物理实验教学的改进与创新

陶丽兰 黎雪

“探究水的沸点与气压的关系”是沪粤版八年级物理下册第八章《神奇的压强》第三节大气压与人类生活的一个探究实验。这节物理实验课教学思路清晰、环环相扣：首先，教师以生活中出现的问题导入教学，接着引导学生分析教材中的实验装置及其不足之处，对实验装置提出改进建议，然后师生共同改进实验装置，操作实验，最后用改良后的实验装置开展实验。这节物理实验课，充分调动了学生的主观能动性，让学生学会质疑、思考，积极参与实验探究，掌握科学探究和实验创新的方法。

一、创设情境，明确目标

师：在高山上工作的地质勘探人员和登山运动员，往往会遇到这样的情况——饭锅里的水已经沸腾很久了，并且冒出了大量的白气，但是锅里的米还是生的，因此，在高山地区需要用高压锅来煮饭。这是为什么？

生1：水的温度不够高。

师：水已经沸腾，说明温度已经达到沸点，为什么说温度不够高呢？

生2：高山地区空气稀薄，气压低。

师：水的沸点跟气压有什么关系？这节课我们通过实验来探究水的沸点与气压的关系。（课件出示学习目标：①通过对教材中的实验装置进行分析，能提出改进实验装置的设想;②能用改进后的实验装置探究水的沸点与气压的关系，解释生产与生活中的相关应用;③经历实验改进的全过程，感受实验创新的价值）

【评析】基于生活实际，教师创设学习情境，提出“气压与沸点存在什么关系”的问题，培养了学生用物理知识解决实际问题的意识。

二、改进实验，探究新知

师：请同学们阅读课本第80页活动3（如图1），了解实验需要的器材及实验步骤。

生读课本，师巡堂。

生：实验需要的器材有酒精灯、石棉网、烧瓶、注射器。

师：课本中的实验如何改变水面的气压？

生：用注射器打气或抽气。

师：如何判断水的沸点是否发生了变化？

生：看水的沸腾情况。

师：可以讲得具体一些吗？

生：用注射器给沸腾的水打气加压，假如水没有继续沸腾，说明水的沸点升高了，需要继续加热;对正在沸腾的水停止加热，随即用注射器抽气减压，水温应该会下降，如果水再次沸腾，说明水的沸点降低了。

【评析】教师请学生厘清实验原理和实验操作方法，为改进实验装置做准备。

师：大家都明白实验原理了，现在请你仔细观察课本中的实验装置，想一想，从安全性、可视性、操作性来看，这套实验装置有没有不妥的地方？如果请你来改进实验装置，你认为可以在哪些方面进行调整，使实验操作更加安全、直观，更有利于操作？可以互相交流、讨论。

生独立思考，然后分组讨论，师巡堂。

【评析】教师引导学生观察课本中的实验装置，尝试提出改进实验装置的建议，参与实验装置的设计，这培养了学生的问题意识和创新精神，以及学生的科学态度与责任素养，发展了学生的物理观念和科学思维。

师：下面我们来听一听各个小组的想法。

生1：用酒精灯加热有一定的危险性，是不是可以用电加热器加热？

师：这个想法很好，你想用哪种电加热器代替酒精灯？

生1：可以用电热水壶烧水，但是没办法保证气密性，也无法改变里面的气压。我们小组暂时没有想到用哪一种电加热器。

师：是的，需要考虑容器的气密性。在选择电加热器方面，谁有好的建议？

生2：换一个可以直接对着烧瓶加热的电加热器。

生3：电磁炉可以吗？

师：电磁炉不能直接对着玻璃加热。

生4：可以用电陶炉加热烧瓶。

师：集体的智慧就是大！用电陶炉加热烧瓶，热源更稳定，操作更安全，是个好建议！

【评析】教师鼓励学生结合生活经验，聚焦实验的热源问题，引导学生思考加热器的选择，同时肯定了学生提出的改进建议，让学生备受鼓舞。

生：实验需要打气和抽气，教材中的实验装置不够稳定，必须固定实验装置。

师：如何固定？

生：用鐵架台和夹子固定实验仪器。

师：很好！我们就用铁架台和夹子固定烧瓶。再想一想，还可以从哪些方面进行改进？

生：用温度计测量不同气压下水沸腾的温度，便于明确水的沸点与气压的关系。

师：有道理！课本中的实验是通过观察水的沸腾情况来推断水的沸点的变化，这样不够直观，我们可以换用能够直接读出温度的数显温度计。

【评析】得到教师的肯定后，学生对改进实验装置的兴趣更为浓厚。在教师的引领下，学生不断提出优化实验仪器的设想，此时，教师也置身于学生的实验装置设计团队中，相机介绍和推荐数显温度计，与学生共同探讨实验仪器的选取和实验装置的改进。

师：同学们观察得十分仔细，还提出了改进实验装置的设想。老师为大家准备了改进实验装置所需要的器材，下面，我们一起来组装这套实验装置。（课件呈现实验步骤：①用电陶炉加热烧瓶;②增加数显温度计，直接测量出不同气压下水的沸点，将水的沸点与气压的关系数值显性化，便于理解;③用铁架台和夹子固定烧瓶，确保实验装置的稳定性，把注射器换成打气抽气筒。同时出示图2）

