基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的“熔化與凝固”課程研究

丁憶凡

摘 要：數(shù)字化（DIS）實(shí)驗(yàn)室作為一種新型課程資源，已經(jīng)開始逐漸走入課堂。記錄了基于DIS實(shí)驗(yàn)的“熔化與凝固”課程設(shè)計(jì)與教學(xué)過程，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在研究晶體熔化與凝固時(shí)的難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：初中物理；數(shù)字化（DIS）實(shí)驗(yàn)；熔化與凝固

隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室作為一種新型課程資源，以學(xué)生的真實(shí)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與中學(xué)理科課程的有效整合，對(duì)當(dāng)前的教育變革起到了一定的指導(dǎo)作用，基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)時(shí)的中學(xué)物理教學(xué)在常規(guī)教學(xué)創(chuàng)新、傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、科學(xué)探究深入等方面具有良好效果，同時(shí)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用與中學(xué)物理教學(xué)也面臨著一些挑戰(zhàn)。

下面以筆者的一節(jié)基于數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的“熔化與凝固”區(qū)級(jí)公開課為例，談?wù)剶?shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備在初中物理課堂中的使用。

一、明確目標(biāo)，找準(zhǔn)思路

在上本節(jié)課之前，我首先對(duì)新課標(biāo)對(duì)本課的要求進(jìn)行了了解，經(jīng)過分析，我認(rèn)為本課的重點(diǎn)在于熔化、凝固的概念，吸、放熱情況的分析，以及晶體、非晶體熔化特點(diǎn)的區(qū)分。其中的難點(diǎn)在于晶體的熔化、凝固過程。使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式難度較大，并不能保證每次的演示實(shí)驗(yàn)都能得到正確的數(shù)據(jù)及圖像。

在這節(jié)課中，我使用了數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)器材：溫度傳感器以及數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件。在軟件的輔助下，不僅能夠準(zhǔn)確地讀出實(shí)時(shí)的溫度數(shù)值，同時(shí)也能描繪溫度隨時(shí)間變化的圖像。這樣做一方面省去了課堂上學(xué)生描點(diǎn)作圖的時(shí)間，也方便學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的過程中觀察所研究物體的狀態(tài)變化。

二、精心規(guī)劃，設(shè)計(jì)實(shí)施教學(xué)過程

本節(jié)課總共分為四個(gè)大板塊：概念的引入、實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)與圖像的分析。

（一）概念的引入

1.演示實(shí)驗(yàn)

將蠟燭點(diǎn)燃后傾斜一個(gè)角度，讓燭油滴在一張白紙上。

教師提問：

（1）同學(xué)們觀察到了什么現(xiàn)象？

（2）燭蠟的狀態(tài)發(fā)生了什么改變？

（3）燭蠟為什么會(huì)熔化？為什么會(huì)凝固？

（4）溫度發(fā)生了什么樣的改變？

總結(jié)得出熔化與凝固的概念以及吸放熱情況。

2.展示：冰水混合物

教師提問：

（1）杯中有哪些物質(zhì)？

（2）杯中正在發(fā)生哪一種物態(tài)變化？

（3）判斷的依據(jù)是什么？

（4）熔化過程中，冰的溫度發(fā)生了什么樣的變化？

根據(jù)所提問題引發(fā)學(xué)生思考，從而以冰與蠟為例對(duì)不同物質(zhì)在熔化與凝固過程中的特點(diǎn)進(jìn)行探究。

（二）實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)

本節(jié)實(shí)驗(yàn)采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的方式進(jìn)行。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，我們使用實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)測(cè)量溫度，但是在今天的實(shí)驗(yàn)中，我們將用到溫度傳感器，傳感器與計(jì)算機(jī)相連，通過軟件，可以幫助我們測(cè)量與記錄數(shù)據(jù)。

