运用数字化实验改进初中物理实验教学——以比热容教学为例

陈晓辉

（山东省日照市岚山区安东卫实验学校，山东 日照）

一、中学物理教材对数字化实验的拓展

在新课程理念的指导下，伴随信息教育技术的快速发展，数字化教学在课堂中发挥的优势也日渐显著。信息技术与物理教学整合的新型教学模式，使一些物理现象展现得更加直观具体，学生更加容易接受，能够更好地达到教学目的。

其中传感器在物理信息化教学的过程中起着举足轻重的作用，笔者翻阅日照市所使用的物理课本（2013年人教版物理课本）八年级上下册和九年级全一册的教材用书，共22章，发现其中数字化教学的章节有5章，占比22.7%。分别是八年级上册第1章第4节运动的快慢，这节中拓展讲解了位置传感器；第2章第2节声音的特性这节，出现了示波器；第3章第1节温度出现了热电偶温度计；八年级下册第9章第4节出现了气体压强传感器；九年级第13章第3节出现了温度传感器。其中传感器利用最多，共出现3次，占比60%。

本文将详细阐述传感器在第13章第3节比热容这一节实验教学中的应用，展现信息技术在物理实验中的优势。

二、利用传感器比较不同物质的吸热情况，以水和食用色拉油为例

（一）分析教材

中学物理中“比热容”这一节通过实验探究认识物体在温度变化时吸收或放出热量的能力，即研究物质的比热容。学生通过“比较不同物质吸热的情况”这个实验，进行探究性实验，通过对实验现象的分析，发现物理规律并形成概念，是这节课的重点和难点。

本节人教版教材中设计的实验如图所示，用到的实验器材分别有：两个相同规格的电加热器、温度计、烧杯、水和食用油等。

具体实验操作过程如下，利用两个相同规格的电加热器分别加热质量相同的水和食用油（电热器每秒放出的热量是一定的，当它浸没在液体中时，可认为液体每秒吸收的热量相同），使它们升高相同的温度。学生使用温度计采集液体温度数据，使用秒表测量时间，并记录实验数据。分析采集的实验数据，加热质量相等的水和食用油使其升高相同温度时，加热时间不同，水需要加热的时间更长，说明水吸收的热量更多。实验结果表明，不同物质在质量相等、升高温度相同时，吸收热量不同。怎么表示不同物质这种吸热性质上的差别呢？引入比热容这个物理量。

本实验的现象较明显，能够说明不同物质的吸热情况不同。但是笔者在实际教学中发现，该实验有几点不足之处：

1.无法保证相同时间内水和食用油吸收的热量相同

实验用的电加热器体积大而且是部分在液体中部分在空气中，有热量损失，实验误差较大。并且实验用的烧杯杯口过大，会导致一部分热量散失到空气中。综合这两方面原因，用电加热器作为加热装置无法保证液体在相同时间内吸收相同的热量。

2.采集温度数据时误差较大

教材中用来采集温度的器材是温度计，器材本身的限制，或者读数时视线偏差等都会导致采集的温度数据误差较大。

3.实验过程中存在用电安全隐患

学生做这个实验时，还没有学习安全用电的知识，在操作实验时没有安全用电的意识。此类型的电加热器在220V电压下工作，放在水里加热，有漏电的风险，不利于学生独立进行实验操作。

（二）实验改进

改进加热方式，去除教材中使用的电加热器，用热传递的方式进行加热。把试管里装上质量、初温相同的水和食用色拉油，直接放到装有热水的烧杯中（水面高于试管内液体深度），这样既能保证相同时间内水和食用油吸收热量相同，又能排除实验中存在的用电安全隐患。温度传感器替代温度计，可以实现实时采集温度数据，并且可以用软件绘制出温度随时间变化的图像，更直观地反映实验现象。

具体实验操作步骤如下：

1.利用托盘天平，把试管内称取相同质量的水和酒精，将两个试管放到盛有凉水的烧杯中，目的是使两试管中液体初始温度相同。

2.把两个试管同时放到装有热水的烧杯中，烧杯中水面高于试管内液面，试管中液体吸收热量温度会上升。

3.用温度传感器连接采集器和电脑，采集水和油的实时温度数据，并用绘图软件同步绘制出温度随时间变化的图像，如图所示。

分析图像，发现质量相同的水和食用油，在吸收相同热量时，食用油升温快，水升温慢。所以不同物质，在质量相等、升高的温度相同时，吸收热量不同。怎么来表示物质这种吸热能力不同的差别呢？引入比热容的概念。

（三）实验改进后的优点

1.改变了传统课本上的实验器材，利用数字化教学器材，实时采集数据读数更加准确，使实验误差更小，并且利用软件绘制出温度随时间变化的图像，使实验现象更直观，有利于得出实验结论。

2.教材上的实验进行两次加热测量，改进后将试管同时放入凉水和热水中，除了保证了两种液体吸收热量相同、缩短了实验时间之外，还去除了加热装置电加热器，排除用电安全隐患，使实验更加安全环保。

3.简化实验器材，器材的准备简单易行，学生能够分组合作完成，提高了实验的可操作性。

三、小结

很多物理实验在现有的学校传统实验室里很难较好地完成，或者较难达到预期的效果，有时会出现实验现象不明显、实验数据过于抽象等现象，信息技术与物理教学的有机结合在很大程度上弥补了这一不足。本节采用温度传感器和绘图软件，把采集的温度数据绘制成图像，再通过对图像的观察和分析，帮助学生增强对物理概念的理解，加深对物理规律的记忆。在今后的教学中我们应该积极探索，结合实际教学，有针对性地设计数字化教学实验，提高实验教学质量和效率，促进学生学习方式向多元化转变。