生对“比热容”的理解。

      人教版教材没有直接给出“比热容”的计算公式，而是在“想想议议”部分用填空的方式让学生填写，引导学生尝试自主总结吸、放热的计算公式。这样，既给学生留出了自主学习的空间，突出其主体性地位，又能帮助学生更好地掌握热量的计算公式，激发其学习的能动性。

      值得注意的是，人教版教材提供了一个拓展实验“用传感器比较不同物质的比热容”（图2），体现了信息技术与物理教学的联系和整合。

      

      （2）苏科版。与人教版类似，苏科版教材通过创设“在海滩上散步，同一时刻沙子和海水的温度不同”的情境来引入探究活动。如图3所示，苏科版教材利用相同的酒精灯分别给装有质量、初温相同的水和沙子的易拉罐加热，观察并记录每隔1 min沙子和水的温度。值得注意的是，苏科版教材除了要求学生记录、分析数据得出结论外，还要求学生在图4上画出沙子和水温度随时间变化的图象。虽然其他教材都没有提到要画图象，但笔者认为这很有必要，它能加强学生描点绘图的基本实验操作技能，为学生分析实验数据、顺利得出实验结论打下基础。

      对于“比热容”概念的建立，苏科版教材与人教版教材一致。关于“比热容”的计算，苏科版教材直接给出计算公式，并通过例题来巩固学生对公式的理解和掌握。关于“比热容”知识的应用，苏科版教材给出一些物质的“比热容”表，并介绍了“海陆风”的成因。

      

      苏科版教材以“同一时刻，海滩上沙子和海水温度不同”为主线，本节所有内容围绕其展开，给笔者感觉结构完整、清晰，连贯性好，易于学习和理解。

      （3）沪科版。沪科版教材从“煤气灶烧水”的情境开始（图5-a），提出如图5-b所示的加热铜块和铁块的问题，进而引入“探究物质的比热容”的活动。沪科版教材利用两个相同规格的酒精灯同时给分别装有质量相同的水和煤油的烧杯进行加热，使水和煤油升高相同温度，比较加热时间的长短（图6）。关于“比热容”概念的建立，与前面两种教材一致。对于“比热容”的计算，教材直接给出计算公式，并通过一道带“*”标记的例题来巩固学生对公式的掌握和理解。关于“比热容”知识的应用，沪科版教材给出一些物质的“比热容”表，介绍了在生产、生活中利用水的比热容大的特性的实例，要求学生知道“为什么沙漠地带昼夜温差很大，而沿海地区则昼夜温差不大”。

      

      （4）北师大版。与“沪科版”类似，北师大版教材也从煤气灶烧一壶水比烧半壶水所用时间长的实验开始，提出“不同种类的物质，质量相同时，升高（或降低）相同的温度，所需要吸收（或放出）的热量相同吗”的问题，进而引入探究活动。北师大版教材利用两个相同规格的电加热器同时给分别装有400 g的水和煤油的相同烧杯进行加热，使水和煤油升高相同温度，比较加热时间的长短（图7）。“比热容”概念的建立和前面3种教材一致。

      

      对于“比热容”的计算，北师大版教材直接给出“比热容”的计算公式，并要求学生写出物体放热时的“比热容”计算公式，但没有例题分析。关于“比热容”知识的应用，北师大版教材给出一些物质的“比热容”表，介绍了在生产、生活中利用水的比热容大的特性的实例，除此之外，还介绍了“海陆风”的成因以及城市热岛效应。

      （5）沪粤版。沪粤版教材从“天气预报”中同一天、同一纬度的沙漠地区、沿海地区温度变化不同开始，指出“温差悬殊”牵涉到“不同物质的吸、放热性能”等问题，进而引入“探究水和砂石的吸、放热性能”的活动。沪粤版教材利用同一盏酒精灯分别给装有100 g的水和砂石的烧杯进行加热，观察并记录每隔相同时间（1 min）水和砂石温度的变化（图8）。“比热容”概念的建立和上述教材一致。

      

      对于“比热容”的计算，沪粤版教材没有给出或引导学生得出物体吸、放热时热量的计算公式，感觉沪粤版教材对热量的计算完全没有要求，可书后却有相关的计算练习，为此笔者甚感疑惑。关于“比热容”知识的应用，沪粤版教材给出一些物质的“比热容”表，介绍了在生产、生活中利用水的比热容大的特性的实例；通过活动2要求学生算出水和砂石升高的温度，进而理解沪粤版教材开头所说的“天气预报”中沙漠地区温差悬殊而沿海地区温差不大的原因。

      （6）教科版。教科版教材综合上述5种教材的引入方式，创设了“夏天，赤脚奔跑在沙滩上和投向大海”的情境，提出同一时刻“沙子烫而海水凉”的问题，再结合“烧水”实验，提出“质量、温度变化相同的不同物质，吸收的热量是不是一样多”的问题，从而引入“比较不同物质的吸热能力”的探究活动。教科版教材利用同一盏酒精灯分别给装有质量相同的水和铁砂的试管进行加热（图9），记录水和铁砂分别上升5℃，10℃，15℃所需的时间。

      

      通过探究，得出“物质吸收热量的多少，不仅与其质量及温度变化有关，还与它是什么物质有关”的结论，从而引入“比热容”的概念。首先通过一些物质的“比热容”表，明确“比热容”是物质的属性，帮助学生理解海水比沙滩温度低的原因；然后通过3幅生活中的图片及说明，让学生尝试应用所学“比热容”知识解释生活中的相关现象，巩固学生对“比热容”的理解。在“讨论交流”环节，教科版教材介绍了“海陆风”，并要求学生解释成因。

