物理人教版八年级上册熔化与凝固

V 0 1 3 7N o 2 2 0 1 6 物 理 教师 P H Y S I C ST E A C H E R 第3 7 卷第2 期 2 0 1 6 年 运用数字传感器突破晶体熔化教学的难点 李立娟牛林 北京市潞河中学 北京 1 0 1 1 4 9 摘要 晶体熔化实验是初中物理热学教学内容的经典实验 然而受实验方法和器材的限制 实验效果一直差 强人意 笔者尝试在实验中运用数字传感器测量温度 以期获得理想的实验效果 从而有效突破教学中的难点 问题 关键词 晶体熔化 数字传感器 教学设计 问题驱动 1 问题的提出 熔化和凝固 是继 温度和温度计 之后 初 中物理 热现象 一章的第2 节内容 学生由此开 始他们的热学之旅 熔化 这一部分的内容与生 活息息相关 这对教学起了一定的铺垫作用 但随 之而来的是初二的学生尚处在形成物理思维的最 初阶段 由于受所掌握的知识所限 对日常生活现 象只凭感觉去判断 因此一些相异构想就成了教 学中亟待突破的难点 在教学过程中 笔者发现 难点主要集中在 理解吸热的本质是热传递的 过程 热传递的产生条件是有温度差 理解晶体 熔化过程中吸热但温度不变 传统教材 1 的实验设计中 选择的晶体代表 物质是海波 对海波进行水浴加热 并用温度计直 接测量海波的温度 要求学生观察实验并记录海 波的温度 之后在坐标图中完成温度随时间变化 的图像 由此总结得到海波在熔化前 熔化中和熔 化后的特点 教学实践中发现 在这样的实验设计 下 要求学生既要观察实验现象 又要同时记录实 验数据 是一种很难实现的设想 理解 在水浴方 法下晶体熔化吸热 以及 晶体熔化吸热但温度不 变 这两个教学难点并没有得到突破 在细节上 实验虽然采用水浴加热 但在操作中发现 海波的 熔化仍然是不均匀的 整个过程要对海波进行不 断地搅拌 因此实验装置中缺少了搅拌棒 同时 用温度计测量水温时 受温度计的质量影响 往往 读数并不能精准并且稳定 就导致了学生所采集 的数据并不理想 基于以上实践中发现的问题 笔者尝试运用 温度传感器完成这个实验 此前也不乏有教师进 行过尝试但又无奈放弃 发现传感器有其自身的 局限性 受其自身的校准 稳定性和灵敏性等因素 影响 实验效果并不如意 笔者经过反复试验了不 同品牌及版本传感器之后 发现某公司生产的 新 一代数字传感器 如图1 获得了较好的实验效 一4 0 一 果 有效地突破了以上2 个教学难点 尹 固 图1 新一代数字传感器 2 运用温度传感器突破教学难点 1 难点 的突破 为突破难点 我们运用2 支温度传感器 获得 双图像 直观反映热量的传递情况 帮助 学生理解物质的熔化吸热的本质是热传递过 程 实验中 笔者改变传统教学中只测量海波温 度的情况 而是用2 支传感器同时测量水和海 波的温度 并表现在图像中 如图2 所示 其中 实线表示的是水温随时间的变化情况 虚线表 示的是海波的温度随时间的变化情况 这样的 双图像直观反映了二者的温度差 使学生容易 理解热量的传递情况 从而得到海波的熔化是 吸热过程的结论 8 0 7 0 6 0 P5 0 趟4 0 赠3 0 2 0 03 0 04 0 05 0 0 6 0 0 时间 s 每波熔化温度变化图像 在教学中 笔者发现不少学生总是在这样一 道经典问题中不能得解 万方数据 第3 7 卷第2 期 2 0 1 6 年 物 理 教师 P H Y S I C ST E A C H E R V 0 1 3 7N o 2 2 0 1 6 如图3 所示 A B 两容器里都 装有水 当对A 加热至其中的水沸 腾后 再继续加热 B 试管中的水 能沸腾吗 为什么 笔者认为 学生错解的根源在 于 没能理解水沸腾需要吸热 吸 热的本质是热传递 而热传递的产 生条件是需要有温度差 基于此 我们更坚定了晶体熔化实验双图 