基于DIS的初中物理實驗教學探討
——以“熔化與凝固”為例

(江蘇省南京市致遠初級中學，江蘇 南京 210000)

基于DIS的初中物理實驗教學探討
——以“熔化與凝固”為例

周偉

(江蘇省南京市致遠初級中學，江蘇 南京 210000)

本文以“熔化與凝固”實驗為例，運用DIS實驗手段，解決了傳統實驗教學中存在的諸多問題，提高了教學效率，培養了學生的思維能力，增強了學生的成就感。

DIS實驗；熔化；凝固；案例分析

“熔化與凝固”實驗是初中物理的重要教學內容，也是初中生遇到的第一個較難完成的物理實驗。在實際教學中很多學生、甚至教師很難得到滿意的實驗數據及圖像，而且絕大部分課堂僅僅只能完成熔化實驗，影響了教學效果。DIS實驗系統作為一種新型課程資源，以學生的真實實驗為基礎，實現了信息技術與中學理科課程的有效整合?；贒IS的中學物理實驗教學在常規教學創新、傳統實驗改進、科學探究等方面具有良好的作用。筆者以基于DIS的“熔化與凝固”實驗課為例，談談數字化實驗設備在初中物理教學中的應用。

1 傳統實驗，困難重重

本節課的教學目標很明確：通過探究實驗得到熔化和凝固圖像，并從中總結固體熔化和凝固時溫度變化的規律，從而知道晶體與非晶體不同的熔化特點。

從目標中，我們不難發現，本節課要通過探究實驗得到一張漂亮、理想的熔化與凝固圖像，是何等的重要。傳統實驗方案一般會遇到的困難有：(1) 實驗器材較多，學生組裝難度較大;(2) 實驗時間較長，一般只做熔化實驗;(3) 實驗難度較大，數據、圖像不甚理想;(4) 實驗過程較長，結論得出缺乏思考。

2 精心設計，嘗試創新

在這節課中，筆者使用了DIS的實驗器材：溫度傳感器、無線傳輸設備及顯示屏、數字化實驗軟件。

2.1器材使用，指導到位

本節課的實驗采用學生分組實驗的方式進行，在傳統實驗中，我們使用實驗室用溫度計測量溫度，但是在DIS實驗中，我們將溫度傳感器與計算機相連，通過軟件，可以幫助我們測量與記錄數據，并繪制圖像。因為學生是第一次使用數字化的實驗儀器，因此實驗前器材的介紹以及實驗的指導非常重要。在最初的課堂設計中，為了節約時間，筆者在課前首先培訓了各小組的組長，讓他們首先熟悉儀器的使用，因此在實際的課堂上將器材的介紹淡化了。實際操作后，發現這樣處理的方式并不理想，很多同學在實驗過程中感覺像在看熱鬧，并不清楚具體的操作及實驗步驟，因此只知道最終的數據與圖像，卻不清楚這些數據、圖像的含義。經過幾次的改進，筆者選擇在課前對于器材及無線連接、軟件的使用等進行詳細的指導。比如：在軟件界面的左方，設置每隔20秒記錄一次溫度。界面的右方，以橫軸表示時間，縱軸表示溫度，設置自動描繪溫度隨時間的變化圖像。

2.2 實驗設計，因材而變

傳統實驗按照課本要求，取用溫度計進行實驗，一般只能在課堂上完成熔化實驗。原因有兩個：(1) 由于課堂時間所限，需要學生自己描點、作圖，從而分析得出結論；(2) 由于器材所限，溫度計讀數很難做到準確，測溫時如不攪拌，更不準確。兩難之下，一般老師只選擇做熔化實驗，耗費時間較多。

筆者認為，針對以上兩個難點，選擇DIS實驗系統，可以有效解決上述問題。原因也是兩個：(1) 描點作圖不是本節課重點，更不是難點。因為在本節課的上一課時中，已學過沸騰曲線的繪制；(2) 選擇溫度傳感器，測溫方便且準確。這樣可以采用較少的樣品，無需攪拌，受熱更加均勻。關鍵之處還在于其可短時多次測量(筆者采用20s記錄溫度一次)，再借助數字化實驗軟件，可以同步顯示圖像。大大節省了課堂實驗時間，且操作簡單。一節課先后完成熔化與凝固實驗，時間足夠，且可以留下充分的時間供學生思考、分析，總結出熔化與凝固的規律。

實驗要求：在做水凝固實驗時，使用冰鹽水進行水浴冷卻，當觀察到小試管中的水已經凝固成冰，并且溫度達到-4℃左右，就將鹽水換成常溫水進行冰熔化實驗。做蠟的熔化凝固實驗時，首先用熱水進行加熱，當觀察到蠟完全熔化，溫度達到60℃左右，將熱水換成常溫水，繼續蠟的凝固實驗。

2.3 數據圖像，充分利用

以下圖是學生的實驗結果，其中圖1是水的凝固與冰熔化曲線，圖2是蠟的熔化與凝固曲線。

圖2

通過以上圖像對比，學生已經可以明顯地發現兩種物質在熔化與凝固過程中具有不同的特點，在此基礎上要求學生對兩組實驗圖像進行辨析，并且通過問題串引領學生找尋兩種物質各自的熔化、凝固特點：(1) 在這兩張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別？(3) 冰在熔化的過程中，圖線中的平緩過程表示什么？(4) 在冰熔化的過程中，你們在試管中看到的是什么樣的狀態？

最終學生通過分析，總結出晶體與非晶體熔化凝固的特點。通過引入DIS實驗系統，大大降低了實驗的難度，提高了實驗的精度，增加了實驗內容，提高了課堂效率。由于時間的保證，讓學生自主思考、得出實驗結論成為可能，既培養了學生的思維能力，又增強了學生的成就感。

在本節課的最后，再次利用筆者課前所得萘的熔化與凝固曲線(如圖3)和花生油的凝固與熔化曲線(如圖4)，對學生所學知識進行鞏固與提升。

圖3

圖4

3 小結

本節課關鍵在于學生的分組實驗，因為學生是第一次使用數字化實驗設備，所以實驗前的指導具有重要的作用，筆者在課堂上采用了實物照片對實驗方法與步驟進行了詳細的指導。利用軟件界面圖片，簡明而清晰地告訴學生溫度是如何記錄的，以及溫度隨時間變化圖像的含義。另外，清晰地投影出冰的凝固與水的熔化、蠟的熔化與凝固兩個實驗中所用的不同水浴方式，實驗方式更加直觀簡潔，一氣呵成。

本節課得到的數據是由計算機直接讀取，并且自動生成了圖像，不需要學生們描點作圖。這種“現場直播”的實驗方式，學生感到既新鮮又好奇，同時為課堂節省了時間。剛開始筆者是將學生的數據、圖像直接呈現出來，把晶體、非晶體的熔化與凝固放在一起進行分析，但是效果并不好。后來改進為讓學生自己比較兩種圖像的不同點，然后就兩種圖像中的熔化部分進行具體分析。對于凝固的圖像，因為和熔化圖像正好相反，所以只需要簡單分析即可。

本節課的設計初衷是為了化解傳統手段探究晶體熔化、凝固實驗的困難，通過DIS實驗系統的使用，學生們可以順利地完成實驗，所得數據的準確性、有效性都很高，對于概念的理解更加深刻，學習目標在輕松愉快的氣氛中得以達成。

《物理之友》主要欄目簡介

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4. 現代教育技術：多媒體技術與物理教學 DIS物理實驗

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