馬曉燕

(南京師范大學(xué)附屬中學(xué)新城初級中學(xué)黃山路分校，江蘇 南京 210019)

1 引言

《義務(wù)教育物理課程標準(2022年版)》對“物質(zhì)的形態(tài)和變化”的要求為：“經(jīng)歷物態(tài)變化的實驗探究過程”“能運用物態(tài)變化的知識說明自然界和生活中的有關(guān)現(xiàn)象”，蘇科版八年級物理教材中“用電冰箱研究物態(tài)變化現(xiàn)象”的教學(xué)內(nèi)容較好地體現(xiàn)了課程標準的要求。筆者事先讓學(xué)生在假期完成有關(guān)實踐作業(yè)，在課堂上依據(jù)學(xué)生實踐作業(yè)中的亮點及存在的問題，將教材內(nèi)容進行適當改編，設(shè)計以冰箱為主線的教學(xué)活動，在實際情境中引領(lǐng)學(xué)生應(yīng)用物態(tài)變化知識。

在教學(xué)設(shè)計中前置實踐作業(yè)強調(diào)“整合”、注重“實踐”、突出“開放”、關(guān)注“過程”、提倡“自主”，[1]在實踐作業(yè)反饋的基礎(chǔ)上，確立本節(jié)課的教學(xué)目標：(1)通過觀看視頻及學(xué)生分享活動，了解電冰箱的“前世今生”及制冷原理；(2)通過討論電冰箱中物態(tài)變化現(xiàn)象，復(fù)習(xí)物態(tài)變化的過程及條件；(3)通過“測量電冰箱溫度”活動，了解電冰箱兩室的溫度分布，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗方案的能力，了解食物保鮮的方法；(4)通過“用電冰箱制作美食”活動，體驗中華美食的制作過程，發(fā)現(xiàn)制作過程中的物態(tài)變化現(xiàn)象，感受品嘗美食的幸福；(5)通過設(shè)計簡易“移動電冰箱”活動，學(xué)會用物態(tài)變化知識解決生活中的實際問題，感受中國冷鏈技術(shù)和物流行業(yè)的飛速發(fā)展及其對提升人民生活品質(zhì)的巨大貢獻。

2 教學(xué)呈現(xiàn)

2.1 認識電冰箱，在歷史發(fā)展中尋找保存美味的文化傳承

師：要想觀察到明顯的物態(tài)變化現(xiàn)象，你認為需要什么條件？

生：溫度差較大。

師：生活中滿足這個條件的場所在哪？

生：電冰箱。

師：同學(xué)們了解電冰箱嗎？它的原理是什么？它是如何發(fā)展而來的呢？在前面的實踐作業(yè)中，有一部分同學(xué)查閱了有關(guān)電冰箱的資料，請他們和大家一起分享。

活動1：分享交流“電冰箱的前世今生”

(1)學(xué)生用PPT展示古代“冰箱”的發(fā)展簡史，如圖1所示，從在冰窖中儲存冰塊，到發(fā)現(xiàn)了硝石溶解于水時會吸收大量熱，使周圍溫度降低以致水凝固成冰，從而發(fā)明了冰鑒，即原始“冰柜”。而普通百姓則是將“提籃置于冰涼的井水中”，利用熱傳遞使提籃里的瓜果溫度降低，從而保存食物。

圖1

(2)播放視頻。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代電冰箱誕生，其原理是制冷劑在冰箱內(nèi)部汽化吸熱，在外部的壓縮機冷凝管處液化放熱，在此過程中這個制冷循環(huán)系統(tǒng)相當于熱量的搬運工(圖2)。