像的重要性和必要性 2 难点 的突破 图3 运用传感器直观 准确表现晶体熔化图像可 有效突破难点 由于学生对 晶体熔化时温度不 变 缺乏感性认识 能否充分考虑学生的知识储备 和认知水平 并在实验中展现清晰 完整 直观的 实验现象 是熔化教学的关键 传感器在实验中的 运用 使得温度的读数更灵敏 准确和稳定 能够 很好地克服传统教学中实验成功率低的难题 进 而解决了难点 学生在观察实验现象的同时 对 比温度随时间变化的图像 容易得到晶体熔化过 程中温度保持不变的实验结论 3基于传感器运用的晶体熔化教学设计 1 问题引入 教学中 教师首先提问 固态的冰能否变成液 态的水 学生的回答是肯定的 进而 教师应进一 步追问 如何能做到呢 由此让学生自己设计实 验并体验冰化成水的条件 对此 学生知道在盛夏 的教室中将冰块静置就能实现 也容易想到把冰 放到太阳下晒 或者直接拿在手心里可以加快过 程 此时 教师相应讲解热传递和吸 放热的判断 以及熔化的定义 实验后 学生分析总结得出冰熔化成水的过 程需要吸收热量 此时 教师应继续提问 物质在 吸热时 温度会有什么样的变化呢 对此 不少学 生会认为是 升高 教师要抓住契机 追问 一定 升高吗 在这一问题驱动下 引导学生用实验来 揭晓答案 同时用这一问题主线贯穿整个实验教 学过程 2 组装器材 实验器材的组装亦应以问题作为驱动 教师 首先引导学生思考 要想让固态的海波熔化 可以 用什么办法让它吸热呢 有学生想到 可以用酒 精灯加热 此时 教师应指出 酒精灯外焰的温度 非常高 这样就会使海波的温度升高过快 而且整 个试管的海波受热不均匀 不容易观察实验现象 因此用水浴的办法来解决吸热的问题 开始组装实验器材时 教师着重介绍搅拌棒 和两支传感器的作用 同时介绍传感器软件中的 坐标界面 提示学生观察的要点 为观察实验以及 总结实验现象和结论做铺垫 3 演示实验 海波的熔化 在实验过程中 根据海波的状态将实验分为 熔化前 熔化中和熔化后3 个阶段 实验开始 屏幕上出现水和海波的温度随时 间变化的双图像 在实验的不同阶段教师分别提 问 对比同一时刻的水和海波的温度 你知道哪种 物质在吸热 哪种物质在放热吗 学生容易知道 海波始终在从水中吸热 学生在图像中观察海波的温度变化 容易发 现在熔化前和熔化后海波都是吸热 温度持续升 高 而熔化过程中 海波吸热 但温度保持不变 4 演示总结 物质吸热 温度一定升高吗 答案是否定的 海波的熔化过程就是一个反例 海波在熔化过程 中虽然持续吸热 但是温度保持4 8 不变 把像海 波这样的物质叫晶体 晶体都有一定的熔化温度 叫熔点 每种晶体的熔点一般不同 4 教学反思 1 促进信息技术与物理教学的有机结合 物理学是一门以实验为基础的自然学科 然 而有不少物理实验在现有的学校传统实验室里很 难完成 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 实践证明 信息化实验探 究方式对物理教学 尤其物理实验教学大有裨益 新课标呼唤将信息技术灵活地应用到到物理实验 教学中去 并对信息技术与物理课程的整合提出 了具体的要求 尤其是将传感器列入中学物理课 程 提出了将信息技术与实验教学整合的新型实 验模式 本实验中 笔者用数字化传感器实时采集数 据 并绘成图像 帮助学生在观察现象的同时 分 析并总结海波熔化时的特点 取得了良好的收效 美中不足的是 教学中采用的是演示实验的方式 笔者期待 其所在学校即将装备的数字化实验室 能让学生在分组实验中经历更好的体验 2 以问题驱动物理教学过程 问题驱动课堂教学是以问题为主线 培养能 力为目的 用针对性强 层次鲜明 目的明确的问 题驱动课堂 使学生在问题的驱动下掌握物理概 念 学会科学研究方法 2 1 学生通过自主探究与 合作学习 