(江蘇省南京市致遠初級中學，江蘇 南京 210000)

基于DIS的初中物理實驗教學探討
——以“熔化與凝固”為例

周偉

(江蘇省南京市致遠初級中學，江蘇 南京 210000)

本文以“熔化與凝固”實驗為例，運用DIS實驗手段，解決了傳統實驗教學中存在的諸多問題，提高了教學效率，培養(yǎng)了學生的思維能力，增強了學生的成就感。

DIS實驗；熔化；凝固；案例分析

“熔化與凝固”實驗是初中物理的重要教學內容，也是初中生遇到的第一個較難完成的物理實驗。在實際教學中很多學生、甚至教師很難得到滿意的實驗數據及圖像，而且絕大部分課堂僅僅只能完成熔化實驗，影響了教學效果。DIS實驗系統作為一種新型課程資源，以學生的真實實驗為基礎，實現了信息技術與中學理科課程的有效整合。基于DIS的中學物理實驗教學在常規(guī)教學創(chuàng)新、傳統實驗改進、科學探究等方面具有良好的作用。筆者以基于DIS的“熔化與凝固”實驗課為例，談談數字化實驗設備在初中物理教學中的應用。

1 傳統實驗，困難重重

本節(jié)課的教學目標很明確：通過探究實驗得到熔化和凝固圖像，并從中總結固體熔化和凝固時溫度變化的規(guī)律，從而知道晶體與非晶體不同的熔化特點。

從目標中，我們不難發(fā)現，本節(jié)課要通過探究實驗得到一張漂亮、理想的熔化與凝固圖像，是何等的重要。傳統實驗方案一般會遇到的困難有：(1) 實驗器材較多，學生組裝難度較大;(2) 實驗時間較長，一般只做熔化實驗;(3) 實驗難度較大，數據、圖像不甚理想;(4) 實驗過程較長，結論得出缺乏思考。

2 精心設計，嘗試創(chuàng)新

在這節(jié)課中，筆者使用了DIS的實驗器材：溫度傳感器、無線傳輸設備及顯示屏、數字化實驗軟件。

2.1器材使用，指導到位

本節(jié)課的實驗采用學生分組實驗的方式進行，在傳統實驗中，我們使用實驗室用溫度計測量溫度，但是在DIS實驗中，我們將溫度傳感器與計算機相連，通過軟件，可以幫助我們測量與記錄數據，并繪制圖像。因為學生是第一次使用數字化的實驗儀器，因此實驗前器材的介紹以及實驗的指導非常重要。在最初的課堂設計中，為了節(jié)約時間，筆者在課前首先培訓了各小組的組長，讓他們首先熟悉儀器的使用，因此在實際的課堂上將器材的介紹淡化了。實際操作后，發(fā)現這樣處理的方式并不理想，很多同學在實驗過程中感覺像在看熱鬧，并不清楚具體的操作及實驗步驟，因此只知道最終的數據與圖像，卻不清楚這些數據、圖像的含義。經過幾次的改進，筆者選擇在課前對于器材及無線連接、軟件的使用等進行詳細的指導。比如：在軟件界面的左方，設置每隔20秒記錄一次溫度。界面的右方，以橫軸表示時間，縱軸表示溫度，設置自動描繪溫度隨時間的變化圖像。

2.2 實驗設計，因材而變

傳統實驗按照課本要求，取用溫度計進行實驗，一般只能在課堂上完成熔化實驗。原因有兩個：(1) 由于課堂時間所限，需要學生自己描點、作圖，從而分析得出結論；(2) 由于器材所限，溫度計讀數很難做到準確，測溫時如不攪拌，更不準確。兩難之下，一般老師只選擇做熔化實驗，耗費時間較多。

