物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)與創(chuàng)新

陶麗蘭 黎雪

“探究水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系”是滬粵版八年級物理下冊第八章《神奇的壓強(qiáng)》第三節(jié)大氣壓與人類生活的一個探究實(shí)驗(yàn)。這節(jié)物理實(shí)驗(yàn)課教學(xué)思路清晰、環(huán)環(huán)相扣：首先，教師以生活中出現(xiàn)的問題導(dǎo)入教學(xué)，接著引導(dǎo)學(xué)生分析教材中的實(shí)驗(yàn)裝置及其不足之處，對實(shí)驗(yàn)裝置提出改進(jìn)建議，然后師生共同改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，操作實(shí)驗(yàn)，最后用改良后的實(shí)驗(yàn)裝置開展實(shí)驗(yàn)。這節(jié)物理實(shí)驗(yàn)課，充分調(diào)動了學(xué)生的主觀能動性，讓學(xué)生學(xué)會質(zhì)疑、思考，積極參與實(shí)驗(yàn)探究，掌握科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的方法。

一、創(chuàng)設(shè)情境，明確目標(biāo)

師：在高山上工作的地質(zhì)勘探人員和登山運(yùn)動員，往往會遇到這樣的情況——飯鍋里的水已經(jīng)沸騰很久了，并且冒出了大量的白氣，但是鍋里的米還是生的，因此，在高山地區(qū)需要用高壓鍋來煮飯。這是為什么？

生1：水的溫度不夠高。

師：水已經(jīng)沸騰，說明溫度已經(jīng)達(dá)到沸點(diǎn)，為什么說溫度不夠高呢？

生2：高山地區(qū)空氣稀薄，氣壓低。

師：水的沸點(diǎn)跟氣壓有什么關(guān)系？這節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)來探究水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系。（課件出示學(xué)習(xí)目標(biāo)：①通過對教材中的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行分析，能提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)想;②能用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置探究水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，解釋生產(chǎn)與生活中的相關(guān)應(yīng)用;③經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的全過程，感受實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的價值）

【評析】基于生活實(shí)際，教師創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，提出“氣壓與沸點(diǎn)存在什么關(guān)系”的問題，培養(yǎng)了學(xué)生用物理知識解決實(shí)際問題的意識。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，探究新知

師：請同學(xué)們閱讀課本第80頁活動3（如圖1），了解實(shí)驗(yàn)需要的器材及實(shí)驗(yàn)步驟。

生讀課本，師巡堂。

生：實(shí)驗(yàn)需要的器材有酒精燈、石棉網(wǎng)、燒瓶、注射器。

師：課本中的實(shí)驗(yàn)如何改變水面的氣壓？

生：用注射器打氣或抽氣。

師：如何判斷水的沸點(diǎn)是否發(fā)生了變化？

生：看水的沸騰情況。

師：可以講得具體一些嗎？

生：用注射器給沸騰的水打氣加壓，假如水沒有繼續(xù)沸騰，說明水的沸點(diǎn)升高了，需要繼續(xù)加熱;對正在沸騰的水停止加熱，隨即用注射器抽氣減壓，水溫應(yīng)該會下降，如果水再次沸騰，說明水的沸點(diǎn)降低了。

【評析】教師請學(xué)生厘清實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)操作方法，為改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置做準(zhǔn)備。

師：大家都明白實(shí)驗(yàn)原理了，現(xiàn)在請你仔細(xì)觀察課本中的實(shí)驗(yàn)裝置，想一想，從安全性、可視性、操作性來看，這套實(shí)驗(yàn)裝置有沒有不妥的地方？如果請你來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，你認(rèn)為可以在哪些方面進(jìn)行調(diào)整，使實(shí)驗(yàn)操作更加安全、直觀，更有利于操作？可以互相交流、討論。

生獨(dú)立思考，然后分組討論，師巡堂。

【評析】教師引導(dǎo)學(xué)生觀察課本中的實(shí)驗(yàn)裝置，嘗試提出改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的建議，參與實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計，這培養(yǎng)了學(xué)生的問題意識和創(chuàng)新精神，以及學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與責(zé)任素養(yǎng)，發(fā)展了學(xué)生的物理觀念和科學(xué)思維。

