優化實驗提高效率

陳定卿

（浙江省溫嶺市新河鎮中學）

優化實驗提高效率

陳定卿

（浙江省溫嶺市新河鎮中學）

科學是一門以觀察和實驗為基礎的學科，實驗是學習科學的基礎，科學規律的得出都是從實驗開始的，優化實驗能激發學生的主觀能動性，提高學習科學的興趣，提高課堂效率，提高學習效率。通過課堂體驗，對一些實驗進行改進，取得了良好的效果，促進了學生對科學規律和現象的理解。

實驗教學；實驗改進；課堂效率

在學習物質的比熱容，有兩個重要的量：熱量（熱傳遞）和比熱容，特別是比熱容是一個比較抽象的概念，而且比熱容又與物質的質量、物質溫度的變化量、物體的吸收或放出的熱量有關。所以教材安排了兩個活動，分別是物體的吸熱和放熱（熱傳遞）、加熱質量相同的水和沙石（物質的比熱容）的實驗。這兩個實驗存在一些缺陷，特別是比熱容的實驗中，材料的選擇和實驗裝置存在很大的缺點，經過本人實踐，對上面兩個實驗進行了一些改進，取得良好的效果，提高了課堂效率。

一、熱傳遞實驗的改進

教科書中的實驗（如圖1），用熱水和冷水之間的熱傳遞的一些缺點是：實驗所需的器材相對比較多，而且需要溫度較高的熱水，熱水需要保溫，上課時把熱水分發給學生就需要較長的時間，造成實驗時間較長，而且有一定的安全問題。同時由于沒有親身的體驗，沒有感受到能量的傳遞，學生往往會得出錯誤的結論：熱傳遞傳遞的是溫度。

圖1　

圖2

科學規律的得出一般經過實驗—現象—分析—規律的過程，如果在過程中如果增加親身體驗的過程，即實驗—親身體驗—現象—分析—規律的過程，親身體驗自己就是實驗的一部分，人的感覺器官就是測量工具，由于直接的親身體驗，使實驗現象更為直觀，這樣不僅激發學生的主觀能動性，而且使規律得出會直接、容易。

在上課時，我把實驗改為手和鐵板之間熱傳遞，請全班學生把手放在書桌的鐵板上，讓學生親身感受到熱傳遞，這時手就是測量工具，手就會有冰的感覺，手把能量給了鐵板，手的溫度下降了等感覺（如圖2）。

分析手為什么有冰的感覺的原因，因為手的溫度高于鐵板的溫度，就會得出熱傳遞的條件是由于溫度不同的結論。分析手能量減少的感覺，會進一步得出熱傳遞傳遞的是能量，我們把這種能量叫熱量，熱傳遞方向是從溫度高傳向溫度低的結論。分析手為什么有溫度下降的感覺，會得出放熱的物體溫度下降，吸熱的物體溫度上升。

與教材的實驗比較，改正后實驗不需要實驗器材的準備。完成教材上實驗所用的時間較長，而改正后實驗所用時間較短，節約了時間，改正后實驗方便、經濟、安全。更重要的是有親身體驗，有良好的情境，上面實驗結論的得出變得非常簡單、直接、容易，從而大大提高了課堂效率，還能使科學教學生活化，提高學生的科學素養。

通過親身體驗使實驗現象顯化，使看不見變得簡單、容易、形象、直觀例子很多，如聲波，教材用水波類比的方法得出聲波的存在。我們知道這兩種波都是機械波，原理相同。由于水波看得見，而聲波看不見，初中生很難把這兩種波聯系在一起。上課時我用土電話，就能使學生親身體驗到聲波的存在，聲音由聲波傳播。如甲圖，甲同學發出聲音，乙同學會聽到聲音。分析這個現象，得出聲音由棉線傳播的結論。

甲圖

接著請丙同學用手握住棉線中間，丙同學會感覺到棉線在振動，也就是媒介物在振動。分析棉線為什么有振動現象，會得出聲波和水波一樣，聲源振動帶動媒介振動，振動沿著媒介傳播，這就是聲波。