圖2

師：制冷劑在內(nèi)部汽化吸熱，同學(xué)們都感受過。那么制冷劑在冰箱外部液化放熱，你們感受過嗎？

活動2：摸冰箱

請一位同學(xué)摸一摸冰箱外部，找一找在哪個部位發(fā)生了液化放熱現(xiàn)象。

生：冰箱的后面底部及側(cè)面有點熱，制冷劑可能在這里液化放熱了。

設(shè)計意圖：課堂分享活動基于學(xué)生前期的資料查閱和梳理，前置活動具有自主性和開放性。從梳理冰箱“前世”的相關(guān)資料，學(xué)生了解到利用科學(xué)知識來保存食物已有悠久的歷史，雖然電冰箱還沒有發(fā)明，但人們對物態(tài)變化知識的應(yīng)用彰顯了人類智慧。摸電冰箱的活動目的是讓學(xué)生尋找制冷劑發(fā)生物態(tài)變化的部位，將理論知識應(yīng)用于現(xiàn)實生活中，從而激發(fā)學(xué)生對電冰箱的探索欲望。

2.2 討論電冰箱中的物態(tài)變化過程及條件

師：在使用電冰箱的過程中你觀察到哪些物態(tài)變化現(xiàn)象？

活動3：收集圖片，討論物態(tài)變化現(xiàn)象

師：在第一組同學(xué)的圖片中，從冷藏室里拿出的蔬菜包裝上有水珠，從冰柜里拿出的肉的包裝上也發(fā)現(xiàn)了水珠(圖3)，這些水珠分別在什么位置？

圖3

生：第一個在內(nèi)側(cè)，是蔬菜的水分蒸發(fā)形成水蒸氣，遇到塑料包裝液化。

生：第二個是外面的水蒸氣遇到冷的包裝液化形成的，所以在外側(cè)。

師：從物理學(xué)角度，請你分析將食材包裹起來放在冰箱中的目的是什么？

生：因為塑料包裝里形成了小水珠，濕度大，水蒸發(fā)就慢了。

生：因為包起來可以減少空氣流通，從而減慢蒸發(fā)。

師：在第二組同學(xué)的圖片中，在電冰箱里有的位置產(chǎn)生了霜，有的地方產(chǎn)生了露珠(圖4)，“霜”和“露”的形成有何異同點？

圖4

生：都是水蒸氣變化來的，一個是液化，一個是凝華，都要放熱。

師：為什么同樣的水蒸氣，同樣是放熱，卻發(fā)生了不同的物態(tài)變化？

生：溫度差不同。

設(shè)計意圖：本活動前置作業(yè)是讓學(xué)生搜集或拍攝電冰箱中物態(tài)變化的圖片。通過兩組圖片的對比，不僅復(fù)習(xí)了物態(tài)變化的過程及條件，也讓學(xué)生體驗到物理知識不僅來源于生活，而且能夠服務(wù)于生活。

2.3 通過測量了解電冰箱溫度分布，在真實情境中領(lǐng)悟測量方法

學(xué)生展示溫度測量方案。

小組1：溫度計直接放入電冰箱中不同位置，10分鐘后拿出讀數(shù)；

小組2：將溫度計直接放入電冰箱中不同位置，10分鐘后開電冰箱門讀數(shù)；

小組3：將溫度計包上濕棉花，放置20分鐘，拿出迅速讀數(shù)。

師：請你們對這幾組同學(xué)測量電冰箱溫度的方案進行評價。

活動4：測量方案評價

生1：待溫度計示數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，所以時間應(yīng)該放久一點，靜置20分鐘比較好。

