基于数字化实验的“熔化与凝固”课程研究

丁忆凡

摘 要：数字化（DIS）实验室作为一种新型课程资源，已经开始逐渐走入课堂。记录了基于DIS实验的“熔化与凝固”课程设计与教学过程，突破传统实验在研究晶体熔化与凝固时的难点。

关键词：初中物理；数字化（DIS）实验；熔化与凝固

随着科技的发展，数字化实验室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，对当前的教育变革起到了一定的指导作用，基于数字化实验时的中学物理教学在常规教学创新、传统实验改进、科学探究深入等方面具有良好效果，同时，数字化实验室应用与中学物理教学也面临着一些挑战。

下面以笔者的一节基于数字化实验的“熔化与凝固”区级公开课为例，谈谈数字化实验设备在初中物理课堂中的使用。

一、明确目标，找准思路

在上本节课之前，我首先对新课标对本课的要求进行了了解，经过分析，我认为本课的重点在于熔化、凝固的概念，吸、放热情况的分析，以及晶体、非晶体熔化特点的区分。其中的难点在于晶体的熔化、凝固过程。使用传统的实验方式难度较大，并不能保证每次的演示实验都能得到正确的数据及图像。

在这节课中，我使用了数字化的实验器材：温度传感器以及数字化实验软件。在软件的辅助下，不仅能够准确地读出实时的温度数值，同时也能描绘温度随时间变化的图像。这样做一方面省去了课堂上学生描点作图的时间，也方便学生在实验的过程中观察所研究物体的状态变化。

二、精心规划，设计实施教学过程

本节课总共分为四个大板块：概念的引入、实验的指导、学生分组实验、数据与图像的分析。

（一）概念的引入

1.演示实验

将蜡烛点燃后倾斜一个角度，让烛油滴在一张白纸上。

教师提问：

（1）同学们观察到了什么现象？

（2）烛蜡的状态发生了什么改变？

（3）烛蜡为什么会熔化？为什么会凝固？

（4）温度发生了什么样的改变？

总结得出熔化与凝固的概念以及吸放热情况。

2.展示：冰水混合物

教师提问：

（1）杯中有哪些物质？

（2）杯中正在发生哪一种物态变化？

（3）判断的依据是什么？

（4）熔化过程中，冰的温度发生了什么样的变化？

根据所提问题引发学生思考，从而以冰与蜡为例对不同物质在熔化与凝固过程中的特点进行探究。

（二）实验的指导

本节实验采用学生分组实验的方式进行。传统实验中，我们使用实验室温度计测量温度，但是在今天的实验中，我们将用到温度传感器，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。

我们将冰装入试管中，烧杯中装入高温热水，对冰进行隔水加热，这种加热方法我们称为“水浴法”，这种方法可以帮助物质受热更加均匀。

使用“水浴法”不仅可以对物体进行加热，也可以进行冷却。

在做冰凝固实验时，使用冰盐水进行水浴冷却，当你们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。

另外三组做蜡的熔化凝固实验，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。

（三）学生分组实验及数据分析

实验中进行指导，带领学生观察图像，并且注意观察水熔化过程中的固液共存状态。

学生实验结果汇总：

第一组：蜡的熔化与凝固

第二组：水的凝固与冰的熔化

（1）在这两组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，图线中平缓的过程表示什么？

（4）在冰熔化的过程中，你们在试管中看到的是什么样的物质？

分析总结晶体与非晶体熔化凝固的特点。

三、教学反思

利用实物演示进行引入，这样的过程对学生而言更加形象、直观。在引入阶段的几个简短提问不仅可以引出熔化、凝固的概念，同时为接下来讨论冰与蜡熔化、凝固的特点进行了铺垫。

本节课最大的亮点也是关键点就在于学生的分组实验，因为是学生第一次使用数字化的实验仪器，所以实验前的指导具有非常重要的作用。在课堂上采用了实物的照片对实验的方法与步骤进行了详细的指导。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。装置图片：通过酒精燈及水浴法加热两张图片的对比，帮助学生了解水浴法及水浴法的优点。另外，清晰地投影出水的凝固与冰的熔化、蜡的熔化与凝固两组实验中所用的不同水浴。这样的方式更加直观简洁。

最后提到本节课生成的数据。这些数据是由计算机直接读数，并且自动生成了图像，因此不需要学生进行描点作图。这在某个程度上来说，为课堂节省了一部分时间，所以本节课最终呈现出来的容量是比较大的，因此首先让学生区分两种图像的不同点，然后就两种图像中的熔化图像进行具体分析。对于凝固的图像，因为和熔化的图像正好相反，所以只需要简单分析即可。

本节课的设计初衷是为了突破传统实验探究晶体熔化凝固实验的弊端。通过数字化实验器材的使用，学生可以很方便地完成实验，并且得到的数据有效率很高，对于概念的理解更加深刻。

参考文献：

[1]夏守行.晶体熔化与凝固实验的改进[J].实验教学与仪器，2010（Z1）.

[2]冒美凤.熔化与凝固学习指南[J].中学生数理化（八年级物理）（人教版），2007（11）.

编辑 李烨艳