乙圖

利用親身體驗把一些抽象、難以理解的現象演變為直接、直觀的感覺，這樣的例子還有很多，如力的存在、壓強、物質的氣味等。

二、比熱容的實驗改進

1.教材上比熱容實驗的缺陷

（1）選擇材料存在缺陷

教材用河灘上的沙石和水溫的不同情境引入很好，但在比熱容的實驗的材料用沙石和水存在嚴重缺陷。沙石靠傳導的方式傳遞熱，而且沙石是熱的不良導體，傳熱能力差，造成沙石的溫度不均勻。水主要靠對流傳熱，傳熱能力強。所以水要比沙吸熱快，這也造成相同的時間水和沙石吸收熱量不同。沙石如果潮濕，加熱時水會蒸發吸熱，會影響實驗，實驗時要準備非常干燥的沙這也比較麻煩。

（2）難以保證水和沙相同的時間吸收相同的熱量

實驗時控制酒精燈火焰相同，控制酒精燈火焰距燒杯底部的距離相同，這些操作難以做到，而且用上述的方法使水和沙石吸收熱量相同，誤差較大，可能會影響實驗結果。

（3）沙的溫度難以測量準確

沙子的各部分溫度不同，底部溫度高于中間的溫度。實驗時，沙子底部的溫度確實高于水的溫度，這不僅違背實驗室溫度計使用規則，也不代表沙的溫度。所以測量時溫度計的玻璃泡應放在沙的中間，而沙子中間的溫度低于水的溫度！這與我們想要的實驗結果恰好相反。

（4）實驗時間比較長

實驗時為了使燒杯受熱均勻，隔著石棉網加熱導致吸熱減慢。所用的水和沙子質量比較大，升高較高的溫度需吸收較多的熱量。為了使沙子的溫度均勻，要不斷進行攪拌。一般完成這個實驗需要15分鐘。

2.比熱容實驗改進措施

（1）實驗材料選擇煤油和水，煤油和水都是液態，它們流動性差不多，熱傳遞能力基本一樣。我曾選用食用油，由于食用油的流動性差，實驗效果不好。水的比熱容是4.2×103J/（kg℃），而煤油的比熱容是2.1×103J/（kg℃），煤油的比熱容只有水的比熱容一半，實驗時吸收相同的熱量煤油溫度升高大很多，實驗現象明顯。

（2）減少煤油和水的質量，原來實驗需要200g，改進后實驗用20g水和煤油加到相同的試管中，用減少質量的方法減少吸收熱量以縮短實驗時間。

（3）水浴加熱

（如圖3）在加蓋大燒杯（這個裝置就是實驗室中研究熔點的裝置）中加適量的70℃至80℃熱水，把兩支裝有相同質量煤油和水的試管同時固定在燒杯里，試管浸入水中的深度要相同。利用同一熱源水浴加熱能保證兩支試管相同的時間吸收相同的熱量，而且不用酒精燈加熱，不用攪拌，可操作性強。

圖3

改進的實驗由于實驗材料的改變，選擇了同一熱源，能確保水和煤油在相同的時間內吸收相同的熱量，實驗操作方便，相對簡單。實驗時間大大縮短，只需5分鐘左右，大大提高了課堂效率。

實驗后，請學生比較改進后的實驗和教材中實驗的差別，找出優點和缺點，為什么要這么改，這樣不僅提高了科學素養，而且培養了創新能力。

實驗教學是創造性工作，新課程需要創新型教師。我們要不斷地學習提高實驗教學能力，提高實驗設計能力，提高實驗操作能力，提高實驗改進能力。提高課堂效率，提高學生學習科學的興趣。在生活中尋找實驗資源以實現科學知識的應用，提高學生科學素養，培養創新人才，做個有心人。

［1］李煥珍.中學物理實驗教學中進行科學方法的教育的探索［J］.中學教學參考，2001.

［2］耀能.談中學物理實驗的思維目標［J］.教學與管理，2001.

·編輯魯翠紅