師：下面我們來聽一聽各個小組的想法。

生1：用酒精燈加熱有一定的危險性，是不是可以用電加熱器加熱？

師：這個想法很好，你想用哪種電加熱器代替酒精燈？

生1：可以用電熱水壺?zé)菦]辦法保證氣密性，也無法改變里面的氣壓。我們小組暫時沒有想到用哪一種電加熱器。

師：是的，需要考慮容器的氣密性。在選擇電加熱器方面，誰有好的建議？

生2：換一個可以直接對著燒瓶加熱的電加熱器。

生3：電磁爐可以嗎？

師：電磁爐不能直接對著玻璃加熱。

生4：可以用電陶爐加熱燒瓶。

師：集體的智慧就是大！用電陶爐加熱燒瓶，熱源更穩(wěn)定，操作更安全，是個好建議！

【評析】教師鼓勵學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，聚焦實(shí)驗(yàn)的熱源問題，引導(dǎo)學(xué)生思考加熱器的選擇，同時肯定了學(xué)生提出的改進(jìn)建議，讓學(xué)生備受鼓舞。

生：實(shí)驗(yàn)需要打氣和抽氣，教材中的實(shí)驗(yàn)裝置不夠穩(wěn)定，必須固定實(shí)驗(yàn)裝置。

師：如何固定？

生：用鐵架臺和夾子固定實(shí)驗(yàn)儀器。

師：很好！我們就用鐵架臺和夾子固定燒瓶。再想一想，還可以從哪些方面進(jìn)行改進(jìn)？

生：用溫度計測量不同氣壓下水沸騰的溫度，便于明確水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系。

師：有道理！課本中的實(shí)驗(yàn)是通過觀察水的沸騰情況來推斷水的沸點(diǎn)的變化，這樣不夠直觀，我們可以換用能夠直接讀出溫度的數(shù)顯溫度計。

【評析】得到教師的肯定后，學(xué)生對改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的興趣更為濃厚。在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生不斷提出優(yōu)化實(shí)驗(yàn)儀器的設(shè)想，此時，教師也置身于學(xué)生的實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計團(tuán)隊中，相機(jī)介紹和推薦數(shù)顯溫度計，與學(xué)生共同探討實(shí)驗(yàn)儀器的選取和實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

師：同學(xué)們觀察得十分仔細(xì)，還提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)想。老師為大家準(zhǔn)備了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置所需要的器材，下面，我們一起來組裝這套實(shí)驗(yàn)裝置。（課件呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)步驟：①用電陶爐加熱燒瓶;②增加數(shù)顯溫度計，直接測量出不同氣壓下水的沸點(diǎn)，將水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系數(shù)值顯性化，便于理解;③用鐵架臺和夾子固定燒瓶，確保實(shí)驗(yàn)裝置的穩(wěn)定性，把注射器換成打氣抽氣筒。同時出示圖2）

師：圖2是改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)器材有鐵架臺、平底燒瓶、電陶爐、數(shù)顯溫度計、打氣抽氣筒。下面老師來演示實(shí)驗(yàn)，請同學(xué)們仔細(xì)觀察，說出常壓下、增壓時、減壓下，水的沸點(diǎn)分別是多少？

師演示實(shí)驗(yàn)，生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

師：（打開電陶爐開關(guān)）在常壓下把水加熱至沸騰。

生：水沸騰時的溫度是100℃。

師：這說明常壓下水的沸點(diǎn)是100℃。若此時氣壓增大，水的沸點(diǎn)將如何變化呢？（戴上隔熱手套，用打氣筒向燒瓶內(nèi)打氣加壓，水停止沸騰）

生：（齊）水的溫度升高。

師：熱源不變的情況下繼續(xù)加熱。你看到了什么？

生：（齊）水重新沸騰了。

師：此時，水的溫度是多少？

生：（齊）105℃。

師：當(dāng)氣壓減小時，水的沸點(diǎn)又將如何變化？（停止加熱，關(guān)閉開關(guān)，移開電陶爐，等待水溫下降）此時，水停止沸騰。現(xiàn)在老師用抽氣筒向瓶外抽氣，瓶內(nèi)氣壓減小，你發(fā)現(xiàn)了什么？

生：（齊）水重新沸騰了。

師：水的溫度是多少？

生：96.3℃。

師：常壓下，水的沸點(diǎn)是100℃;當(dāng)氣壓增大時，水的沸點(diǎn)升高至105℃;當(dāng)氣壓減小時，水的沸點(diǎn)降低至96.3℃。這個實(shí)驗(yàn)說明氣壓與沸點(diǎn)之間有什么關(guān)系呢？

生：水的沸點(diǎn)隨著液體表面氣壓增大而升高，隨著氣壓的減小而降低。

【評析】教師用預(yù)先改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過觀察、對比、分析、總結(jié)，準(zhǔn)確理解氣壓與沸點(diǎn)的關(guān)系，感受實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的魅力。

三、拓展實(shí)驗(yàn)，提升能力

師：通過剛才老師的演示實(shí)驗(yàn)，我們知道水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系。請你思考，在不加熱的情況下，有什么辦法讓水沸騰？

