密切聯系實際生活 提升學生核心素養
——“水的沸騰”實驗引發的教學思考

(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。基于教材的傳統實驗，我們利用DIS系統進行了實驗的改進，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 傳統實驗教學的困惑

圖1

傳統物理教材中給出的“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。我們發現，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變化、水內部的氣泡變化情況。同時，學生還需要記錄秒表和溫度計的示數，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。然而，讀溫度計示數時，我們要求液面穩定后讀出示數，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定示數，他們只能快速讀出某一時刻的溫度計示數。

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

2 “水沸騰”實驗的設計

為了將溫度和時間的數值形象、直觀地呈現給學生，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傳統溫度計，并設置每隔10秒，采集一次溫度的示數。實驗的過程中，我們發現用傳感器的好處在于可以連續、準確地對水的溫度進行采集，并且能直接呈現溫度-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系統不僅能夠實時采集溫度值，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，進而總結出物理規律。

2.2 利用生活器材的課外探究

我們還選取了“養生鍋”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象。如圖2所示，“養生鍋”的鍋體使用了透明的玻璃材質，學生做實驗時，可以從鍋體的側面直接觀察到內部的氣泡大小和多少。并且“養生鍋”上有兩個溫度傳感器，能夠在顯示屏上清晰地讀取鍋內水的溫度。每隔10秒，記錄一次顯示屏上的示數，圖3為剛開始加熱2分鐘后的數據，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律。

圖2

圖3

圖4

圖5

學生運用“養生鍋”做水的沸騰實驗，一方面可以在家隨時完成，非常方便。另外，“養生鍋”鍋體的材質和鍋蓋的設計，可以讓學生從上方和側面直接觀察，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“養生鍋”與傳統實驗進行對比研究。鍋蓋的孔與傳統實驗中的紙蓋的孔有異曲同工之妙。事實上，由于“養生鍋”內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據匯總，學生會發現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？選取學生的實驗數據進行分析，不難發現：選擇水的初溫較高、水的質量較少以及所選檔位功率較高，所用的加熱時間較短。這樣的發現，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，隨時完成實驗內容。甚至有的學生發現：同樣的水，經多次沸騰后，“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、在生活中發現問題，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。

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) 現代教育技術在課堂中的應用

課堂教學的實驗用溫度傳感器代替傳統教學中的溫度計，使得溫度的讀數更靈敏、準確，計算機將溫度-時間圖像自動繪出，提高了實驗結果的直觀性。DIS系統不僅將物理現象，更是將物理規律形象直觀地呈現在學生面前。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。據此，便可大大縮短學生寫出思路、以及再次到黑板展現的時間。作為物理教師，我們可以在教學中引入現代教育技術手段,還可以引導學生充分利用身邊的多媒體技術手段，隨時隨地進行物理實驗，以便提升中學物理教學的實效。

(2) 密切聯系學生生活實際

物理學源于生活，與生產生活實際聯系緊密。因此，我們的物理教學應該基于物理教材，更緊密聯系學生生活實際。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。

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[J].教育研究.1993,(9).