我們將冰裝入試管中，燒杯中裝入高溫?zé)崴瑢?duì)冰進(jìn)行隔水加熱，這種加熱方法我們稱為“水浴法”，這種方法可以幫助物質(zhì)受熱更加均勻。

使用“水浴法”不僅可以對(duì)物體進(jìn)行加熱，也可以進(jìn)行冷卻。

在做冰凝固實(shí)驗(yàn)時(shí)，使用冰鹽水進(jìn)行水浴冷卻，當(dāng)你們觀察到小試管中的水已經(jīng)凝固成冰，并且溫度達(dá)到-4℃左右，就將鹽水換成常溫水進(jìn)行冰熔化實(shí)驗(yàn)。

另外三組做蠟的熔化凝固實(shí)驗(yàn)，首先用熱水進(jìn)行加熱，當(dāng)觀察到蠟完全熔化，溫度達(dá)到60℃左右，將熱水換成常溫水，繼續(xù)蠟的凝固實(shí)驗(yàn)。

（三）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行指導(dǎo)，帶領(lǐng)學(xué)生觀察圖像，并且注意觀察水熔化過程中的固液共存狀態(tài)。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總：

第一組：蠟的熔化與凝固

第二組：水的凝固與冰的熔化

（1）在這兩組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，圖線中平緩的過程表示什么？

（4）在冰熔化的過程中，你們?cè)谠嚬苤锌吹降氖鞘裁礃拥奈镔|(zhì)？

分析總結(jié)晶體與非晶體熔化凝固的特點(diǎn)。

三、教學(xué)反思

利用實(shí)物演示進(jìn)行引入，這樣的過程對(duì)學(xué)生而言更加形象、直觀。在引入階段的幾個(gè)簡(jiǎn)短提問不僅可以引出熔化、凝固的概念，同時(shí)為接下來討論冰與蠟熔化、凝固的特點(diǎn)進(jìn)行了鋪墊。

本節(jié)課最大的亮點(diǎn)也是關(guān)鍵點(diǎn)就在于學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，因?yàn)槭菍W(xué)生第一次使用數(shù)字化的實(shí)驗(yàn)儀器，所以實(shí)驗(yàn)前的指導(dǎo)具有非常重要的作用。在課堂上采用了實(shí)物的照片對(duì)實(shí)驗(yàn)的方法與步驟進(jìn)行了詳細(xì)的指導(dǎo)。軟件界面圖片：簡(jiǎn)明而清晰地告訴學(xué)生溫度是如何記錄的，以及溫度隨時(shí)間變化圖像的含義。裝置圖片：通過酒精燈及水浴法加熱兩張圖片的對(duì)比，幫助學(xué)生了解水浴法及水浴法的優(yōu)點(diǎn)。另外，清晰地投影出水的凝固與冰的熔化、蠟的熔化與凝固兩組實(shí)驗(yàn)中所用的不同水浴。這樣的方式更加直觀簡(jiǎn)潔。

最后提到本節(jié)課生成的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)是由計(jì)算機(jī)直接讀數(shù)，并且自動(dòng)生成了圖像，因此不需要學(xué)生進(jìn)行描點(diǎn)作圖。這在某個(gè)程度上來說，為課堂節(jié)省了一部分時(shí)間，所以本節(jié)課最終呈現(xiàn)出來的容量是比較大的，因此首先讓學(xué)生區(qū)分兩種圖像的不同點(diǎn)，然后就兩種圖像中的熔化圖像進(jìn)行具體分析。對(duì)于凝固的圖像，因?yàn)楹腿刍膱D像正好相反，所以只需要簡(jiǎn)單分析即可。

本節(jié)課的設(shè)計(jì)初衷是為了突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究晶體熔化凝固實(shí)驗(yàn)的弊端。通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)器材的使用，學(xué)生可以很方便地完成實(shí)驗(yàn)，并且得到的數(shù)據(jù)有效率很高，對(duì)于概念的理解更加深刻。

參考文獻(xiàn)：

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編輯 李燁艷