密切聯(lián)系實(shí)際生活 提升學(xué)生核心素養(yǎng)
——“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)引發(fā)的教學(xué)思考

(1. 北京第二中學(xué)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(shí)驗(yàn)是人教版初二物理第三章第三節(jié)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，在實(shí)際教學(xué)中我們常常讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室觀察水的沸騰特點(diǎn)。基于教材的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，我們利用DIS系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，可以在顯示屏上直接顯示出溫度與時(shí)間的圖像。對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究，讓學(xué)生在家可以多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，且安全性高。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的困惑

圖1

傳統(tǒng)物理教材中給出的“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，這套實(shí)驗(yàn)器材能夠讓學(xué)生完成基本的實(shí)驗(yàn)。我們發(fā)現(xiàn)，蓋上的小孔也是編者精心設(shè)計(jì)的，在減少熱量散失的基礎(chǔ)上，還能盡可能保證液體上方的氣壓與大氣壓保持一致。

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先需要觀察溫度計(jì)的示數(shù)變化、水內(nèi)部的氣泡變化情況。同時(shí)，學(xué)生還需要記錄秒表和溫度計(jì)的示數(shù)，并將時(shí)間和溫度兩個(gè)物理量記錄在表格中。事實(shí)上，這就要求學(xué)生不僅能夠熟悉溫度計(jì)和秒表的使用，而且能夠讀出其示數(shù)。然而，讀溫度計(jì)示數(shù)時(shí)，我們要求液面穩(wěn)定后讀出示數(shù)，在本實(shí)驗(yàn)中，由于水不斷吸收熱量，沸騰前溫度不斷升高，學(xué)生在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)，難以確定出溫度計(jì)的穩(wěn)定示數(shù)，他們只能快速讀出某一時(shí)刻的溫度計(jì)示數(shù)。

教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)初二的學(xué)生要記錄溫度、時(shí)間兩組數(shù)據(jù)，還要觀察氣泡的變化，有時(shí)會(huì)顯得手忙腳亂。而后，學(xué)生還要根據(jù)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)、作圖，記錄和繪圖顯然占據(jù)了學(xué)生的很多時(shí)間，而對(duì)于溫度-時(shí)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)得更加直觀，初二的學(xué)生處于認(rèn)知發(fā)展階段的具體運(yùn)算階段，物理教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)規(guī)律應(yīng)盡量直觀形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前。

2 “水沸騰”實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

為了將溫度和時(shí)間的數(shù)值形象、直觀地呈現(xiàn)給學(xué)生，我們?cè)诮虒W(xué)中引入了溫度傳感器。在“水沸騰”的實(shí)驗(yàn)中，我們采用溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)溫度計(jì)，并設(shè)置每隔10秒，采集一次溫度的示數(shù)。實(shí)驗(yàn)的過程中，我們發(fā)現(xiàn)用傳感器的好處在于可以連續(xù)、準(zhǔn)確地對(duì)水的溫度進(jìn)行采集，并且能直接呈現(xiàn)溫度-時(shí)間圖像，教師和學(xué)生就可以專心地先觀察氣泡的變化情況，而后研究溫度-時(shí)間圖像的規(guī)律。

2.1 “水的沸騰”實(shí)驗(yàn)的課堂操作

在課堂教學(xué)中，把溫度傳感器的金屬探頭完全浸入水中，DIS系統(tǒng)不僅能夠?qū)崟r(shí)采集溫度值，而且能夠自動(dòng)給出溫度隨時(shí)間變化曲線。這樣一來，學(xué)生能夠直觀地看到溫度與時(shí)間的關(guān)系，進(jìn)而總結(jié)出物理規(guī)律。

2.2 利用生活器材的課外探究

我們還選取了“養(yǎng)生鍋”這一學(xué)生非常熟悉的家用電器，引導(dǎo)學(xué)生在課外探究水的沸騰現(xiàn)象。如圖2所示，“養(yǎng)生鍋”的鍋體使用了透明的玻璃材質(zhì)，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以從鍋體的側(cè)面直接觀察到內(nèi)部的氣泡大小和多少。并且“養(yǎng)生鍋”上有兩個(gè)溫度傳感器，能夠在顯示屏上清晰地讀取鍋內(nèi)水的溫度。每隔10秒，記錄一次顯示屏上的示數(shù)，圖3為剛開始加熱2分鐘后的數(shù)據(jù)，圖4為沸騰前氣泡的情況，圖5為沸騰時(shí)的氣泡情況。然后，運(yùn)用Office軟件中的Excel把所記錄的溫度、時(shí)間繪制成圖像。由此，學(xué)生便可以形象直觀地觀察到水沸騰時(shí)溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律。

