巧用形象模型 促進(jìn)思維發(fā)展
——“內(nèi)能 熱傳遞”教學(xué)及反思

■林啟順

（作者單位：江蘇省南京市金陵中學(xué)龍湖分校）

教學(xué)案例

【設(shè)計(jì)理念】

形象思維是抽象思維的基礎(chǔ)，對(duì)抽象思維具有很好的促進(jìn)和補(bǔ)充作用。尤其在解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，學(xué)生更需要形象思維的助力。蘇科版物理教材“內(nèi)能 熱傳遞”一節(jié)的相關(guān)概念和原理就非常抽象。比如，內(nèi)能是微觀粒子的能量，它是怎樣表現(xiàn)出來(lái)的？為什么物體的溫度升高，內(nèi)能增大，而內(nèi)能增大，溫度不一定升高？熱傳遞過(guò)程中，是內(nèi)能大傳給內(nèi)能小還是高溫傳給低溫？這些問(wèn)題，初中階段的學(xué)生理解起來(lái)有相當(dāng)大的難度。因此，筆者從形象思維入手，通過(guò)精心設(shè)置問(wèn)題情境，形成了本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)。

【課堂實(shí)錄】

一、設(shè)置新奇實(shí)驗(yàn)，內(nèi)能效果“外顯”

（展示臺(tái)上放著一燒杯冷水和一燒杯熱水。教師用手舉著溫差電風(fēng)扇。）

師：大家看，這是一個(gè)電風(fēng)扇。它為什么不轉(zhuǎn)呢？

生：沒(méi)有電池。

師：好，那我馬上找“兩節(jié)電池”。

（教師將溫差電風(fēng)扇的兩端分別插入冷水和熱水中，扇葉竟然自己轉(zhuǎn)了。學(xué)生驚嘆。）

師：同學(xué)們想想，風(fēng)扇的電能是從哪來(lái)的？

生：能量來(lái)自這杯熱水。

師：電能確實(shí)跟熱水的能量有關(guān)。這種與熱有關(guān)的能量，就是我們今天要學(xué)的內(nèi)能。

二、建立概念，歸納特點(diǎn)

（教師請(qǐng)學(xué)生往冷水和熱水中各滴入一滴紅墨水。）

師：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大家回憶出了哪些有關(guān)分子的知識(shí)？

生：分子間有空隙；分子在做不停息、無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)；溫度越高，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈……

（教師將兩個(gè)鉛塊壓在一起，松手后，兩個(gè)鉛塊粘在了一起。）

師：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，大家又能想起哪些有關(guān)分子的知識(shí)？

生：分子間具有引力和斥力。

師：運(yùn)動(dòng)的物體具有什么能？

生：動(dòng)能。

師：運(yùn)動(dòng)的分子也具有能量，我們把這種能量叫作分子動(dòng)能。

（教師出示彈簧乒乓球模型。）

師：輕輕地拉伸彈簧，會(huì)產(chǎn)生什么能量？

生：彈性勢(shì)能。

師：這兩個(gè)乒乓球相當(dāng)于兩個(gè)分子，當(dāng)它們距離稍遠(yuǎn)或較近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生吸引和排斥的作用，這時(shí)產(chǎn)生的能量叫作分子勢(shì)能。在物理學(xué)中，我們把物體內(nèi)所有分子動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和叫作物體的內(nèi)能。

（教師引導(dǎo)學(xué)生帶著問(wèn)題仔細(xì)觀察書中插圖，通過(guò)歸納得出結(jié)論。教師出示幾幅圖片。）

師：這些圖片中的物體都具有內(nèi)能嗎？說(shuō)說(shuō)判斷理由。

生：它們都是由分子構(gòu)成的。只要分子都在運(yùn)動(dòng)，物體就有內(nèi)能。

師：這些物體分別處于什么狀態(tài)？溫度相同嗎？

生：分別處于氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，有低溫、常溫、高溫。

師：由此，我們可以得出什么結(jié)論？

生：任何物體處于任何狀態(tài)、任何溫度之下，都具有內(nèi)能。

三、提煉知識(shí)，突破難點(diǎn)

