《气体的压强与体积的关系》教学改进

《气体的压强与体积的关系》教学改进华东师范大学附属东昌中学物理组蔡钢一、案例背景本节课是上海市教委教研室举办的“数字化信息系统（DIS）应用交流会”中一节面向全国开设的市级公开课。执教内容为上海科学技术出版社高中一年级第二学期物理（试验本）第九章B节《气体的压强与体积的关系》，属于基础型课程部分。华东师范大学附属东昌中学是一所上海市区重点中学，二期课程改革研究基地，学生的相对素质较好。学生在课前能主动完成老师布置的预习思考题，课堂上能较好地适应多媒体教学，师生间能进行讨论、交流和互动，有一定的探索研究问题的能力。本节内容分两课时完成。第一课时从日常所见的“充气用品”引入情景，用“压缩空气点燃硝化棉实验”引出描述气体的三个状态参量，分别介绍了气体的体积、温度与气体压强的概念和国际单位，讨论了测量和计算气体压强的多种方法。第二课时通过吹气球活动、泥娃娃趣味实验、注射器内气体压强与体积关系的自主体验等活动，先定性研究压强和体积的关系，接着猜想假设，再利用DIS验证猜想得出玻意耳定律，然后利用这一规律解决实际生活中的简单问题。本节课为第二课时。二、改进过程现将四次教学改进过程，记录如下第一次教学内容1、知道什么是等温变化。2、通过DIS实验得出玻意耳定律，并渗透一系列物理方法和思想的教育，如控制变量法、列表法、图像法、解析法、“以曲化直”思想等。3、理解玻意耳定律的内容、公式和图像，并能用玻意耳定律解释生活实际中的一些简单现象。4、通过对该实验误差原因的分析，进一步明确玻意耳定律的使用条件和实验过程中的注意事项。教学过程（一）创设情景，提出设想：从学生讨论“测气体、液体、固体体积的实验方法”入手创设情境，提出“用排水法测量固体体积方法的局限性”，设置思维冲突，引出利用气体的等温变化测量不规则小固体体积的设想；（二）实验探究，误差分析：用DIS实验研究等温变化过程中气体压强与体积的关系，得出玻意耳定律，并对这个实验中P-1/V图像不过原点的原因进行分析。（三）举一反三，拓展联想：如果在实验中把一不规则的小物体放入注射器中，通过前面类似的分析方法可以得出测量此不规则小物体体积的方法。（四）知识迁移，学以致用：设计了一道实验题的探究，进一步巩固用DIS研究物理规律的思路和方法。（五）小结归纳，理清思路：让学生谈谈本节课的收获（包括知识性的、能力性的、兴趣等方面）。教学效果1、学生对物理概念和规律掌握较好，在教师引导下能对提出的问题进行思考和讨论。2、学生的自主活动较少，理论联系实际不够。3、本节课出现了两个教学内容并重的局面：一个是等温变化的规律，一个是误差分析，时间分配有待改进。4、本节课有较多时间用于对实验误差的分析和理论推导，学生掌握有难度。第二次改进内容1、将教学侧重点放在玻意耳定律的得出上。2、在课堂上只对实验误差作简单讨论，进一步的深入研究可放在课后进行。3、增加学生自主活动：男、女生比赛吹气球。4、增加生活实例：泥娃娃放水趣味实验，气压式热水瓶的分析。改进过程（一）创设情景，提出问题：通过泥娃娃放水的趣味实验，引出控制变量法和等温变化的定义。通过男、女生比赛吹气球活动，引导学生猜想压强与体积的定性关系。（二）实验探究、得出规律：通过DIS实验来定量探究气体的压强与体积的关系，得出玻意耳定律。（三）应用实践、总结思路：通过学生自主活动定性分析前面男生气球吹不过女生的原因；通过气压式热水瓶的定量计算，引导学生归纳用玻意耳定律解题的基本思路。（四）拓展联想，课外探究：先让学生对P-1／V图线未过原点的原因进行误差分析。然后让学生设计测不规则小物体的体积的实验方案。