基于DIS的初中物理实验教学探讨——以“熔化与凝固”为例

(江苏省南京市致远初级中学，江苏 南京 210000)

基于DIS的初中物理实验教学探讨
——以“熔化与凝固”为例

周伟

(江苏省南京市致远初级中学，江苏 南京 210000)

本文以“熔化与凝固”实验为例，运用DIS实验手段，解决了传统实验教学中存在的诸多问题，提高了教学效率，培养了学生的思维能力，增强了学生的成就感。

DIS实验；熔化；凝固；案例分析

“熔化与凝固”实验是初中物理的重要教学内容，也是初中生遇到的第一个较难完成的物理实验。在实际教学中很多学生、甚至教师很难得到满意的实验数据及图像，而且绝大部分课堂仅仅只能完成熔化实验，影响了教学效果。DIS实验系统作为一种新型课程资源，以学生的真实实验为基础，实现了信息技术与中学理科课程的有效整合。基于DIS的中学物理实验教学在常规教学创新、传统实验改进、科学探究等方面具有良好的作用。笔者以基于DIS的“熔化与凝固”实验课为例，谈谈数字化实验设备在初中物理教学中的应用。

1 传统实验，困难重重

本节课的教学目标很明确：通过探究实验得到熔化和凝固图像，并从中总结固体熔化和凝固时温度变化的规律，从而知道晶体与非晶体不同的熔化特点。

从目标中，我们不难发现，本节课要通过探究实验得到一张漂亮、理想的熔化与凝固图像，是何等的重要。传统实验方案一般会遇到的困难有：(1) 实验器材较多，学生组装难度较大;(2) 实验时间较长，一般只做熔化实验;(3) 实验难度较大，数据、图像不甚理想;(4) 实验过程较长，结论得出缺乏思考。

2 精心设计，尝试创新

在这节课中，笔者使用了DIS的实验器材：温度传感器、无线传输设备及显示屏、数字化实验软件。

2.1器材使用，指导到位

本节课的实验采用学生分组实验的方式进行，在传统实验中，我们使用实验室用温度计测量温度，但是在DIS实验中，我们将温度传感器与计算机相连，通过软件，可以帮助我们测量与记录数据，并绘制图像。因为学生是第一次使用数字化的实验仪器，因此实验前器材的介绍以及实验的指导非常重要。在最初的课堂设计中，为了节约时间，笔者在课前首先培训了各小组的组长，让他们首先熟悉仪器的使用，因此在实际的课堂上将器材的介绍淡化了。实际操作后，发现这样处理的方式并不理想，很多同学在实验过程中感觉像在看热闹，并不清楚具体的操作及实验步骤，因此只知道最终的数据与图像，却不清楚这些数据、图像的含义。经过几次的改进，笔者选择在课前对于器材及无线连接、软件的使用等进行详细的指导。比如：在软件界面的左方，设置每隔20秒记录一次温度。界面的右方，以横轴表示时间，纵轴表示温度，设置自动描绘温度随时间的变化图像。

2.2 实验设计，因材而变

传统实验按照课本要求，取用温度计进行实验，一般只能在课堂上完成熔化实验。原因有两个：(1) 由于课堂时间所限，需要学生自己描点、作图，从而分析得出结论；(2) 由于器材所限，温度计读数很难做到准确，测温时如不搅拌，更不准确。两难之下，一般老师只选择做熔化实验，耗费时间较多。

笔者认为，针对以上两个难点，选择DIS实验系统，可以有效解决上述问题。原因也是两个：(1) 描点作图不是本节课重点，更不是难点。因为在本节课的上一课时中，已学过沸腾曲线的绘制；(2) 选择温度传感器，测温方便且准确。这样可以采用较少的样品，无需搅拌，受热更加均匀。关键之处还在于其可短时多次测量(笔者采用20s记录温度一次)，再借助数字化实验软件，可以同步显示图像。大大节省了课堂实验时间，且操作简单。一节课先后完成熔化与凝固实验，时间足够，且可以留下充分的时间供学生思考、分析，总结出熔化与凝固的规律。

实验要求：在做水凝固实验时，使用冰盐水进行水浴冷却，当观察到小试管中的水已经凝固成冰，并且温度达到-4℃左右，就将盐水换成常温水进行冰熔化实验。做蜡的熔化凝固实验时，首先用热水进行加热，当观察到蜡完全熔化，温度达到60℃左右，将热水换成常温水，继续蜡的凝固实验。

2.3 数据图像，充分利用

以下图是学生的实验结果，其中图1是水的凝固与冰熔化曲线，图2是蜡的熔化与凝固曲线。

图2

通过以上图像对比，学生已经可以明显地发现两种物质在熔化与凝固过程中具有不同的特点，在此基础上要求学生对两组实验图像进行辨析，并且通过问题串引领学生找寻两种物质各自的熔化、凝固特点：(1) 在这两张图像中找到表示蜡与冰熔化的图线；(2) 这两段图线有什么区别？(3) 冰在熔化的过程中，图线中的平缓过程表示什么？(4) 在冰熔化的过程中，你们在试管中看到的是什么样的状态？

最终学生通过分析，总结出晶体与非晶体熔化凝固的特点。通过引入DIS实验系统，大大降低了实验的难度，提高了实验的精度，增加了实验内容，提高了课堂效率。由于时间的保证，让学生自主思考、得出实验结论成为可能，既培养了学生的思维能力，又增强了学生的成就感。

在本节课的最后，再次利用笔者课前所得萘的熔化与凝固曲线(如图3)和花生油的凝固与熔化曲线(如图4)，对学生所学知识进行巩固与提升。

图3

图4

3 小结

本节课关键在于学生的分组实验，因为学生是第一次使用数字化实验设备，所以实验前的指导具有重要的作用，笔者在课堂上采用了实物照片对实验方法与步骤进行了详细的指导。利用软件界面图片，简明而清晰地告诉学生温度是如何记录的，以及温度随时间变化图像的含义。另外，清晰地投影出冰的凝固与水的熔化、蜡的熔化与凝固两个实验中所用的不同水浴方式，实验方式更加直观简洁，一气呵成。

本节课得到的数据是由计算机直接读取，并且自动生成了图像，不需要学生们描点作图。这种“现场直播”的实验方式，学生感到既新鲜又好奇，同时为课堂节省了时间。刚开始笔者是将学生的数据、图像直接呈现出来，把晶体、非晶体的熔化与凝固放在一起进行分析，但是效果并不好。后来改进为让学生自己比较两种图像的不同点，然后就两种图像中的熔化部分进行具体分析。对于凝固的图像，因为和熔化图像正好相反，所以只需要简单分析即可。

本节课的设计初衷是为了化解传统手段探究晶体熔化、凝固实验的困难，通过DIS实验系统的使用，学生们可以顺利地完成实验，所得数据的准确性、有效性都很高，对于概念的理解更加深刻，学习目标在轻松愉快的气氛中得以达成。

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