生思考，與同伴交流。

生：通過實(shí)驗(yàn)可知，氣壓減小，水的沸點(diǎn)就降低。如果把熱水周圍的氣壓降到足夠低，水就會重新沸騰。

師：有道理！現(xiàn)在老師給每個小組提供一支注射器、一個橡皮帽、一杯熱水，請你們試著利用這些器材設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證你們的想法。

生設(shè)計方案，展開實(shí)驗(yàn);師巡堂指導(dǎo)。

師：有的小組已經(jīng)設(shè)計好實(shí)驗(yàn)方案了。哪個小組來演示實(shí)驗(yàn)？

生上臺演示實(shí)驗(yàn)，用注射器抽取一定質(zhì)量的水，戴好橡皮帽，保證燒瓶的氣密性，然后向外拉活塞使注射器內(nèi)的氣壓降低，熱水重新沸騰。

師：這組同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證方案的合理性，做得好！其余小組也動手試一試吧。

生分小組展開實(shí)驗(yàn)。

【評析】學(xué)生已經(jīng)理解水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，此時教師向?qū)W生提出再設(shè)計一個創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案，促使學(xué)生繼續(xù)保持探索的欲望，這也是實(shí)驗(yàn)方案達(dá)成后對學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力的再次檢驗(yàn)。

四、學(xué)以致用，總結(jié)提升

師：通過實(shí)驗(yàn)，我們知道水的沸點(diǎn)與液體表面氣壓的關(guān)系。回到課前的問題，誰來解釋高山地區(qū)需要用高壓鍋?zhàn)鲲埖脑恚?/p>

生：高山地區(qū)氣壓低，水的沸點(diǎn)低，水溫達(dá)到80多度可能就沸騰了，所以，飯不容易熟。高壓鍋能使鍋內(nèi)氣壓增大，提高水的沸點(diǎn)，使溫度變高，飯就容易熟了。

師：這節(jié)課，我們利用改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置探究水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系，請你對照學(xué)習(xí)目標(biāo)，說一說自己的收獲。

生1：水的沸點(diǎn)隨著氣壓的增大而升高，隨著氣壓的減小而降低。我還知道了高壓鍋的使用原理。

生2：為了讓實(shí)驗(yàn)操作更簡單、更直觀，我知道如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。

師：從發(fā)現(xiàn)課本中的實(shí)驗(yàn)裝置不夠完美到提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)建議、參與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計，再到設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案、驗(yàn)證猜想，最后運(yùn)用水的沸點(diǎn)與氣壓的關(guān)系解釋生活中的問題，在這個過程中，我們遇到了不少問題，但經(jīng)過探索、改進(jìn)和創(chuàng)新，最后獲得了成功。老師希望同學(xué)們在以后的學(xué)習(xí)中能夠一直保持這樣的科學(xué)態(tài)度和探索精神。

【評析】結(jié)課時回歸課前的問題情境，做到了首尾呼應(yīng)。學(xué)生運(yùn)用物理知識解決生活中的問題，增強(qiáng)了用知識解決問題的意識。在課堂小結(jié)環(huán)節(jié)，教師讓學(xué)生對照學(xué)習(xí)目標(biāo)梳理學(xué)習(xí)過程，歸納知識點(diǎn)，無形中提高了學(xué)生的概括能力，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。

【總評】利用在高山地區(qū)煮飯要用高壓鍋創(chuàng)設(shè)情境，圍繞“為什么？用什么實(shí)驗(yàn)來證明？如何使實(shí)驗(yàn)更直觀更易于操作”等問題，教師引導(dǎo)學(xué)生對課本中的實(shí)驗(yàn)裝置提出改進(jìn)建議，讓學(xué)生在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置的過程中獲得成功的體驗(yàn)，這激發(fā)了學(xué)生科學(xué)探索的熱情，發(fā)展了學(xué)生的物理觀念、科學(xué)思維、實(shí)驗(yàn)探究、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任感的物理學(xué)科核心素養(yǎng)。

這節(jié)課最大的亮點(diǎn)在于，教師對教學(xué)的每一個步驟都有著清醒的認(rèn)識，明確教學(xué)目標(biāo)是什么、如何達(dá)成教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)目標(biāo)達(dá)成后如何進(jìn)行檢驗(yàn)。在每一個教學(xué)環(huán)節(jié)，教師都明白自己想做什么、在做什么，使課堂教學(xué)始終處于問題解決的狀態(tài)，體現(xiàn)了教師以“問題”為中心引領(lǐng)教學(xué)的理念。

注：本課例獲2020年廣西實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽說課一等獎。

（責(zé)編 歐孔群）