圖2

圖3

圖4

圖5

學(xué)生運(yùn)用“養(yǎng)生鍋”做水的沸騰實(shí)驗(yàn)，一方面可以在家隨時(shí)完成，非常方便。另外，“養(yǎng)生鍋”鍋體的材質(zhì)和鍋蓋的設(shè)計(jì)，可以讓學(xué)生從上方和側(cè)面直接觀察，這無疑增加了學(xué)生的人身安全性。

2.3 關(guān)于實(shí)驗(yàn)器材的進(jìn)一步思考

著名的物理教育家喬繼平先生曾說過：物理教學(xué)儀器的復(fù)雜程度與課堂效率成反比。學(xué)生在完成基本的沸騰實(shí)驗(yàn)后，還可以對(duì)“養(yǎng)生鍋”與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比研究。鍋蓋的孔與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的紙蓋的孔有異曲同工之妙。事實(shí)上，由于“養(yǎng)生鍋”內(nèi)部的不同檔位對(duì)應(yīng)不同的末溫，我們可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考，如何縮短水加熱時(shí)間。

實(shí)驗(yàn)后，教師引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)每個(gè)人的實(shí)驗(yàn)時(shí)間都不同。教師可以進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考：如何縮短水沸騰前的加熱時(shí)間？選取學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，不難發(fā)現(xiàn)：選擇水的初溫較高、水的質(zhì)量較少以及所選檔位功率較高，所用的加熱時(shí)間較短。這樣的發(fā)現(xiàn)，也為學(xué)生研究不同液體吸熱本領(lǐng)時(shí)，為何選用相同功率的加熱器埋下伏筆。此后，學(xué)生可以在家多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，隨時(shí)完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。甚至有的學(xué)生發(fā)現(xiàn)：同樣的水，經(jīng)多次沸騰后，“氣泡”越來越少。

綜上所述，基于一個(gè)貼近生活的器材，讓學(xué)生在實(shí)踐中、在生活中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)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(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3 對(duì)物理教學(xué)的啟示

通過對(duì)“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，讓我們反思中學(xué)物理教學(xué)，可得到如下幾點(diǎn)啟示。

(1) 現(xiàn)代教育技術(shù)在課堂中的應(yīng)用

課堂教學(xué)的實(shí)驗(yàn)用溫度傳感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)教學(xué)中的溫度計(jì)，使得溫度的讀數(shù)更靈敏、準(zhǔn)確，計(jì)算機(jī)將溫度-時(shí)間圖像自動(dòng)繪出，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的直觀性。DIS系統(tǒng)不僅將物理現(xiàn)象，更是將物理規(guī)律形象直觀地呈現(xiàn)在學(xué)生面前。在教學(xué)中，我們配合投影，將每個(gè)學(xué)生的情況及時(shí)、快速地分享到屏幕，以便形成及時(shí)反饋。據(jù)此，便可大大縮短學(xué)生寫出思路、以及再次到黑板展現(xiàn)的時(shí)間。作為物理教師，我們可以在教學(xué)中引入現(xiàn)代教育技術(shù)手段,還可以引導(dǎo)學(xué)生充分利用身邊的多媒體技術(shù)手段，隨時(shí)隨地進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)，以便提升中學(xué)物理教學(xué)的實(shí)效。

(2) 密切聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際

物理學(xué)源于生活，與生產(chǎn)生活實(shí)際聯(lián)系緊密。因此，我們的物理教學(xué)應(yīng)該基于物理教材，更緊密聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際。在“水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中，我們引入學(xué)生熟悉的“養(yǎng)生鍋”，也是希望學(xué)生深切地感受到傳感器實(shí)際就在我們的生活中。因此，實(shí)驗(yàn)的直觀性和貼近學(xué)生生活實(shí)際的物理教學(xué)能夠更加有效地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，由此增進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，提升其學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

邢紅軍.論物理教育中的直觀性與學(xué)生形象思維能力的培養(yǎng)[J].教育研究.1993,(9).