张俊华《内能》教学案例

知识管理策略在初中物理教学中的应用

——《内能》教学案例

孙桥中学理化组 张俊华

案例背景

《内能》是初中物理第五章第三节的内容，是热学基础知识。本节内容是在热现象的基础上，建立内能的概念。在热现象、热传递、做功的基础上，研究物体内能的变化，找到改变物体内能的两种方式，并从效果、能的形式变化与否上分析两种方式的异同。从多年课堂教学经历中发现，学生对本节课的显性知识（如内能的概念、影响内能大小的因素、改变内能的方式）掌握尚可，但对内能概念的由来、物体的体积和状态对内能的影响，以及做功改变物体的内能的两种情况（外界对物体做功和物体对外做功）领会不透彻。这需要教师创造相应的知识转化环境和制定恰当的指导策略，来帮助学生完成知识的综合与内化。 教学主题

教学知识包含显性知识和隐性知识两个部分，其中隐性教学知识是教学知识管理的重点。我们的教学在有效传递显性知识的基础上，应该更加关注如何更好地促进学生隐性知识的获取和生成。在物理教学中，我们不仅仅是给学生传递显性知识，如概念、规律、公式、实验等等，更多地是关注物理概念的的形成过程及其内在的科学研究方法。学生了解了知识的形成过程，懂得了科学的研究方法，才能更好地理解知识，应用知识。所以，教师要为学生创造知识转化的环境，一个利于为显性知识传递和隐性知识生成的课堂教学环境。这也是知识管理在课堂教学中应用的最为关键的环节。 主要教学过程

第一环节：通过复习、讲解、类比等方法，建立内能的概念。复习完动能和势能的概念后，我将分子的无规则运动以动画的形式将呈现在学生眼前，类比运动的汽车，提出物体内的分子有动能吗？同学们爽朗地回答“有”。但当我紧接着问“物体内的分子有势能吗？”，学生满脸疑惑，不敢作答。的确，分子的概念比较抽象，分子非常非常小，肉眼是看不见的，要将其与势能联系起来确实有难度。于是我引导大家联想分子间存在的相互作用力，以手中的橡皮筋为例，当用力把物体拉伸时，分子间的距离与不受外力作用时相比较增大了，就像被拉伸的弹簧，分子间表现为引力；当用力把物体压缩时，分子间的距离与不受外力作用时相比较减小了，就像被压缩的弹簧，分子间表现为斥力。经过讲解，学生似乎有所悟。“发生形变的弹簧有没有势能？”“物体内的分子有没有势能？”答案是肯定的。“从宏观角度来看，我们把物体的动能和势能统称为机械能。那么，从微观角度来看，物体内所有分子动能和势能的总和叫做什么呢？”同学们明白

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了，整齐地答出“内能”。我顺势在黑板上写出我们今天的课题——内能。

第二环节：探究影响物体内能大小的因素。首先提出问题：物体的内能大小可能与哪些因素有关？并说出你的猜想依据。根据内能定义中的关键词“物体内所有”，学生很容易猜想出“质量”这一因素，也能合理表达猜想的理由。当继续追问“还可能与什么有关？”时，没有人呼应，直至点名到第三位同学，他结合自己平常生活中冰糖熔化的经历提出内能的大小还与温度有关，水温越高，冰糖熔化越快。为了验证这位同学的猜想，我当场给学生演示了如下实验：在两个相同的烧杯中分别倒入质量相同的冷水和热水，并分别滴入2滴红墨汁，请同学们观察红墨汁在水中的扩散情况。为了体现实验的科学性，在实验中要做到严格控制变量，做到三个相同即相同的烧杯、相同的质量、相同的红墨汁，一个不同即水的温度不同。利用科学方法设计的实验，效果自然是显著的。继续以水为研究对象，提出新的问题：质量相同的100℃的水和100℃的水蒸气，谁的内能更大一些呢？思维活跃的同学说“100℃水蒸气的内能大，因为水蒸气分子间的距离大，分子势能大，所以内能大。”学生能从微观角度来阐述，实属不易，我大大地肯定了这位同学的说法。接着继续讲解：“换个角度来看，水沸腾后要继续加热继续吸收热量才能转化为100℃的水蒸气，是否也能说明100℃的水蒸气内能更大一些呢？”从宏观的角度来解释问题，学生们更容易理解和接受。最后提醒同学们，正是因为100℃的水蒸气内能更大一些，所以在日常生活中，不仅要防止被开水烫伤，更要防止被蒸汽烫伤。由此可见，内能的大小除了与质量、温度有关，还与体积和状态有关。

