運用數字化實驗改進初中物理實驗教學
——以比熱容教學為例

陳曉輝

（山東省日照市嵐山區安東衛實驗學校，山東 日照）

一、中學物理教材對數字化實驗的拓展

在新課程理念的指導下，伴隨信息教育技術的快速發展，數字化教學在課堂中發揮的優勢也日漸顯著。信息技術與物理教學整合的新型教學模式，使一些物理現象展現得更加直觀具體，學生更加容易接受，能夠更好地達到教學目的。

其中傳感器在物理信息化教學的過程中起著舉足輕重的作用，筆者翻閱日照市所使用的物理課本（2013年人教版物理課本）八年級上下冊和九年級全一冊的教材用書，共22章，發現其中數字化教學的章節有5章，占比22.7%。分別是八年級上冊第1章第4節運動的快慢，這節中拓展講解了位置傳感器；第2章第2節聲音的特性這節，出現了示波器；第3章第1節溫度出現了熱電偶溫度計；八年級下冊第9章第4節出現了氣體壓強傳感器；九年級第13章第3節出現了溫度傳感器。其中傳感器利用最多，共出現3次，占比60%。

本文將詳細闡述傳感器在第13章第3節比熱容這一節實驗教學中的應用，展現信息技術在物理實驗中的優勢。

二、利用傳感器比較不同物質的吸熱情況，以水和食用色拉油為例

（一）分析教材

中學物理中“比熱容”這一節通過實驗探究認識物體在溫度變化時吸收或放出熱量的能力，即研究物質的比熱容。學生通過“比較不同物質吸熱的情況”這個實驗，進行探究性實驗，通過對實驗現象的分析，發現物理規律并形成概念，是這節課的重點和難點。

本節人教版教材中設計的實驗如圖所示，用到的實驗器材分別有：兩個相同規格的電加熱器、溫度計、燒杯、水和食用油等。

具體實驗操作過程如下，利用兩個相同規格的電加熱器分別加熱質量相同的水和食用油（電熱器每秒放出的熱量是一定的，當它浸沒在液體中時，可認為液體每秒吸收的熱量相同），使它們升高相同的溫度。學生使用溫度計采集液體溫度數據，使用秒表測量時間，并記錄實驗數據。分析采集的實驗數據，加熱質量相等的水和食用油使其升高相同溫度時，加熱時間不同，水需要加熱的時間更長，說明水吸收的熱量更多。實驗結果表明，不同物質在質量相等、升高溫度相同時，吸收熱量不同。怎么表示不同物質這種吸熱性質上的差別呢？引入比熱容這個物理量。

本實驗的現象較明顯，能夠說明不同物質的吸熱情況不同。但是筆者在實際教學中發現，該實驗有幾點不足之處：

1.無法保證相同時間內水和食用油吸收的熱量相同

實驗用的電加熱器體積大而且是部分在液體中部分在空氣中，有熱量損失，實驗誤差較大。并且實驗用的燒杯杯口過大，會導致一部分熱量散失到空氣中。綜合這兩方面原因，用電加熱器作為加熱裝置無法保證液體在相同時間內吸收相同的熱量。

2.采集溫度數據時誤差較大

教材中用來采集溫度的器材是溫度計，器材本身的限制，或者讀數時視線偏差等都會導致采集的溫度數據誤差較大。

3.實驗過程中存在用電安全隱患

學生做這個實驗時，還沒有學習安全用電的知識，在操作實驗時沒有安全用電的意識。此類型的電加熱器在220V電壓下工作，放在水里加熱，有漏電的風險，不利于學生獨立進行實驗操作。

（二）實驗改進

改進加熱方式，去除教材中使用的電加熱器，用熱傳遞的方式進行加熱。把試管里裝上質量、初溫相同的水和食用色拉油，直接放到裝有熱水的燒杯中（水面高于試管內液體深度），這樣既能保證相同時間內水和食用油吸收熱量相同，又能排除實驗中存在的用電安全隱患。溫度傳感器替代溫度計，可以實現實時采集溫度數據，并且可以用軟件繪制出溫度隨時間變化的圖像，更直觀地反映實驗現象。

具體實驗操作步驟如下：

1.利用托盤天平，把試管內稱取相同質量的水和酒精，將兩個試管放到盛有涼水的燒杯中，目的是使兩試管中液體初始溫度相同。

2.把兩個試管同時放到裝有熱水的燒杯中，燒杯中水面高于試管內液面，試管中液體吸收熱量溫度會上升。

3.用溫度傳感器連接采集器和電腦，采集水和油的實時溫度數據，并用繪圖軟件同步繪制出溫度隨時間變化的圖像，如圖所示。

分析圖像，發現質量相同的水和食用油，在吸收相同熱量時，食用油升溫快，水升溫慢。所以不同物質，在質量相等、升高的溫度相同時，吸收熱量不同。怎么來表示物質這種吸熱能力不同的差別呢？引入比熱容的概念。

（三）實驗改進后的優點

1.改變了傳統課本上的實驗器材，利用數字化教學器材，實時采集數據讀數更加準確，使實驗誤差更小，并且利用軟件繪制出溫度隨時間變化的圖像，使實驗現象更直觀，有利于得出實驗結論。

2.教材上的實驗進行兩次加熱測量，改進后將試管同時放入涼水和熱水中，除了保證了兩種液體吸收熱量相同、縮短了實驗時間之外，還去除了加熱裝置電加熱器，排除用電安全隱患，使實驗更加安全環保。

3.簡化實驗器材，器材的準備簡單易行，學生能夠分組合作完成，提高了實驗的可操作性。

三、小結

很多物理實驗在現有的學校傳統實驗室里很難較好地完成，或者較難達到預期的效果，有時會出現實驗現象不明顯、實驗數據過于抽象等現象，信息技術與物理教學的有機結合在很大程度上彌補了這一不足。本節采用溫度傳感器和繪圖軟件，把采集的溫度數據繪制成圖像，再通過對圖像的觀察和分析，幫助學生增強對物理概念的理解，加深對物理規律的記憶。在今后的教學中我們應該積極探索，結合實際教學，有針對性地設計數字化教學實驗，提高實驗教學質量和效率，促進學生學習方式向多元化轉變。