數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在初中物理熱學(xué)中的對(duì)比研究

劉啟書

（重慶市兩江中學(xué)校）

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在初中物理熱學(xué)中的對(duì)比研究

劉啟書

（重慶市兩江中學(xué)校）

簡(jiǎn)單介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，應(yīng)用此平臺(tái)完成水的沸騰和晶體與非晶體的熔化實(shí)驗(yàn)，并與相應(yīng)的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而認(rèn)識(shí)各自的優(yōu)點(diǎn)和不足。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；沸騰；熔化；沸點(diǎn)；熔點(diǎn)

我校的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建立了多年，通過(guò)一段時(shí)間的使用，總體來(lái)說(shuō)，學(xué)生對(duì)它都是持肯定的態(tài)度，有的學(xué)生說(shuō)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的使用給學(xué)習(xí)帶來(lái)了不少便利，也有的學(xué)生說(shuō)不能充分體現(xiàn)中考的要求，有的考點(diǎn)尚不能完全落實(shí)。本學(xué)期我們初中物理組將學(xué)生分成了兩大類，一類做數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，一類做傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在我們將這次實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較如下：

一、水的沸騰實(shí)驗(yàn)分析

1.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究水的沸騰

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)是按照教材進(jìn)行操作，利用溫度計(jì)來(lái)測(cè)量溫度，用秒表來(lái)記錄時(shí)間，看時(shí)間的同時(shí)還要準(zhǔn)確讀數(shù)，很難做到同時(shí)性，讀完了數(shù)據(jù)還要記錄在設(shè)計(jì)好的表格內(nèi)，用數(shù)學(xué)畫函數(shù)圖象的方法根據(jù)表格數(shù)據(jù)描點(diǎn)、連線，而描出來(lái)的點(diǎn)并不具備連續(xù)性，使得誤差加大。這種實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)在于學(xué)生既練習(xí)了溫度計(jì)的使用，又練習(xí)了秒表的使用，而且符合中考要求，要求學(xué)生掌握的技能比較全面。

2.數(shù)字化探究水的沸騰

實(shí)驗(yàn)裝置：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、溫度傳感器、大試管、酒精燈、鐵架臺(tái)、水。

數(shù)據(jù)分析：由PLAB思邁數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)軟件做出的圖像圖3很清楚地展示出溫度的變化，通過(guò)上圖，不難看出，水的溫度從85℃到95℃之間是逐漸上升的，但也有發(fā)生變化的情況，而96℃后的溫度比較平穩(wěn)，卻并不是一條直線。它真實(shí)地反映了實(shí)驗(yàn)中溫度的具體變化過(guò)程，這些都在誤差范圍內(nèi)。

二、晶體和非晶體的熔化

1.石蠟的熔化

石蠟是塊狀固體，要想讓溫度傳感器與石蠟充分接觸很不容易，我們特地將石蠟切成小塊，然后將溫度傳感器深入石蠟并擠壓使其緊密接觸。而石蠟傳熱較慢，又不能用酒精燈直接加熱，所以只有用水浴法進(jìn)行加熱。

本實(shí)驗(yàn)器材為：石蠟、水、酒精燈、燒杯、大試管、鐵架臺(tái)、溫度傳感器、PLAB實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用酒精燈加熱水大約90℃。

（2）將裝有溫度傳感器的大試管輕輕放入燒杯的水中，充分接觸。

（3）接好傳感器，開始記錄數(shù)據(jù)。隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，采集器把時(shí)間和溫度的變化數(shù)據(jù)記錄到電腦中，通過(guò)圖表顯示出來(lái)。

數(shù)據(jù)分析：通過(guò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)記錄的數(shù)據(jù)，我們不難發(fā)現(xiàn)，從整體上看，石蠟在熔化過(guò)程中溫度是逐漸升高的，雖然個(gè)別時(shí)刻溫度在降低，卻也完全符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)。降低的原因主要體現(xiàn)在溫度傳感器與石蠟的結(jié)合緊密程度有關(guān)，空氣流動(dòng)狀況也會(huì)影響到傳感器的讀數(shù)。正是因?yàn)閭鞲衅鞯木_度高，反應(yīng)靈敏，我們才看到了石蠟熔化時(shí)的溫度值。

堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，強(qiáng)化質(zhì)量分析，加強(qiáng)全程監(jiān)管。廣東省所以問(wèn)題為導(dǎo)向，不斷加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)控制、有因檢查。針對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，建立了中藥材、防腐劑、激素等10多種補(bǔ)充檢驗(yàn)方法。開展近20個(gè)品種的質(zhì)量研究，積極引入信息化思維和手段，建立產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)與追蹤平臺(tái)，開展質(zhì)量趨勢(shì)分析，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)研究分析能力和挖掘能力，強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)防控，做好行政監(jiān)管風(fēng)向標(biāo)。

2.海波的熔化

海波是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的理想藥品，其熔化的溫度不高也不低，十分適合實(shí)驗(yàn)室操作。海波是細(xì)顆粒狀的晶體，方便溫度傳感器插入其中，達(dá)到充分接觸的目的。而冰雖然是常見，但它是塊狀固體，傳感器插不進(jìn)去，而且在較低溫度時(shí)就熔化了，不好掌握。

實(shí)驗(yàn)原理：任何物質(zhì)，在溫度升高時(shí)，物態(tài)也會(huì)發(fā)生變化。

主要實(shí)驗(yàn)方法：水浴法（使晶體均勻受熱）。

實(shí)驗(yàn)器材：鐵架臺(tái)、酒精燈、石棉網(wǎng)、水、燒杯、試管、晶體（海波）、溫度傳感器、PLAB數(shù)字化實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、玻璃棒。

操作提示：（1）把裝有海波的試管（高度約3cm）放在盛有熱水（稍低于熔點(diǎn)，海波的熔點(diǎn)是48℃）的大燒杯里。試管內(nèi)裝有溫度傳感器，傳感器設(shè)置為每分鐘記錄10次。

（2）當(dāng)海波的溫度接近熔點(diǎn)時(shí)，稍減慢加熱速度。注意觀察海波的變化：試管壁開始→海波逐漸熔化→溫度基本保持在熔點(diǎn)左右→海波全部熔化后→溫度持續(xù)上升。約超過(guò)熔點(diǎn)3℃時(shí)停止加熱。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）開始加熱時(shí)，海波物態(tài)不變，電腦示數(shù)逐漸增大。（2）在一定的溫度下（熔點(diǎn)）海波開始融化，熔化過(guò)程中吸熱，但電腦示數(shù)基本保持不變，海波處于固液共存態(tài)。（3）當(dāng)海波全部熔化完畢，繼續(xù)加熱，電腦示數(shù)再逐漸增高。

實(shí)驗(yàn)完成后停止加熱，電腦也停止記錄數(shù)據(jù)，把電腦處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，這在很大程度上避免了學(xué)生在采集數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)的失誤，減少了學(xué)生采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可用的情況的出現(xiàn)，同時(shí)也避免了很多不必要的誤差，有利于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的分析以及結(jié)論的得出：海波的熔點(diǎn)大致在47℃左右。

從以上實(shí)驗(yàn)可以看出，PLAB實(shí)驗(yàn)設(shè)備不同于傳統(tǒng)商業(yè)儀器，它在物理教學(xué)中有相當(dāng)多的優(yōu)勢(shì)。

（1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程更加簡(jiǎn)化，實(shí)驗(yàn)時(shí)間大大減少，實(shí)驗(yàn)效率明顯提高。

（2）實(shí)驗(yàn)所得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式相比要更加符合客觀的規(guī)律，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備這種由采集器、傳感器、實(shí)驗(yàn)附件以及相應(yīng)軟件組成的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，可以使學(xué)生更精確地采集數(shù)據(jù)。這在很大程度上避免了學(xué)生在采集數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)的失誤，減少了學(xué)生采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不可用的情況的出現(xiàn)，同時(shí)也避免了很多不必要的誤差，有利于學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)分析以及結(jié)論的得出。

（3）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備不得不提的是它的可視化，學(xué)生第一次通過(guò)我的介紹，見到這種直觀地通過(guò)數(shù)字、波形、儀表、柱狀等多種形式顯示出來(lái)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)時(shí)，好奇心很強(qiáng)。

（4）數(shù)字化實(shí)驗(yàn)設(shè)備能快速地處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這相比傳統(tǒng)的代入數(shù)據(jù)計(jì)算少了計(jì)算的過(guò)程。

我校數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室的投入使用給我校師生帶來(lái)了良好的教學(xué)效果，相信隨著使用經(jīng)驗(yàn)的累積，以及教師專業(yè)技能的提高，物理探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量將會(huì)有進(jìn)一步提高。

·編輯 張珍珍