      教科版教材没有直接给出“比热容”的计算公式，而是通过一道“水吸收多少热量”的计算题，结合水的比热容的物理意义，先让学生计算“2 kg水温度升高1℃需要的热量”，再计算“2 kg水温度升高（60℃～80℃）需要的热量”，通过一步步引导，使学生很自然地推理并得出热量的计算公式：

      三、反思与启示

      1.创设问题情境，优化实验方案

      “学贵有疑，小疑则小进，大疑则大进。”科学的创设问题情境，引导学生解决问题或生成新的问题，有助于探究活动的组织和教学目标的达成。上述6种版本教材都是通过创设问题情境来引入探究活动的。“烧水”是生活中常见的情境，学生都很熟悉，用这个情境来引入，学生会感到亲切，只是感觉与后面的探究活动以及整节内容联系不大。“海边散步”的问题情境，能激发学生的情感体验，同时后面的探究活动以及整节内容都是围绕它而进行的，给笔者感觉结构完整、清晰，连贯性好，易于学习和理解。但不是所有学生都去过海边，因此不能引起所有学生的共鸣。

      对“比热容”的探究活动，不同的教材给出的方法也不尽相同。首先是热源的选择，人教版教材和北师大版教材选用的是电加热器，苏科版教材等采用的是传统的酒精灯。一般来说，电加热器放出的热量持续且稳定，但这牵涉到的电学知识还没学习，而且水和煤油的导热系数不同，水的导热系数是煤油的4倍，再加上它不便于搅拌，所以实验的结果也不是很理想。用酒精灯加热，如用两盏酒精灯，就算规格相同，由于灯芯伸出的长度、灯芯到石棉网的距离不可能完全相同，所以物体吸收的热量也不尽相同；如用一盏酒精灯，虽然火力相同，但仍不能保证被加热物质单位时间内吸收的热量相同，而且两次实验不同时做，造成时间上的浪费。同样，加热的物质及器皿的选择也是各有优劣。笔者认为，这个实验本来就很难做到特别精准，那么与其片面追求实验数据的准确性，还不如在选择实验方案时，在注重准确性的同时，兼顾实验的安全性和可操作性。最鲜明的案例是2008年修改的沪科版教材，那个实验方案可谓为了追求实验的准确性而绞尽脑汁，方方面面都考虑了，可实际的效果并不是特别理想，因此沪科版新教材又变回了用酒精灯加热。

      麦克斯韦曾说过：“实验的教育价值，往往与仪器的复杂性成反比”。因此笔者以为，苏科版教材的实验设计不失为一个好的探究方案，加热沙子相对于加热煤油，安全性显然有很大的保障；用易拉罐替代烧杯，一是因为易拉罐比热容小，质量小，额外吸热少；二是易拉罐是日常用品，取材方便，操作简单，可以拉近物理与生活的距离，让学生深切地感受到物理学科的真实性，感受到物理与社会、物理与生活、生活与社会的关系。这个实验的数据可能不太理想，笔者觉得这倒可以借鉴沪科版教材的做法，在“反思与评估”环节，给出主要的原因，并让学生讨论还有什么其他的原因。这样既深化了学生对“比热容”知识的理解，又培养了学生分析实验误差的能力以及实事求是的科学态度。

      2.强调学生体验，经历知识过程

      捷克教育家夸美纽斯在《大教学论》中写道：“一切知识都是从感官开始的。”这种论述反映了在教学过程中学生认识规律的一个重要方面：直观可以使抽象的知识具体化、形象化，有助于学生感性知识的形成。为此，在教学中应根据学生的认知特点和规律，通过创造实际的或重复经历的情境和机会，呈现或再现、还原教学内容，使学生在亲历的过程中理解并建构知识、发展能力。

      对于“比热容”的计算，6种版本教材的要求和呈现方式不同，有的是直接给出热量计算公式，然后通过例题来巩固、强化学生对公式的理解和掌握，如苏科版教材等；有的是通过例题，结合水的“比热容”的物理意义，引导学生得出热量计算公式，如人教版教材等。对此笔者倾向于第二种方案，它让学生经历了公式的得出过程。学生对自己得出的公式印象怎么能不深刻呢？这样不仅使学生从形象的感知达到抽象的理性的顿悟，而且能激发学生的学习情绪和学习兴趣，使学习活动成为学生主动的、自觉的活动。这样的成就感不是做多少题所能比的！顺便提一句，虽然《课程标准》对“比热容”的计算没有提出明确的要求，但笔者认为，在实际教学中不提“比热容计算”是不妥的，毕竟它是热学的最为基本的计算之一。

      体验是学生在学习过程中的亲身经历和感悟，是知识内化经验的升华，是自得自悟的全部活动状态，它的亲历性、构建性特点创造了极大的教育价值。

      3.依托教材，超越教材

      教材是一种课程资源，但不是唯一的资源。任何一种教材都应是教师再创造的基石，而不应是束缚教师的枷锁、不可逾越的“雷池”。教材限于篇幅和使用的广泛性考虑，不可能把每节内容都设计得那么具体、翔实，也不可能恰恰针对某所学校实际的学情进行设计，因此，需要我们教师以教材为依托，结合自身的实际教学经验和学生的学情，科学地采用和设计教学方案。

      我们很多教师死抱教材，把它当圣旨，仿佛一切都要以它为准，跟它稍有分歧就是错的。这其实是一种落后的观念，新课改要求教师必须广泛搜集教材资源，“异中求同”、“同中求异”，通过进行教材比较来深化教学研究。因此，我们一线教师要在深刻领会《课程标准》的基础上，根据实际情况进行教材扩充、教材取舍和教材重组，真正做到“用教材教”而不是单纯地“教教材”。

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