(1. 北京第二中學分校,北京 100010;2. 北京市東城教師研修中心,北京 100009)

“水的沸騰”實驗是人教版初二物理第三章第三節(jié)的學生實驗，在實際教學中我們常常讓學生在實驗室觀察水的沸騰特點?；诮滩牡膫鹘y(tǒng)實驗，我們利用DIS系統(tǒng)進行了實驗的改進，可以在顯示屏上直接顯示出溫度與時間的圖像。對此實驗進一步研究，讓學生在家可以多次重復實驗，且安全性高。

1 傳統(tǒng)實驗教學的困惑

圖1

傳統(tǒng)物理教材中給出的“水的沸騰”實驗裝置如圖1所示，這套實驗器材能夠讓學生完成基本的實驗。我們發(fā)現(xiàn)，蓋上的小孔也是編者精心設計的，在減少熱量散失的基礎上，還能盡可能保證液體上方的氣壓與大氣壓保持一致。

學生在實驗時，首先需要觀察溫度計的示數(shù)變化、水內(nèi)部的氣泡變化情況。同時，學生還需要記錄秒表和溫度計的示數(shù)，并將時間和溫度兩個物理量記錄在表格中。事實上，這就要求學生不僅能夠熟悉溫度計和秒表的使用，而且能夠讀出其示數(shù)。然而，讀溫度計示數(shù)時，我們要求液面穩(wěn)定后讀出示數(shù)，在本實驗中，由于水不斷吸收熱量，沸騰前溫度不斷升高，學生在實際實驗時，難以確定出溫度計的穩(wěn)定示數(shù)，他們只能快速讀出某一時刻的溫度計示數(shù)。

教學中，我們發(fā)現(xiàn)初二的學生要記錄溫度、時間兩組數(shù)據(jù)，還要觀察氣泡的變化，有時會顯得手忙腳亂。而后，學生還要根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標紙上描點、作圖，記錄和繪圖顯然占據(jù)了學生的很多時間，而對于溫度-時間圖像的思考就顯得稍微遜色?；诖?，我們思考如何能夠讓實驗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)得更加直觀，初二的學生處于認知發(fā)展階段的具體運算階段，物理教學中的實驗和實驗規(guī)律應盡量直觀形象地展現(xiàn)在學生面前。

2 “水沸騰”實驗的設計

為了將溫度和時間的數(shù)值形象、直觀地呈現(xiàn)給學生，我們在教學中引入了溫度傳感器。在“水沸騰”的實驗中，我們采用溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度計，并設置每隔10秒，采集一次溫度的示數(shù)。實驗的過程中，我們發(fā)現(xiàn)用傳感器的好處在于可以連續(xù)、準確地對水的溫度進行采集，并且能直接呈現(xiàn)溫度-時間圖像，教師和學生就可以專心地先觀察氣泡的變化情況，而后研究溫度-時間圖像的規(guī)律。

2.1 “水的沸騰”實驗的課堂操作

在課堂教學中，把溫度傳感器的金屬探頭完全浸入水中，DIS系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r采集溫度值，而且能夠自動給出溫度隨時間變化曲線。這樣一來，學生能夠直觀地看到溫度與時間的關系，進而總結(jié)出物理規(guī)律。

2.2 利用生活器材的課外探究

我們還選取了“養(yǎng)生鍋”這一學生非常熟悉的家用電器，引導學生在課外探究水的沸騰現(xiàn)象。如圖2所示，“養(yǎng)生鍋”的鍋體使用了透明的玻璃材質(zhì)，學生做實驗時，可以從鍋體的側(cè)面直接觀察到內(nèi)部的氣泡大小和多少。并且“養(yǎng)生鍋”上有兩個溫度傳感器，能夠在顯示屏上清晰地讀取鍋內(nèi)水的溫度。每隔10秒，記錄一次顯示屏上的示數(shù)，圖3為剛開始加熱2分鐘后的數(shù)據(jù)，圖4為沸騰前氣泡的情況，圖5為沸騰時的氣泡情況。然后，運用Office軟件中的Excel把所記錄的溫度、時間繪制成圖像。由此，學生便可以形象直觀地觀察到水沸騰時溫度隨時間的變化規(guī)律。