改进效果1、将问题巧妙的设计到生活情境中，使学生感受“从生活走向物理，从物理走向社会”的思想。2、利用DIS技术优势，重点放在对玻意耳定律得出过程，调动了学生的学习积极性。3、气压式热水瓶的分析和定量计算对初学规律的学生有一定的难度。4、实例分析结束后，应及时反馈课堂教学效果。第三次改进内容1、将男生气球吹不过女生的原因分析放到后面的实例分析中去。再增加一个学生自主活动--注射器体验活动，得出p和V的定性变化关系。2、删去气压式热水瓶这个例题，增加2个简单实例:一是定性分析保温筒出水原理。二是定量计算沼气泡从池塘底部浮到水面过程的体积变化。3、本节课结束前，留有部分时间让学生小结归纳所学的知识点。4、变设计“测不规则小物体的体积”的实验方案为“测一粒花生米体积”。改进过程（一）创设情景，提出问题：先让男生吹气球（气球放在塑料瓶中，底部不扎孔）发现吹不大。教师再向女生面授机宜吹气球（气球放在同规格的塑料瓶中，底部扎孔），发现能吹大，设疑激趣。然后通过泥娃娃放水的趣味实验，引出控制变量法和等温变化的定义。（二）实验探究，得出规律：先通过注射器体验活动，得出p和V的定性变化关系；然后引导学生大胆猜想压强与体积可能的函数关系式，最后用DIS实验分步验证猜想，得出规律。（三）联系实际，学以致用：通过学生自主活动定性探究前面男生气球吹不过女生的原因，呼应了课堂伊始的疑问；通过对保温筒水流出条件的分析，呼应前面的泥娃娃实验；通过对沼气泡从池塘底部浮到水面过程的体积变化计算，引导学生总结出应用玻意耳定律解题的基本思路。（四）小结归纳，理清思路：请一位同学小结一下本节课的内容。（五）拓展联想，课外探究：先让学生对P-1／V图线未过原点的原因进行误差分析，然后引导学生设计测一粒花生米体积的实验方案。改进效果1.通过对吹气球活动和泥娃娃实验逻辑顺序的调整、注射器体验活动的增设，课堂实例的前后呼应，有利于问题的产生，激发了学生的学习兴趣，提高课堂教学效益。2、将设计测不规则固体体积的实验方案变为测一粒花生米体积的实验方案，使得问题变得具体化，生活化、生动化、趣味化。3、男女生吹气球活动的课堂效果还是原来的好，这样引入课题的时间可以节省。4、课堂内容偏多，有点赶进度。第四次改进内容1、男女生吹气球活动恢复原来的设计。2、利用DIS的优势，进一步突出玻意耳定律得出过程的“猜想－验证”这一教学环节。3、删去保温筒实例而把它作为课后作业布置，水中气泡体积变化实例的定量计算也一并删去，计算问题可改放在下一课时重点研究。4、对课后作业进一步分类设计，分为必做题、选做题、课外阅读三部分。改进过程（一）“创设情景、设疑激趣“环节：通过泥娃娃放水趣味实验和男女生比吹气球的自主活动创设物理情景，设置思维冲突，激发学生学习的兴趣，顺势引出控制变量法和等温变化的定义。（二）“提出问题、引导猜想”环节：先通过学生自主体验“注射器内气体压强与体积关系”的活动，定性得出压强和体积的关系；然后引导学生大胆猜想气体压强与体积之间可能存在的函数关系。（三）“实验探究、得出规律”环节：以定量的DIS实验为核心，师生一起做实验，记录数据，分析数据对猜想进行验证，从而得出玻意耳定律。（四）“联系实际、学以致用”环节：通过学生自主活动引导学生探究前面的吹气球实验中男生气球吹不过女生的原因，呼应了课堂伊始的提问。（五）“误差分析、拓展联想”环节：通过师生对实验误差产生原因的简单讨论和分析，引导学生进行拓展联想设计出测一粒花生米体积的实验方案，使学生切身感受“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。