在积极主动解决问题过程中激活原有 知识 理解 同化 迁移 运用新的知识 问题驱动 教学模式力求引导学生 去思考 而不是 去 接受 下转第4 3 页 一4 1 万方数据 第3 7 卷第2 期物理教师 V 0 1 3 7N o 2 2 0 1 6 年 P H Y S I C ST E A C H E R 2 0 1 6 电磁铁用挂钩悬于滑轨下方的环中 使用水平仪 将整个装置调为水平状态 确保平抛运动的初始 条件 同时 接通电源 让电磁铁开始工作 即吸附 各自的铁块于其正下面 步骤2 接通电动机 匀速转动的电机转轴通 过牵引细线带动电磁铁l 铁块1 向右运动 使小 铁块1 获得一水平初速度 当运动至触碰式开关S 的位置并与之相碰时 开关断开 电磁铁失去磁 性 两铁块同时脱离各自的电磁铁 铁块1 做平抛 运动 铁块2 做自由落体运动 之后的运动情形如 图3 所示 广一一一 三p 函一 皿皿 1 2 叩田衄 口田 图3 断电之后的运动示意图 步骤3 适当调节固定环2 的水平位置以及电 机的转轴直径 意在调整转速 产生不同的平抛初 速度 可以进行多次实验 让观察者感受到两铁 块在空中的水平方向始终等高 同步的下落过程 从视觉和声觉等感官上体验平抛运动的竖直分运 动与自由落体运动具有等时性 3 实验注意事项 为使演示实验取得预期的效果 需要在滑轨 上安装水平仪以保证铁块1 水平抛出 这是确保 两个运动产生等时效应的关键 另外 实验中以下 几个方面需要注意 1 铁块的选取 实验过程中应选取适当质量 和材质的铁块 适当的质量能够保证铁块在运动 中与电磁铁不会轻易脱离 也能使其在被短暂吸 附之后 即使被磁化 也能凭其自身的重力克服剩 磁所产生的磁力 使铁块与电磁铁顺利分离 2 装置的尺寸 为便于观察 产生足够多的 视觉停留 装置应设计稍大一些 长与高在1 2m 左右适中 3 实验装置改进的再思考 平抛运动是由匀 速直线运动和自由落体运动合成而来 因而实验 过程中可以在底部同样再设计另一水平光滑轨 道 将铁块3 置于其上 并让同一电机统一控制 让铁块1 铁块3 在电机转动瞬间同时运动 并获 得相同的水平初速度 除此之外 平抛运动所包含的规律常需要通 过精细的定量研究得出 可以在背板上粘贴坐标 纸作为标度 用频闪照相机或者将摄像机调至 平 稳缓慢拍摄模式 对运动过程进行记录 参考文献 1 人民教育出版社课程教材研究所 物理课程教材研究 开发中心 物理 必修2 M 北京 人民教育出版社 2 0 0 8 7 一l O 2 邢红军 等 平抛运动 教学的高端备课 J 物理教 师 2 0 1 4 6 1 9 2 0 收稿日期 2 0 1 5 一0 7 一0 2 上接第4 1 页 在晶体熔化特点的教学中 笔者用 物质吸热 温度一定升高吗 这一问题刺激学生的思维 同时当 学生根据已有相异构想及思维定势作出错误回答 时 笔者很好地利用了这一思维障碍 通过追问 一 定升高吗 及时搭设思维跳板 帮助学生开拓思路 将熔化过程分为前 中 后分别来研究问题 笔者在 整个教学过程中用教师的引导性提问贯穿始终 使 学生的注意力更加具有选择性和指向性 3 以突破难点作为教学设计的核心 在物理课堂教学中 每堂课都会有部分内容对于 学生来说较难理解 从而成为学生学习过程中的障 碍 影响他们的学习兴趣和进取精神 这些障碍即成 了教学中亟待突破的难点问题 障碍的产生原因是什 么以及如何消除 值得每一位教师深入分析和思考 本文中 笔者在深入研读教材内容的基础上 结合实际教学经验 确定了本节课的难点问题 并 在教学中以此为核心 为突破学生的思维障碍一 步步搭建平台 将学生所面I 临的较大的思维坡度 转化为思维梯度 帮助学生消除了思维障碍 有效 突破了教学难点 j 参考文献 1 北京师范大学出版社 北京教育科学研究院 义务教育 教科书 物理八年