生2：第一種方案存在問題，讀數(shù)時，溫度計的玻璃泡不能離開被測物體。

生3：在第二種方案中，打開電冰箱門讀數(shù)，會有外部空氣進入，冰箱里面的溫度就變了，也存在問題。

生4：第三種方案較好，濕棉花的溫度和電冰箱的溫度相同，測量較準確。

師：那是不是方案三就很完美了呢？

生：濕棉球上的水會蒸發(fā)吸熱，示數(shù)可能會不太準確。

師：那怎么改進呢？

生：可以參考減緩蔬菜水分蒸發(fā)的方案，在濕棉球上再包裹一層塑料膜。

教師在課前將三支溫度計放在電冰箱同一位置，一支是按下“hold”鍵就能將示數(shù)靜止記錄的電子溫度計，另外兩支是同樣規(guī)格的溫度計，在其中一支溫度計的玻璃泡包上濕棉花。電子溫度計讀數(shù)為5.8 ℃，兩支溫度計讀數(shù)分別為8 ℃、3 ℃(圖5)。再按照上述改進意見，將另一組包裹濕棉花和塑料膜的溫度計和電子溫度計放在同一位置，發(fā)現(xiàn)兩者的示數(shù)6 ℃和6.2 ℃十分接近(圖6)。

圖5

圖6

設(shè)計意圖：在學(xué)生測量電冰箱中溫度分布時，大多數(shù)學(xué)生會忽視“讀數(shù)時溫度計不能離開被測物體”這一使用規(guī)則。在教師的提示下，學(xué)生首先想到的改進方案是打開電冰箱門讀數(shù)，或改用體溫計測量，此時學(xué)生無意中又換了被測物體，或沒有關(guān)注到量程。學(xué)生在處理實際問題時往往會顧此失彼，經(jīng)多次修改，逐步完善測量方案。

學(xué)生展示小組測量結(jié)果。

小組1：我們測量的結(jié)論是：電冰箱上層溫度高于中層和下層。

小組2：我們組研究的電冰箱冷藏室在下面，我們發(fā)現(xiàn)冷藏室上層溫度會高一點。所以我們得到的結(jié)論是：冷藏室中越靠近冷凍室的位置溫度越低，越靠近后壁溫度越低。

師：老師用另外一種方案，我們一起驗證你們的測量結(jié)果是否正確。

用手機熱像儀拍攝全班合照(圖7)和冰箱冷藏室照片(圖8)，用希沃軟件投屏展示。

圖7

圖8

師：從全班合照中你發(fā)現(xiàn)了哪些信息？

生：頭和手部分是紅色。

師：你們猜一猜，為什么這些地方會顯示出紅色呢？

生：可能溫度比較高。

師：再觀察冷藏室的照片，你們能得到什么信息？

生：靠門處顯示紅色，表明溫度高；靠近后壁顯示藍綠色，表明溫度低。

生：下方顯示紅色，上面為藍色，說明越靠近冷凍室溫度越低。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生說明電冰箱的溫度分布情況，課堂上教師采用手機熱像儀拍照，給學(xué)生提供了一種新的視角。由于學(xué)生熟悉人體和常見物體溫度，從而推斷出人像照片顯示的顏色與溫度的關(guān)系，再對比電冰箱的紅外照片，了解電冰箱的溫度分布情況。

2.4 用電冰箱制作美食，感受創(chuàng)造美味的幸福

師：在了解了電冰箱內(nèi)部的溫度之后，老師買了豆腐和鮮奶，請你們說說應(yīng)該放在哪里保存呢？

生：冷藏室。

師：如果我們把它們放入冷凍室，另一番滋味就會出來。同學(xué)們都提前制作了凍豆腐，并且將過程拍成了照片(圖9)。

圖9

師：從豆腐到凍豆腐，再從電冰箱里取出來，經(jīng)歷了哪些物態(tài)變化過程?

生：里面的水先凝固后熔化。

師：那豆腐中的小孔是怎么形成的？有誰查過資料嗎？

生：當豆腐的溫度降到0 ℃以下時，里面的水會凝固成冰，原來的小孔便被撐大了。等到冰熔化成水從豆腐里流出以后，就留下了很多的孔洞。

師：同學(xué)們有沒有思考過，為什么要發(fā)明凍豆腐這種美食呢？

教師播放《舌尖上的中國：凍豆腐》視頻，引入真實情境。視頻解說：因為蜂窩狀的豆腐，無數(shù)小孔能充分吸收鮮美的湯汁，飽脹豐滿，一咬湯汁就會溢出來，比普通豆腐多了爆湯流汁的體驗感。