第三环节：研究改变物体内能的方式。先分小组讨论“如何使手中的铁丝发热？”有的同学很快在导学案上写下了自己的方案，也有的同学迟迟不敢落笔，他们还在琢磨桌上的实验器材，有的将铁丝放在手里来回搓动，有的用砂纸打磨铁丝，极少数同学在试着反复弯折铁丝。汇总各小组的实验方案发现，通过热传递的方式改变铁丝内能的方法要多一些，而通过做功改变铁丝内能的方法相对少一些。这也是在我的意料之中。热传递现象课前复习过，而且生活的热传递现象也很普遍，大部分学生都能说出。但是“做功”一词，学生是在第四章《简单机械》中学习过，力学怎么跟热学有联系呢？对于刚刚接触物理学不久的八年级学生来说，的确是充满困惑的。于是，我给同学们现场演示了两个最为平常的动作，一个是搓手取暖，一个是划火柴。“在老师刚才的演示过程中，都用了力，而且搓动了、划动了，物体的温度都升高了，这样的过程就叫做功。显然，做功也可以改变物体的内能。”经过讲解之后，我给出半分钟时间，请各小组集中实验，用做功的方式使铁丝的温度升高，内能增加。之后继续开展实验：（1）微视频演示实验：将适量火柴头的粉末，放入厚壁玻璃筒底部，连续快速向下按压活塞，

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筒内粉末燃烧。试分析粉末燃烧的原因。（2）学生实验：将气体的气球吹大，先捏住管口，将气球贴在自己的脸上，管口对着外侧，然后放开管口。在气球内气体迅速排出的过程中，感受贴在脸上的气球温度变化情况，并说明变化的原因。（3）微视频:向装有少量水的密闭烧瓶中不断充气，观察实验现象并说明现象产生的原因。通过观察、分析、归纳，总结出做功改变物体内能的两种情形。一种是外界对物体做功，物体内能增加，温度升高；一种是物体对外做功，物体内能减少，温度降低。 结果与评析

物理是一门以观察实验为基础的学科，观察和实验会让学生产生强烈的学习兴趣。本节课中，精心设计了多个实验，有教师演示实验，也有学生分组实验。另外，课前专门摄制了一个微视频实验：将适量火柴头的粉末，放入厚壁玻璃筒底部，连续快速向下按压活塞，筒内粉末燃烧。实验中，火柴粉末燃烧时间非常短暂，不便于重复，而且燃烧会产生刺激性气体，会污染课堂环境。借助多媒体播放微视频可以将实验的关键环节重复再现，大大提高了课堂效率。同学们清楚观察到粉末燃烧时明亮的火焰，非常震惊。原来快速压缩筒内空气也能让火柴粉末燃烧，做功也可以改变物体的内能。微视频集图、文、声、像多重刺激于一体，使学生的视觉、听觉等中枢都处于兴奋状态，相关知识更加容易在大脑中留下深刻印象，有利于学生对知识进行比较、归纳、加工，形成理解基础上的记忆，大大提高学习效率。

基于知识管理的课堂教学评价主要检验学生对显性知识与隐性知识的掌握情况，尤其是隐性知识的掌握情况。本节课要求学生陈述与记忆的显性知识主要有三个：一是内能的定义，二是影响内能大小的因素，三是改变物体内能的方式。从课堂小结时学生的反应来看，绝大部分学生都能准确表述。为了考察学生应用所学知识分析问题、解决问题的能力，在本节课的最后安排了两个讨论题：（1）“神舟七号”载人飞船返回舱返回地球后，返回舱外表面有高温灼烧过的痕迹。这是为什么？（2）传说远古时代人们靠“钻木”来“取火”，是真的吗？蕴含着哪些物理学知识？话题刚一抛出，就有学生不假思索，急着回答。的确，经过课堂中一系列的情景分析，要解释这两个问题并不难。通过本节课的学习，学生基本完成知识的综合与内化，能够将所学知识联系生活、联系社会。这也正是物理教学所追求的教学理念：从生活走向物理，从物理走向社会。

当然，本节课也有几点值得注意的地方。

1.教师语言表述要严谨，要注重知识积累。“水蒸气分子间的距离大，分子势能大，所以内能大。”这种表述是不科学不严谨的。正如，弹性势能的大小与弹性形变有关，弹性形变越大，弹性势能越大。当弹簧被拉伸时，弹簧被拉得越

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长，弹性势能越大；当弹簧被压缩时，弹簧被压得越短，弹性势能越大。分子势能也是如此。所以，分子间距离大，分子势能不一定大。这方面的理论知识，高中物理讲述得更为详实。

2.课堂提问的技巧还有待改进。一个新的问题抛出去，若连续几个学生没有反应，或者反应不明显。排除学生的非智力因素，很可能是提出的问题较难，可以适当给予暗示，或者将问题分解成一些列有层次，有梯度的小问题，从而降低思维难度。

在课堂教学中运用知识管理策略，不论是对教师个人发展、学生个体发展和学校自身发展都具有极为重要的价值。作为知识的传播者、引领者，教师理应积极探索知识管理在课堂教学中的应用模式，提高课堂教学效率，促进师生共同发展。

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