筆者認為，針對以上兩個難點，選擇DIS實驗系統，可以有效解決上述問題。原因也是兩個：(1) 描點作圖不是本節(jié)課重點，更不是難點。因為在本節(jié)課的上一課時中，已學過沸騰曲線的繪制；(2) 選擇溫度傳感器，測溫方便且準確。這樣可以采用較少的樣品，無需攪拌，受熱更加均勻。關鍵之處還在于其可短時多次測量(筆者采用20s記錄溫度一次)，再借助數字化實驗軟件，可以同步顯示圖像。大大節(jié)省了課堂實驗時間，且操作簡單。一節(jié)課先后完成熔化與凝固實驗，時間足夠，且可以留下充分的時間供學生思考、分析，總結出熔化與凝固的規(guī)律。

實驗要求：在做水凝固實驗時，使用冰鹽水進行水浴冷卻，當觀察到小試管中的水已經凝固成冰，并且溫度達到-4℃左右，就將鹽水換成常溫水進行冰熔化實驗。做蠟的熔化凝固實驗時，首先用熱水進行加熱，當觀察到蠟完全熔化，溫度達到60℃左右，將熱水換成常溫水，繼續(xù)蠟的凝固實驗。

2.3 數據圖像，充分利用

以下圖是學生的實驗結果，其中圖1是水的凝固與冰熔化曲線，圖2是蠟的熔化與凝固曲線。

圖2

通過以上圖像對比，學生已經可以明顯地發(fā)現兩種物質在熔化與凝固過程中具有不同的特點，在此基礎上要求學生對兩組實驗圖像進行辨析，并且通過問題串引領學生找尋兩種物質各自的熔化、凝固特點：(1) 在這兩張圖像中找到表示蠟與冰熔化的圖線；(2) 這兩段圖線有什么區(qū)別？(3) 冰在熔化的過程中，圖線中的平緩過程表示什么？(4) 在冰熔化的過程中，你們在試管中看到的是什么樣的狀態(tài)？

最終學生通過分析，總結出晶體與非晶體熔化凝固的特點。通過引入DIS實驗系統，大大降低了實驗的難度，提高了實驗的精度，增加了實驗內容，提高了課堂效率。由于時間的保證，讓學生自主思考、得出實驗結論成為可能，既培養(yǎng)了學生的思維能力，又增強了學生的成就感。

在本節(jié)課的最后，再次利用筆者課前所得萘的熔化與凝固曲線(如圖3)和花生油的凝固與熔化曲線(如圖4)，對學生所學知識進行鞏固與提升。

圖3

圖4

3 小結

本節(jié)課關鍵在于學生的分組實驗，因為學生是第一次使用數字化實驗設備，所以實驗前的指導具有重要的作用，筆者在課堂上采用了實物照片對實驗方法與步驟進行了詳細的指導。利用軟件界面圖片，簡明而清晰地告訴學生溫度是如何記錄的，以及溫度隨時間變化圖像的含義。另外，清晰地投影出冰的凝固與水的熔化、蠟的熔化與凝固兩個實驗中所用的不同水浴方式，實驗方式更加直觀簡潔，一氣呵成。

本節(jié)課得到的數據是由計算機直接讀取，并且自動生成了圖像，不需要學生們描點作圖。這種“現場直播”的實驗方式，學生感到既新鮮又好奇，同時為課堂節(jié)省了時間。剛開始筆者是將學生的數據、圖像直接呈現出來，把晶體、非晶體的熔化與凝固放在一起進行分析，但是效果并不好。后來改進為讓學生自己比較兩種圖像的不同點，然后就兩種圖像中的熔化部分進行具體分析。對于凝固的圖像，因為和熔化圖像正好相反，所以只需要簡單分析即可。

本節(jié)課的設計初衷是為了化解傳統手段探究晶體熔化、凝固實驗的困難，通過DIS實驗系統的使用，學生們可以順利地完成實驗，所得數據的準確性、有效性都很高，對于概念的理解更加深刻，學習目標在輕松愉快的氣氛中得以達成。

《物理之友》主要欄目簡介

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