圖2

圖3

圖4

圖5

學生運用“養(yǎng)生鍋”做水的沸騰實驗，一方面可以在家隨時完成，非常方便。另外，“養(yǎng)生鍋”鍋體的材質(zhì)和鍋蓋的設計，可以讓學生從上方和側(cè)面直接觀察，這無疑增加了學生的人身安全性。

2.3 關于實驗器材的進一步思考

著名的物理教育家喬繼平先生曾說過：物理教學儀器的復雜程度與課堂效率成反比。學生在完成基本的沸騰實驗后，還可以對“養(yǎng)生鍋”與傳統(tǒng)實驗進行對比研究。鍋蓋的孔與傳統(tǒng)實驗中的紙蓋的孔有異曲同工之妙。事實上，由于“養(yǎng)生鍋”內(nèi)部的不同檔位對應不同的末溫，我們可以引導學生進一步思考，如何縮短水加熱時間。

實驗后，教師引導學生將實驗數(shù)據(jù)匯總，學生會發(fā)現(xiàn)每個人的實驗時間都不同。教師可以進一步引導學生思考：如何縮短水沸騰前的加熱時間？選取學生的實驗數(shù)據(jù)進行分析，不難發(fā)現(xiàn)：選擇水的初溫較高、水的質(zhì)量較少以及所選檔位功率較高，所用的加熱時間較短。這樣的發(fā)現(xiàn)，也為學生研究不同液體吸熱本領時，為何選用相同功率的加熱器埋下伏筆。此后，學生可以在家多次重復實驗，隨時完成實驗內(nèi)容。甚至有的學生發(fā)現(xiàn)：同樣的水，經(jīng)多次沸騰后，“氣泡”越來越少。

綜上所述，基于一個貼近生活的器材，讓學生在實踐中、在生活中發(fā)現(xiàn)問題，進而通過查閱資料，尋找解決問題的方案，在潛移默化中提升學生的學科核心素養(yǎng)。

3 對物理教學的啟示

通過對“水的沸騰”實驗的改進，讓我們反思中學物理教學，可得到如下幾點啟示。

(1) 現(xiàn)代教育技術(shù)在課堂中的應用

課堂教學的實驗用溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學中的溫度計，使得溫度的讀數(shù)更靈敏、準確，計算機將溫度-時間圖像自動繪出，提高了實驗結(jié)果的直觀性。DIS系統(tǒng)不僅將物理現(xiàn)象，更是將物理規(guī)律形象直觀地呈現(xiàn)在學生面前。在教學中，我們配合投影，將每個學生的情況及時、快速地分享到屏幕，以便形成及時反饋。據(jù)此，便可大大縮短學生寫出思路、以及再次到黑板展現(xiàn)的時間。作為物理教師，我們可以在教學中引入現(xiàn)代教育技術(shù)手段,還可以引導學生充分利用身邊的多媒體技術(shù)手段，隨時隨地進行物理實驗，以便提升中學物理教學的實效。

(2) 密切聯(lián)系學生生活實際

物理學源于生活，與生產(chǎn)生活實際聯(lián)系緊密。因此，我們的物理教學應該基于物理教材，更緊密聯(lián)系學生生活實際。在“水的沸騰”實驗中，我們引入學生熟悉的“養(yǎng)生鍋”，也是希望學生深切地感受到傳感器實際就在我們的生活中。因此，實驗的直觀性和貼近學生生活實際的物理教學能夠更加有效地提升學生的學習興趣和求知欲望，由此增進學生的學習效率，提升其學科核心素養(yǎng)。

參考文獻：

邢紅軍.論物理教育中的直觀性與學生形象思維能力的培養(yǎng)[J].教育研究.1993,(9).