| 标题 | 优化物理演示实验培养学生核心素养 |
| 范文 | 范榕华 【内容摘要】本文以沪科版八年级11.2《看不见的运动》中探究水与酒精混合的实验为例，学生在分析混合后体积减少存在多种猜想，无法理解为分子间存在空隙。因此，以教材实验为基础，创新演示实验，利用优化的演示实验，对比排除其他影响因素，同时，结合物理模型，进一步分析混合后体积减少是分子间存在空隙的宏观表现。 【关键词】分子间隙? 演示实验? 科学思维? 核心素养 通常，物质是由大量分子构成的，这些又小又轻的分子是一个挨着一个挤在一起不动吗？如何设计实验来探究呢？ 一、教材实验操作与分析 沪科版教材通过将水和酒精混合后体积减少的现象，来说明分子间存在空隙。实验准备两个相同（量程100cm3）的量筒，分别装有50cm3的水和50cm3的染色酒精，并将酒精完全注入到水中，观察到混合后的总体积小于100cm3，说明分子间存在空隙①。 实验通过水和酒精的混合，观察到混合后总体积减少到98cm3左右，但由于量筒横截面积较大，不能明显的观察到体积变化。教学过程中，学生在观到体积减少的现象后进行如下分析，在倒出酒精后量筒壁上有酒精残留可能影响结果;同时，由于酒精蒸发较快，导致体积减少。另一方面，由于酒精的密度小于水的密度，当酒精注入装有水的量筒时，量筒不便晃动和翻转，则无法在短时间内完全混合，因此学生认为可能是酒精和水密度不同导致体积变化。 两种液体混合体积减少是同学们在宏观尺度上观察到的现象，如何通过实验探究排除其他可能的影响因素，使学生理解是分子间存在空隙造成的，是该实验需要突破的关键。 二、优化教学实验设计与培养物理核心素养 1.基于演示实验的优化设计与物理思维能力的培养 以教材中的实验为例，分析水和酒精混合后体积会减少的原因，需要排除其他影响因素，因此创设教师演示实验进行对比分析。 （1）演示实验的优化设计 实验器材是一个上端带细管的容器，如下图，先向容器中注入约一半体积的水，再注入染色酒精至装满整个容器，由于酒精密度小于水，所以出现上下两种液体的分层现象，即容器容积为混合前的总体积。用橡皮塞塞住管口，将容器上下翻转摇晃，使两种液体完全混合，通过细管可以观察到混合后的体积减少更加明显。 通过对比教师演示实验和学生实验的差异，引导学生分析：a.演示实验中混合前后水和酒精都已装在容器中，排除酒精残留而引起的体积减少;b.该容器管口很小，混合前用橡皮塞塞住，排除酒精蒸发而导致的体积变化;c.让学生理解密度是物质的特性，与体积无关，水和酒精密度虽然不同，但一定量的水（或酒精）对应的体积是不变的。通过以上分析，认识到混合后减少的体积与分子的空隙有关。 （2）物理科学素养的提高 学生在进行水和酒精的混合实验中，不仅观察到体积减少的现象，创设探究问题的情境，激发他们的求知欲;同时也培养学生的探究能力，通过观察与思考，猜想体积变化可能与残留、蒸发等因素有关，提高學生实验探究与科学思维的物理学习能力。 教师通过优化演示实验，与学生实验进行对比，分析体积减少的原因，以客观事实为依据，分析并排除由于实验中的残留、蒸发等因素引起的体积减少。明确体积变化是微观（分子）特性所引起的，培养学生分析问题的全面性;同时，激发学生敢于创新和思考的意识，进一步提高学生的物理科学素养。 2.基于物理模型的实验设计与物理思维能力的培养 （1）构建物理模型与实验优化设计 针对酒精和水混合后体积减少的原因分析，由于物质结构无法用肉眼直接观察，学生缺乏微观粒子的模型概念，因此，学生对分子间存在空隙的理解上存在困难。针对该难点，从宏观现象入手，借助构建模型的方式使学生更加深刻的理解分子存在空隙，了解物质的微观特性。 模型实验中，根据水分子和酒精分子的体积大小关系，用乒乓球模拟“酒精分子”，用玻璃球模拟“水分子”，将两种“分子”分别装在两个烧杯中，将代表“水分子”的玻璃球倒入装有“酒精分子”的烧杯内，摇晃使两种分子混合均匀，可以观察到“水分子”进入并填满“酒精分子”的空隙，使混合后总体积减少，进一步说明这种宏观现象是由于分子间存在空隙引起的。 （2）培养中学生的物理思维能力 以球代替分子构建物理模型，将抽象的分子结构以具体化、可视化的方式呈现②，排除研究分子间隙无关的其他因素，从本质上理解分子间存在空隙。学习过程中强化学生的物理思维能力，使学生学掌握物理分析方法，排除次要因素、简化研究对象，抓住分子间存在空隙的本质，了解分子结构的基本特征，掌握物理规律，进一步提高物理核心素养。 【注释】 ① 义务教育教科书·物理·八年级·全一册[M]. 上海：科学技术出版社，2012. ② 张滨. 重视培养中学生的物理模型思维能力[D]. 福建师范大学，2001. 【本文系福州市教育科学研究课题“中学物理演示实验中培养学生核心素养的实践研究”阶段性研究成果之一，课题编号：MJYKT2016-213。】 （作者单位：福建省福州市晋安区福州则徐中学） |
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