优化实验提高效率

陈定卿

（浙江省温岭市新河镇中学）

优化实验提高效率

陈定卿

（浙江省温岭市新河镇中学）

科学是一门以观察和实验为基础的学科，实验是学习科学的基础，科学规律的得出都是从实验开始的，优化实验能激发学生的主观能动性，提高学习科学的兴趣，提高课堂效率，提高学习效率。通过课堂体验，对一些实验进行改进，取得了良好的效果，促进了学生对科学规律和现象的理解。

实验教学；实验改进；课堂效率

在学习物质的比热容，有两个重要的量：热量（热传递）和比热容，特别是比热容是一个比较抽象的概念，而且比热容又与物质的质量、物质温度的变化量、物体的吸收或放出的热量有关。所以教材安排了两个活动，分别是物体的吸热和放热（热传递）、加热质量相同的水和沙石（物质的比热容）的实验。这两个实验存在一些缺陷，特别是比热容的实验中，材料的选择和实验装置存在很大的缺点，经过本人实践，对上面两个实验进行了一些改进，取得良好的效果，提高了课堂效率。

一、热传递实验的改进

教科书中的实验（如图1），用热水和冷水之间的热传递的一些缺点是：实验所需的器材相对比较多，而且需要温度较高的热水，热水需要保温，上课时把热水分发给学生就需要较长的时间，造成实验时间较长，而且有一定的安全问题。同时由于没有亲身的体验，没有感受到能量的传递，学生往往会得出错误的结论：热传递传递的是温度。

图1　

图2

科学规律的得出一般经过实验—现象—分析—规律的过程，如果在过程中如果增加亲身体验的过程，即实验—亲身体验—现象—分析—规律的过程，亲身体验自己就是实验的一部分，人的感觉器官就是测量工具，由于直接的亲身体验，使实验现象更为直观，这样不仅激发学生的主观能动性，而且使规律得出会直接、容易。

在上课时，我把实验改为手和铁板之间热传递，请全班学生把手放在书桌的铁板上，让学生亲身感受到热传递，这时手就是测量工具，手就会有冰的感觉，手把能量给了铁板，手的温度下降了等感觉（如图2）。

分析手为什么有冰的感觉的原因，因为手的温度高于铁板的温度，就会得出热传递的条件是由于温度不同的结论。分析手能量减少的感觉，会进一步得出热传递传递的是能量，我们把这种能量叫热量，热传递方向是从温度高传向温度低的结论。分析手为什么有温度下降的感觉，会得出放热的物体温度下降，吸热的物体温度上升。

与教材的实验比较，改正后实验不需要实验器材的准备。完成教材上实验所用的时间较长，而改正后实验所用时间较短，节约了时间，改正后实验方便、经济、安全。更重要的是有亲身体验，有良好的情境，上面实验结论的得出变得非常简单、直接、容易，从而大大提高了课堂效率，还能使科学教学生活化，提高学生的科学素养。

通过亲身体验使实验现象显化，使看不见变得简单、容易、形象、直观例子很多，如声波，教材用水波类比的方法得出声波的存在。我们知道这两种波都是机械波，原理相同。由于水波看得见，而声波看不见，初中生很难把这两种波联系在一起。上课时我用土电话，就能使学生亲身体验到声波的存在，声音由声波传播。如甲图，甲同学发出声音，乙同学会听到声音。分析这个现象，得出声音由棉线传播的结论。

甲图

接着请丙同学用手握住棉线中间，丙同学会感觉到棉线在振动，也就是媒介物在振动。分析棉线为什么有振动现象，会得出声波和水波一样，声源振动带动媒介振动，振动沿着媒介传播，这就是声波。

乙图

利用亲身体验把一些抽象、难以理解的现象演变为直接、直观的感觉，这样的例子还有很多，如力的存在、压强、物质的气味等。

二、比热容的实验改进

1.教材上比热容实验的缺陷

（1）选择材料存在缺陷

教材用河滩上的沙石和水温的不同情境引入很好，但在比热容的实验的材料用沙石和水存在严重缺陷。沙石靠传导的方式传递热，而且沙石是热的不良导体，传热能力差，造成沙石的温度不均匀。水主要靠对流传热，传热能力强。所以水要比沙吸热快，这也造成相同的时间水和沙石吸收热量不同。沙石如果潮湿，加热时水会蒸发吸热，会影响实验，实验时要准备非常干燥的沙这也比较麻烦。

（2）难以保证水和沙相同的时间吸收相同的热量

实验时控制酒精灯火焰相同，控制酒精灯火焰距烧杯底部的距离相同，这些操作难以做到，而且用上述的方法使水和沙石吸收热量相同，误差较大，可能会影响实验结果。

（3）沙的温度难以测量准确

沙子的各部分温度不同，底部温度高于中间的温度。实验时，沙子底部的温度确实高于水的温度，这不仅违背实验室温度计使用规则，也不代表沙的温度。所以测量时温度计的玻璃泡应放在沙的中间，而沙子中间的温度低于水的温度！这与我们想要的实验结果恰好相反。

（4）实验时间比较长

实验时为了使烧杯受热均匀，隔着石棉网加热导致吸热减慢。所用的水和沙子质量比较大，升高较高的温度需吸收较多的热量。为了使沙子的温度均匀，要不断进行搅拌。一般完成这个实验需要15分钟。

2.比热容实验改进措施

（1）实验材料选择煤油和水，煤油和水都是液态，它们流动性差不多，热传递能力基本一样。我曾选用食用油，由于食用油的流动性差，实验效果不好。水的比热容是4.2×103J/（kg℃），而煤油的比热容是2.1×103J/（kg℃），煤油的比热容只有水的比热容一半，实验时吸收相同的热量煤油温度升高大很多，实验现象明显。

（2）减少煤油和水的质量，原来实验需要200g，改进后实验用20g水和煤油加到相同的试管中，用减少质量的方法减少吸收热量以缩短实验时间。

（3）水浴加热

（如图3）在加盖大烧杯（这个装置就是实验室中研究熔点的装置）中加适量的70℃至80℃热水，把两支装有相同质量煤油和水的试管同时固定在烧杯里，试管浸入水中的深度要相同。利用同一热源水浴加热能保证两支试管相同的时间吸收相同的热量，而且不用酒精灯加热，不用搅拌，可操作性强。

图3

改进的实验由于实验材料的改变，选择了同一热源，能确保水和煤油在相同的时间内吸收相同的热量，实验操作方便，相对简单。实验时间大大缩短，只需5分钟左右，大大提高了课堂效率。

实验后，请学生比较改进后的实验和教材中实验的差别，找出优点和缺点，为什么要这么改，这样不仅提高了科学素养，而且培养了创新能力。

实验教学是创造性工作，新课程需要创新型教师。我们要不断地学习提高实验教学能力，提高实验设计能力，提高实验操作能力，提高实验改进能力。提高课堂效率，提高学生学习科学的兴趣。在生活中寻找实验资源以实现科学知识的应用，提高学生科学素养，培养创新人才，做个有心人。

［1］李焕珍.中学物理实验教学中进行科学方法的教育的探索［J］.中学教学参考，2001.

［2］耀能.谈中学物理实验的思维目标［J］.教学与管理，2001.

·编辑鲁翠红