“物理模型在导入新课时的应用”教学案例分析

摘要：通过剖析了一个教学案例，提出在导入新课时通过使用恰当的物理学模型，来增加学生学习过程的趣味性与综合性。

关键词：物理模型；导入新课；创新应用；兴趣与动机

文章编号：1005－6629(2008)10－0022－02中图分类号：G633.8文献标识码：B

［案例背景］

新课标人教版高一化学必修II第二章《化学反应速率和限度》及其后续知识的教学，因其理论性较强、抽象程度较高、处理不当易给学生产生“本部分知识枯燥乏味”的错觉，历来是中学生学习的一个重点与难点。如果能通过恰当的方式在不失学科严谨性与科学性的基础上最大程度地增加学习过程的趣味性与综合性，一定能最大程度地激发学生学习本部分知识的主动性与积极性，并确保本部分知识在学习后能在学生大脑中保持较强的恒久性。鉴于进入这一部分知识学习时高一学生已经具备了必需的高中物理学知识基础，将学生所熟悉的物理模型创造性地应用于化学教学，在完成本学科教学任务的同时，也激发了学生学习物理学的热情，使理化知识互补双赢同步提高。

［案例主题］

化学教学中“物理模型在导入新课时的创新应用”

［案例描述/案例分析］

［教师行为］

进入课堂，在屏幕上打出意大利比萨斜塔的实景照片（图1）。

［点评与分析］

化学教师走进课堂，给学生展示这样的图片，使学生眼前为之一亮：今天不是化学课嘛？老师用这张图片想干什么呢？同学们在第一时间即进入集体讨论与思考，纷纷猜测老师的意图，也有一部分同学能较早地预料到老师创设教学氛围的良苦用心并在内心本着赞赏的心态为之振奋。

［教师行为］

接着打出这样一个问题：设重力加速度g≈10 m・s-2。一小球初速度为0，从离地面20m 的高楼阳台上自由落下，求：

（1）小球离地面10m时的瞬时速度；

（2）小球接触地面时的瞬时速度；

（3）小球在下落过程中的平均速度。

［点评与分析］

此时高一学生已经完成了相关物理学知识的学习，解决这样的问题基本上是手到擒来，同学们易获得一种成就感，这就为本节课后续内容的教学创设了一个极佳的心理氛围，同时还为后续教学过程中“化学反应瞬时速率与平均速率” 的教学埋下了伏笔。

［教师行为］

展示炸弹爆炸、青铜器生锈两张图片（此略去）。

［点评与分析］

用这样的方法引出化学反应也存在快慢问题，介绍化学反应速率的基本概念与一般计算方法，对比强烈、学生印象理应比较深刻。

［教师行为］

提出问题：在一定的温度条件下，向某加有合适催化剂、体积为2L的刚性密闭容器中充入2.8 g N2与4g H2，然后加热，充分反应10秒钟后用仪器检测到容器中NH3的物质的量浓度为0.01 mol/L。求：

（1）开始时容器中N2与H2的物质的量浓度；

（2）10秒末时容器中N2与H2的物质的量浓度；

（3）前10秒内分别用氮气、氢气、氨气的物质的量浓度的变化表示的该反应的化学反应速率的值： v(N2)、 v(H2)、 v(NH3)；

（4）比较上述反应速率值的相对快慢。

［点评与分析］

通过本题的演算，既让学生学会了相关计算的一般方法与格式，又为引出后续概念准备了素材。

通过运算，同学们发现相关化学反应速率的值之间存在这样的数值关系v(N2):v(H2):v(NH3)=1:3:2并在第（4）问的解答上产生了困惑与争论：

有的同学认为上述反应速率值的相对快慢为v(N2)

而有的同学则认为上述反应速率值虽然表观数值不同，但它们反映的是同种条件下的同一个化学反应实验事实，其快慢程度应该是一样的；

更有一些同学对这种化学反应速率表达方式本身的科学性产生怀疑，因为他们无法接受上述两种都看似合理却水火不容的矛盾结论！此时的课堂已进入争论的白热化状态。

［教师行为］

打出右侧动态图片（图2）但不做任何解说，让同学们仔细观察、自己去体会其中的奥妙。

［点评与分析］

这张图源自高一物理学课程《圆周运动》一节，学生非常熟悉：距离圆心r处某点的切向线速度v=ωr（ω为圆周运动的角速度值），显然ω=v/r。

同学们仔细观察思考后很快就领会了其中的奥妙（几分钟后，全班一片恍然大悟：噢--，原来是这样！妙！）

通过这张图的引入与借用，无须老师多言，同学们对“同一个化学反应过程中，用不同物质单位时间内的物质的量浓度的变化来表示的化学反应速率值可能不同、且其值之比一定等于化学反应方程中的化学计量数之比”这一难点的理解与掌握在极短的时间内即能得到完美而深刻的体验。事实上有不少同学创造性地将v/r（r为化学反应方程式中不同物质化学式前的化学计量数）理解为化学反应的角速率ω，并提出在今后的快慢比较问题中一律将v折算成ω后再进行比较将显得更加方便与快捷。

兴趣是最好的老师，即使是成人的学习过程也莫不如此。高一年级的学生，刚刚告别初中阶段的学习生活，其内心的童趣尚有很大程度的保留，如果我们能以恰当的方式唤起孩子们内心的童真，最大程度地激发起其内心的学习兴趣与动机，在科学的“玩”与充满智慧的“笑”中不知不觉地接受科学的教育与熏陶，培养其灵活科学的思维建模能力，我想我们的教学距离成功已经近乎一半了。

［思考与困惑］

1.不同的学生，其学科特长必然有所不同。本文的上述做法，从正面来看，有利于学生对理化知识进行有机的整合，在整合过程中于完成化学学科知识学习的同时激发学生学习物理学的热情，使理化知识互补双赢同步提高；但从反面来看，对那些物理基础不太好的学生而言，会不会反过来增加其学习化学的难度进而影响教学效果？

2.本文上述做法基本上基于一种思维方式上的比拟与迁移。但是，物理过程比较侧重空间方位上的思考与推断，不会涉及产生新物质方面的问题；而化学过程则比较侧重物质量的变化问题，基本不涉及空间方位上的思考与推断。这样的比拟会不会对学生思考化学问题产生不利影响，尚有待进一步观察与研究。

参考文献：

[1] [美] 阿妮塔・伍德沃克著，陈红兵等译，张斌贤审校.《教育心理学》（第八版）第十二章[M].南京：江苏教育出版社，2005.

[2] 陈琦 刘儒德 主编.《当代教育心理学》第四部分第八章[M].北京：北京师范大学出版社,2007.