师：图2是改进后的实验装置，实验器材有铁架台、平底烧瓶、电陶炉、数显温度计、打气抽气筒。下面老师来演示实验，请同学们仔细观察，说出常压下、增压时、减压下，水的沸点分别是多少？

师演示实验，生观察并记录实验数据。

师：（打开电陶炉开关）在常压下把水加热至沸腾。

生：水沸腾时的温度是100℃。

师：这说明常压下水的沸点是100℃。若此时气压增大，水的沸点将如何变化呢？（戴上隔热手套，用打气筒向烧瓶内打气加压，水停止沸腾）

生：（齐）水的温度升高。

师：热源不变的情况下继续加热。你看到了什么？

生：（齐）水重新沸腾了。

师：此时，水的温度是多少？

生：（齐）105℃。

师：当气压减小时，水的沸点又将如何变化？（停止加热，关闭开关，移开电陶炉，等待水温下降）此时，水停止沸腾。现在老师用抽气筒向瓶外抽气，瓶内气压减小，你发现了什么？

生：（齐）水重新沸腾了。

师：水的温度是多少？

生：96.3℃。

师：常压下，水的沸点是100℃;当气压增大时，水的沸点升高至105℃;当气压减小时，水的沸点降低至96.3℃。这个实验说明气压与沸点之间有什么关系呢？

生：水的沸点随着液体表面气压增大而升高，随着气压的减小而降低。

【评析】教师用预先改进的实验装置进行实验演示，让学生观察实验现象，通过观察、对比、分析、总结，准确理解气压与沸点的关系，感受实验创新的魅力。

三、拓展实验，提升能力

师：通过刚才老师的演示实验，我们知道水的沸点与气压的关系。请你思考，在不加热的情况下，有什么办法让水沸腾？

生思考，与同伴交流。

生：通过实验可知，气压减小，水的沸点就降低。如果把热水周围的气压降到足够低，水就会重新沸腾。

师：有道理！现在老师给每个小组提供一支注射器、一个橡皮帽、一杯热水，請你们试着利用这些器材设计实验方案，验证你们的想法。

生设计方案，展开实验;师巡堂指导。

师：有的小组已经设计好实验方案了。哪个小组来演示实验？

生上台演示实验，用注射器抽取一定质量的水，戴好橡皮帽，保证烧瓶的气密性，然后向外拉活塞使注射器内的气压降低，热水重新沸腾。

师：这组同学通过实验来验证方案的合理性，做得好！其余小组也动手试一试吧。

生分小组展开实验。

【评析】学生已经理解水的沸点与气压的关系，此时教师向学生提出再设计一个创新实验方案，促使学生继续保持探索的欲望，这也是实验方案达成后对学生实验设计能力的再次检验。

四、学以致用，总结提升

师：通过实验，我们知道水的沸点与液体表面气压的关系。回到课前的问题，谁来解释高山地区需要用高压锅做饭的原理？

生：高山地区气压低，水的沸点低，水温达到80多度可能就沸腾了，所以，饭不容易熟。高压锅能使锅内气压增大，提高水的沸点，使温度变高，饭就容易熟了。

师：这节课，我们利用改进后的实验装置探究水的沸点与气压的关系，请你对照学习目标，说一说自己的收获。

生1：水的沸点随着气压的增大而升高，随着气压的减小而降低。我还知道了高压锅的使用原理。

生2：为了让实验操作更简单、更直观，我知道如何改进实验和创新实验。

师：从发现课本中的实验装置不够完美到提出实验改进建议、参与实验改进设计，再到设计实验方案、验证猜想，最后运用水的沸点与气压的关系解释生活中的问题，在这个过程中，我们遇到了不少问题，但经过探索、改进和创新，最后获得了成功。老师希望同学们在以后的学习中能够一直保持这样的科学态度和探索精神。

【评析】结课时回归课前的问题情境，做到了首尾呼应。学生运用物理知识解决生活中的问题，增强了用知识解决问题的意识。在课堂小结环节，教师让学生对照学习目标梳理学习过程，归纳知识点，无形中提高了学生的概括能力，培养了学生的科学态度和创新精神。

【总评】利用在高山地区煮饭要用高压锅创设情境，围绕“为什么？用什么实验来证明？如何使实验更直观更易于操作”等问题，教师引导学生对课本中的实验装置提出改进建议，让学生在优化实验装置的过程中获得成功的体验，这激发了学生科学探索的热情，发展了学生的物理观念、科学思维、实验探究、科学态度与责任感的物理学科核心素养。

这节课最大的亮点在于，教师对教学的每一个步骤都有着清醒的认识，明确教学目标是什么、如何达成教学目标、教学目标达成后如何进行检验。在每一个教学环节，教师都明白自己想做什么、在做什么，使课堂教学始终处于问题解决的状态，体现了教师以“问题”为中心引领教学的理念。

注：本课例获2020年广西实验创新比赛说课一等奖。

（责编 欧孔群）