数字化实验与传统实验在初中物理热学中的对比研究

刘启书

（重庆市两江中学校）

数字化实验与传统实验在初中物理热学中的对比研究

刘启书

（重庆市两江中学校）

简单介绍数字化实验平台，应用此平台完成水的沸腾和晶体与非晶体的熔化实验，并与相应的传统实验进行对比，进而认识各自的优点和不足。

数字化实验；沸腾；熔化；沸点；熔点

我校的数字化实验室已经建立了多年，通过一段时间的使用，总体来说，学生对它都是持肯定的态度，有的学生说数字化实验室的使用给学习带来了不少便利，也有的学生说不能充分体现中考的要求，有的考点尚不能完全落实。本学期我们初中物理组将学生分成了两大类，一类做数字化实验，一类做传统实验。现在我们将这次实验结果比较如下：

一、水的沸腾实验分析

1.传统实验探究水的沸腾

传统实验是按照教材进行操作，利用温度计来测量温度，用秒表来记录时间，看时间的同时还要准确读数，很难做到同时性，读完了数据还要记录在设计好的表格内，用数学画函数图象的方法根据表格数据描点、连线，而描出来的点并不具备连续性，使得误差加大。这种实验的优点在于学生既练习了温度计的使用，又练习了秒表的使用，而且符合中考要求，要求学生掌握的技能比较全面。

2.数字化探究水的沸腾

实验装置：数字化实验平台、温度传感器、大试管、酒精灯、铁架台、水。

数据分析：由PLAB思迈数字化物理实验软件做出的图像图3很清楚地展示出温度的变化，通过上图，不难看出，水的温度从85℃到95℃之间是逐渐上升的，但也有发生变化的情况，而96℃后的温度比较平稳，却并不是一条直线。它真实地反映了实验中温度的具体变化过程，这些都在误差范围内。

二、晶体和非晶体的熔化

1.石蜡的熔化

石蜡是块状固体，要想让温度传感器与石蜡充分接触很不容易，我们特地将石蜡切成小块，然后将温度传感器深入石蜡并挤压使其紧密接触。而石蜡传热较慢，又不能用酒精灯直接加热，所以只有用水浴法进行加热。

本实验器材为：石蜡、水、酒精灯、烧杯、大试管、铁架台、温度传感器、PLAB实验平台。

实验步骤：（1）用酒精灯加热水大约90℃。

（2）将装有温度传感器的大试管轻轻放入烧杯的水中，充分接触。

（3）接好传感器，开始记录数据。随着实验的进行，采集器把时间和温度的变化数据记录到电脑中，通过图表显示出来。

数据分析：通过实验平台记录的数据，我们不难发现，从整体上看，石蜡在熔化过程中温度是逐渐升高的，虽然个别时刻温度在降低，却也完全符合实验事实。降低的原因主要体现在温度传感器与石蜡的结合紧密程度有关，空气流动状况也会影响到传感器的读数。正是因为传感器的精确度高，反应灵敏，我们才看到了石蜡熔化时的温度值。

坚持问题导向，强化质量分析，加强全程监管。广东省所以问题为导向，不断加强风险控制、有因检查。针对检验过程中发现的问题，建立了中药材、防腐剂、激素等10多种补充检验方法。开展近20个品种的质量研究，积极引入信息化思维和手段，建立产品质量评价与追踪平台，开展质量趋势分析，进一步提高数据研究分析能力和挖掘能力，强化风险防控，做好行政监管风向标。

2.海波的熔化

海波是物理化学实验中的理想药品，其熔化的温度不高也不低，十分适合实验室操作。海波是细颗粒状的晶体，方便温度传感器插入其中，达到充分接触的目的。而冰虽然是常见，但它是块状固体，传感器插不进去，而且在较低温度时就熔化了，不好掌握。

实验原理：任何物质，在温度升高时，物态也会发生变化。

主要实验方法：水浴法（使晶体均匀受热）。

实验器材：铁架台、酒精灯、石棉网、水、烧杯、试管、晶体（海波）、温度传感器、PLAB数字化实验平台、玻璃棒。

操作提示：（1）把装有海波的试管（高度约3cm）放在盛有热水（稍低于熔点，海波的熔点是48℃）的大烧杯里。试管内装有温度传感器，传感器设置为每分钟记录10次。

（2）当海波的温度接近熔点时，稍减慢加热速度。注意观察海波的变化：试管壁开始→海波逐渐熔化→温度基本保持在熔点左右→海波全部熔化后→温度持续上升。约超过熔点3℃时停止加热。

实验现象：（1）开始加热时，海波物态不变，电脑示数逐渐增大。（2）在一定的温度下（熔点）海波开始融化，熔化过程中吸热，但电脑示数基本保持不变，海波处于固液共存态。（3）当海波全部熔化完毕，继续加热，电脑示数再逐渐增高。

实验完成后停止加热，电脑也停止记录数据，把电脑处理好的数据进行分析，这在很大程度上避免了学生在采集数据时可能出现的失误，减少了学生采集实验数据不可用的情况的出现，同时也避免了很多不必要的误差，有利于学生对数据的分析以及结论的得出：海波的熔点大致在47℃左右。

从以上实验可以看出，PLAB实验设备不同于传统商业仪器，它在物理教学中有相当多的优势。

（1）实验过程更加简化，实验时间大大减少，实验效率明显提高。

（2）实验所得的实验数据与传统的实验方式相比要更加符合客观的规律，数字化实验设备这种由采集器、传感器、实验附件以及相应软件组成的实验系统，可以使学生更精确地采集数据。这在很大程度上避免了学生在采集数据时可能出现的失误，减少了学生采集实验数据不可用的情况的出现，同时也避免了很多不必要的误差，有利于学生对数据分析以及结论的得出。

（3）数字化实验设备不得不提的是它的可视化，学生第一次通过我的介绍，见到这种直观地通过数字、波形、仪表、柱状等多种形式显示出来的实验现象和数据时，好奇心很强。

（4）数字化实验设备能快速地处理实验数据，这相比传统的代入数据计算少了计算的过程。

我校数字化实验室的投入使用给我校师生带来了良好的教学效果，相信随着使用经验的累积，以及教师专业技能的提高，物理探究性实验教学的教学质量将会有进一步提高。

·编辑 张珍珍