師：在日常生活中，如果我們把湯勺放在熱水里，勺柄一會(huì)兒就會(huì)變熱。大家說(shuō)說(shuō)，它的溫度和內(nèi)能是如何變化的？

生：溫度升高，內(nèi)能增大。內(nèi)能是從湯里傳來(lái)的。

師：這類現(xiàn)象在生活中還有很多。比如，冬天抱熱水袋取暖，你的內(nèi)能是從哪里來(lái)的？夏天吃冷飲降溫，你的內(nèi)能到哪里去了？

生：從熱水中傳來(lái)；傳給冷飲了。

師：這類現(xiàn)象叫作什么？

生：熱傳遞。

師：那么，熱傳遞過(guò)程有哪些特點(diǎn)呢？請(qǐng)大家通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解一下。

（教師帶領(lǐng)學(xué)生一起做感溫金屬絲的變溫實(shí)驗(yàn)。）

師：誰(shuí)能描述一下實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的現(xiàn)象？

生：溫度升高后，金屬絲自下而上逐漸變黃。

師：從該現(xiàn)象中，大家可以認(rèn)識(shí)到哪些熱傳遞的特點(diǎn)呢？

（學(xué)生討論交流。）

師：同學(xué)們，我們用繪圖的方式回顧一下實(shí)驗(yàn)過(guò)程。把感溫金屬絲放在熱水中，剛開始，大家觀察到的現(xiàn)象是什么？說(shuō)明了什么？

生：金屬絲下面變黃了，說(shuō)明下面溫度高。

師：過(guò)了一段時(shí)間之后，大家觀察到了什么現(xiàn)象？說(shuō)明了什么？

生：金屬絲自下而上逐漸變黃，說(shuō)明上面溫度逐漸變高。

師：溫度變化后，金屬絲各部分的能量發(fā)生了怎樣的變化？

生：金屬絲上面的內(nèi)能逐漸變大，說(shuō)明下面的內(nèi)能傳到了上面。

師：通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大家分析一下，熱傳遞發(fā)生的條件和方向是什么？

生：條件是溫度差；方向是從高溫到低溫。

師：在物理中，我們把熱傳遞過(guò)程中變化的能量叫作內(nèi)能，它的單位是焦耳。

生：老師，熱傳遞的方向一定是由高向低嗎？一個(gè)低溫但內(nèi)能大的物體，能否向一個(gè)高溫卻內(nèi)能小的物體進(jìn)行熱傳遞呢？

師：這個(gè)問(wèn)題提得很好，讓我們來(lái)觀察一個(gè)實(shí)驗(yàn)。

（演示實(shí)驗(yàn)：展示臺(tái)上有兩個(gè)燒杯，一杯裝有足夠多的冷水，一杯裝有少許熱水。教師拿出一個(gè)由感溫材料做的特制U型金屬條，將金屬條較短的一端插入冷水中，將金屬條較長(zhǎng)的一端插入熱水中，中間部分懸空，形成了一個(gè)展示熱傳遞現(xiàn)象的“熱橋”。）

師：這個(gè)“熱橋”的顏色發(fā)生了什么變化？說(shuō)明了什么？

生：金屬條從熱的這端開始逐漸變色，向冷的一端前進(jìn)。

師：如果老師往冷水杯中再多加一些冷水，變色方向會(huì)發(fā)生改變嗎？

生：不會(huì)。

師：根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，我們能得出什么結(jié)論？

生：熱傳遞的方向一定是由高向低的。

【教后反思】

本節(jié)課，筆者從形象思維入手，通過(guò)設(shè)置新奇直觀的實(shí)驗(yàn)、制作形象的類比模型、繪制簡(jiǎn)明生動(dòng)的思維導(dǎo)圖、展示獨(dú)特的“熱橋”現(xiàn)象，讓學(xué)生掌握了內(nèi)能概念，了解了內(nèi)能與溫度的關(guān)系，以及熱傳遞過(guò)程的特點(diǎn)。筆者通過(guò)精心設(shè)問(wèn)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的思維，使學(xué)生盡可能地處于積極主動(dòng)的思考狀態(tài)。同時(shí)，筆者也注重培養(yǎng)學(xué)生借助物理形象思考問(wèn)題的習(xí)慣，引導(dǎo)他們?cè)谖锢硇蜗蟮幕A(chǔ)上去分析、解決問(wèn)題，從而幫助他們?cè)谛蜗笏季S與抽象思維之間搭建橋梁。