改进效果1、问题情景的创设贴近实际，简单明了，富有悬念，具有有效性和延续性。2、科学探究点的设置合理，能让学生充分动起来。3、生活实例的分析做到了前后呼应，难易适当，符合学生的认知发展规律，体现“以学生发展为本”，“强调科学探究过程”，“重视物理与STS的联系”的课改理念。三、反思讨论本节课我先通过泥娃娃放水趣味实验和男女生比吹气球的自主活动，创设了物理情景，设置了思维冲突，激发了学生的学习兴趣，顺势引出了控制变量法和等温变化的定义；然后通过学生自主体验活动，让学生定性研究压强和体积的关系，引导学生大胆猜想压强与体积之间可能的函数关系式；再以定量实验为核心，师生一起做实验，记录数据，分析数据，并对猜想进行验证，从而得出玻意耳定律，培养了学生发现问题、提出问题、探究问题、解决问题的能力；在得到规律后，再次通过学生自主活动引导学生探究前面的吹气球实验中男生气球吹不过女生的原因，做到前后呼应；最后，通过师生对实验误差产生原因的简单讨论分析，引导学生拓展联想设计测一粒花生米实验方案，使学生切身感受“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。本节课由于引入了DIS，使得教师和学生可以从数据读取、记录、公式运算和图线描绘等繁琐的简单劳动中解脱出来，为实现学生学习方式的多样化，培养学生的自主探索研究，进行广泛的“体验－猜想－验证”，“分析－讨论－交流”提供了时间和空间，既提高了学生学习过程的质量，也为教师实现“用实验检验设想，从探究中获得知识、从知识中学会应用”的教学意图提供了有力的支持。四、专家点评蔡钢老师的这节课是市级展示课，具有非常明确的研究方向：如何在普通的教室内，以物理规律——玻意耳定律的教学为载体，通过DIS演示实验，实现信息技术与物理课堂教学的整合。由于研究方向明确，正堂课的教学结构清晰有序，情景——体验——问题——猜想——实验探究——归纳——拓展应用等教学要素环环相扣，衔接自然。例如，一定质量气体的压强与体积有什么关系的实验，在实验探究前先要学生用注射器定性体验，然后再展开定量实验探究；情景中男女生比吹气球的问题，在得出结论后要求学生解释等。这节课充分运用了先进的数字技术平台，发挥了DIS和电子白板适时测量、瞬间显示、自动绘图、拟合对比的功能，大胆的改革了传统的物理教学过程。在体验的基础上，教师进行DIS演示实验时，鼓励学生大胆猜想。有的学生猜P与V成正比，有的猜P与V成反比，有的猜P与Vn成反比，还有的猜P与V成三角函数关系。对于比较有代表性的猜想，蔡老师当堂在屏幕上由DIS描绘曲线进行拟合对比，不仅令人信服地得出了科学结论，还实现了有效的探究学习，使学生懂得知识的由来，充分体现了新课改的教学理念。在得出P—V图中的曲线后，蔡老师还进一步在P—1/V图中拟合出直线关系，自然而然地渗透了“以曲代直”的物理思想，比较好的落实了三维目标。在充分运用信息技术的同时，这节课还非常重视传统的实验和简易器材的作用，情景中使用的泥娃娃、塑料瓶以及学生动手体验用的气球、针筒都是身边的东西，真正体现了从“生活走向物理”的思想，正确处理了继承与发展、传统与创新的关系。最后，在学习了基本规律的基础上，蔡老师还拓展了直线不过原点的实验误差问题，提出了测一粒花生米体积的课外探究任务，贯彻了“使每个学生学习必要的、有区别的物理”的课程意图。当然，这节课还存在需要改进之处，例如对于吹气球问题，教师在原理上的分析还不够清晰；对于实验误差的分析也过于仓促，不少学生理解困难；教师的激情和感染力尚可提高。2006-7-24