設(shè)計意圖：通過品嘗美食和觀看《舌尖上的中國：凍豆腐》，學(xué)生不僅體驗了中華美食的博大精深，充分感受人類創(chuàng)造美味的幸福感，同時感悟到人類創(chuàng)造美食的過程中蘊藏著物理知識。

師：那鮮奶你們一般放在哪里？

生：冷藏室。

師：如果我們把它放在冷凍室，再加上雞蛋、白糖等食材，就可以做成冰淇淋。有位同學(xué)將他制作過程用視頻記錄了下來(圖10)，想和大家分享。

圖10

設(shè)計意圖：自制凍豆腐和冰淇淋，不僅僅是發(fā)現(xiàn)其中的凝固和熔化兩種物態(tài)變化，更是讓學(xué)生在假期中積極參與廚房勞動，培養(yǎng)學(xué)生的勞動意識。

2.5 設(shè)計簡易“移動冰箱”，體會創(chuàng)造美味的技術(shù)進步

師：其實對美味的追求自古有之，蘇東坡在嶺南做官時就寫下“日啖荔枝三百顆，不辭長做嶺南人”，可是長安的百姓就沒這么幸運了，于是又有了“一騎紅塵妃子笑，無人知是荔枝來”的詩句。電冰箱可以保存美味，還可以創(chuàng)造美味，如果我們想把美味分送到各個地方，這臺冰箱能做到嗎？

生：不能，不好運輸。

師：如果我們想把大閘蟹、雪月餅快遞到家，請你設(shè)計一個可移動的簡易冰箱。

活動5：設(shè)計可移動的簡易冰箱

生1：我是依據(jù)冰熔化吸熱的原理設(shè)計的，需要一個泡沫箱，在里面放上冰塊，然后放進大閘蟹，蓋上蓋子密封好。

師：為什么外面要用泡沫塑料？

生1：泡沫的隔熱性能好。

師：你為什么選冰塊作為降溫物質(zhì)呢？

生：大閘蟹的保存溫度不能太低，不然會凍死。

生2：用干冰升華吸熱的原理設(shè)計保存雪月餅的移動冰箱，外層包裹材料還是用泡沫箱，用干冰做降溫物質(zhì)，然后把雪月餅放在一個金屬盒里，再把金屬盒放入泡沫箱中。

師：為什么選用金屬盒不用泡沫盒呢？

生：為了降低食品溫度，里面的材料要導(dǎo)熱性好。

師：你們很了不起！你們設(shè)計的移動冰箱與現(xiàn)代冷鏈技術(shù)有異曲同工之妙，我國冷鏈技術(shù)飛速發(fā)展，把美食送到了千家萬戶。

設(shè)計意圖：電冰箱雖有諸多好處，卻也存在不易運輸?shù)娜秉c，這就需要學(xué)生開動腦筋，運用“冰熔化吸熱或干冰升華吸熱，有制冷作用”的知識，設(shè)計可以移動的冰箱，服務(wù)于生活，同時了解現(xiàn)代冷鏈技術(shù)對提升人民生活品質(zhì)的作用。

3 結(jié)語

夸美紐斯在《大教學(xué)論》中指出：學(xué)生的學(xué)習(xí)“不是為學(xué)校學(xué)習(xí)，而是為生活學(xué)習(xí)。”學(xué)習(xí)是為了更好的生活，中國美食文化源遠流長，人們在對美味的追求中，發(fā)明了冰箱，創(chuàng)造了美食，獲得了美好的生活體驗。通過教學(xué)活動培養(yǎng)學(xué)生對事物、現(xiàn)象的觀察、判斷能力，綜合運用知識的能力，同時也激發(fā)學(xué)生對美好生活的向往，關(guān)心人類的生存與發(fā)展，樹立“技術(shù)造福人類”的人文價值觀，[2]從而達成認知與情感態(tài)度價值觀的整合、科學(xué)教育與人文教育的融合。