基于历史对话的比热容教学设计.docx

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基于历史对话的“比热容”教学设计

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摘?要：比热容是初中物理的重点也是难点内容之一，综合学生的特点与相关物理学史，重构了基于历史对话的比热容教学设计，以帮助学生真正理解比热容的本质，提高教学效率。

关键词：物理学史;历史对话;比热容

中图分类号：G633.7文献标识码：A??文章编号：1003-6148（2021）7-0028-5

比热容是学生在学习了温度、热传递和热量等知识的基础上进一步探究物体温度变化与热量的关系，不仅是初中阶段的重点内容，更是整个热学分支的基础性内容。但对于初中生而言，这种反映物质固有屬性的物理量不容易理解，具有一定的抽象性，且学生对于温度和热容易出现迷思概念。因此，对比热容的教学进行深入研究是十分必要的。本文基于科学家跨时空的历史对话，重构比热容的教学设计，希望可以为实际的教学带来参考价值。

1??设计背景

物理学史不仅可以帮助我们增长见识，开阔眼界，还可以从前人的经验中得到启示，加深对物理学的理解等，课程标准中更是多次提到了物理学史[1]，可见其重要性。本文在热学发展历程的基础上设计了科学家们的历史对话，在增强趣味性的同时也加深了学生对热量概念的理解，破除迷思概念，真正理解比热容的本质，实现有效教学。

1.1??学情分析

初中生正处于从童年向青年过渡的半幼稚、半成熟时期，对事物充满较强的好奇心，而关于比热容的知识与生活经验密不可分，这也是学生产生迷思概念的主要原因之一。学生迷思概念的产生过程与科学家们获得最终科学规律的曲折历程存在一定的相似性。

1.2??历史对话与人物简介

以本节教学设计的内容为例，历史对话是指针对同一热学理论，将代表性人物布尔哈夫与布莱克置于同一时空环境中，呈现不同时代的科学家对热学现象的不同观点的一种教学策略。

（1）布尔哈夫

荷兰著名的化学家布尔哈夫（Boerhaave，1668—1738）提出了热量守恒原理，但未将温度与热做区分，是热质说的支持者。他将精确的定量方法引入化学，被称为是物理化学的奠基者。

（2）布莱克

英国化学家、物理学家约瑟夫·布莱克（JosephBlack，1728—1799）通过水和水银的混合实验，澄清了温度与热是两个不同的概念，提出了热容量、潜热等比热容理论，并由其学生逐渐完善，最终引入了比热容[2]。他虽然是热质说的主要倡导者，但仍存在“热怎么没有重量”的困惑。

1.3??热学的发展历程简述

16世纪以前，我国古代的五行思想认为物质是由金、木、水、火、土组成的，把火视为构成万物的元素之一。西方以亚里士多德为代表，认为自然界的物质都是由水、火、土、气组成。受17世纪巴黎皇家学院的数学教授伽桑狄关于冷和热分别是由特殊的热原子和冷原子引起的观点的启发，布尔哈夫、道尔顿、拉瓦锡等人把热认为是物质，出现了热质说。他们大多认为热是一种不可称量的流体，当给一个物体加热时，热就流入该物体，物体温度上升;当物体不再受热时，热即流出物体，导致温度下降[3]。物体的温度是由其所含热质的多少决定的。当然，也有以培根为代表的科学家们主张“热是机械运动的结果”。但是由于缺乏实验根据，不可避免地还是出现了热质说。

布尔哈夫根据物体混合时有热量交换的现象，首先提出了热量守恒的思想，即热质不会无中生有，也不会无故消失，这源于他将体积相同的40℃和80℃的水混合后，得到的水温是60℃，即两杯水共有120单位的热质，所以每杯水各有60单位的热质。人们把热量守恒原理和当时盛行的物质守恒原理并列，当成是自然界普遍的规律，这也是人们开始向热质说靠拢的原因。但布尔哈夫没有区分温度与热的不同，所以当他把体积相同的40℃的水和80℃的酒精混合后，得到的末温比60℃低时，他无法解释这个事实，只好把它看成一种特殊情况了[4]。

布莱克基于布尔哈夫的实验，将等量的100℃的热水与150℃的水银进行混合后，得到的混合液体温度为120℃。他想：如果温度多少就表示热多少的话，就会有很多种情况是违反热量守恒原理的。于是他假设温度和热是不一样的：水银的热容量比较小，所以水银消耗了30℃的热质只能让水上升20℃;同样地，若同时加热等量的水和水银，相同的热总是能让热容量较小的水银的温度上升较多，由此可见温度与热是不同的，而上述的特殊情况也有了合理的解释[4]。他还发现了热平衡现象的末状态是温度相同。但他也存在一定的疑虑，如果热是物质的话，它应该是有重量的。比热容的引入经过了布莱克学生的完善，并确定了温度与热量的数量关系式。

最终，在伦福特、焦耳、克劳修斯等科学家的努力下，否定了热质说，确立了热动说。继而形成了其他的热学理论。

2??比热容的教学设计

2.1??教学活动的流程

比热容的教学流程如图1所示。

2.2?