(1. 北京第二中学分校,北京 100010;2. 北京市东城教师研修中心,北京 100009)

“水的沸腾”实验是人教版初二物理第三章第三节的学生实验，在实际教学中我们常常让学生在实验室观察水的沸腾特点。基于教材的传统实验，我们利用DIS系统进行了实验的改进，可以在显示屏上直接显示出温度与时间的图像。对此实验进一步研究，让学生在家可以多次重复实验，且安全性高。

1 传统实验教学的困惑

图1

传统物理教材中给出的“水的沸腾”实验装置如图1所示，这套实验器材能够让学生完成基本的实验。我们发现，盖上的小孔也是编者精心设计的，在减少热量散失的基础上，还能尽可能保证液体上方的气压与大气压保持一致。

学生在实验时，首先需要观察温度计的示数变化、水内部的气泡变化情况。同时，学生还需要记录秒表和温度计的示数，并将时间和温度两个物理量记录在表格中。事实上，这就要求学生不仅能够熟悉温度计和秒表的使用，而且能够读出其示数。然而，读温度计示数时，我们要求液面稳定后读出示数，在本实验中，由于水不断吸收热量，沸腾前温度不断升高，学生在实际实验时，难以确定出温度计的稳定示数，他们只能快速读出某一时刻的温度计示数。

教学中，我们发现初二的学生要记录温度、时间两组数据，还要观察气泡的变化，有时会显得手忙脚乱。而后，学生还要根据数据在坐标纸上描点、作图，记录和绘图显然占据了学生的很多时间，而对于温度-时间图像的思考就显得稍微逊色。基于此，我们思考如何能够让实验数据呈现得更加直观，初二的学生处于认知发展阶段的具体运算阶段，物理教学中的实验和实验规律应尽量直观形象地展现在学生面前。

2 “水沸腾”实验的设计

为了将温度和时间的数值形象、直观地呈现给学生，我们在教学中引入了温度传感器。在“水沸腾”的实验中，我们采用温度传感器代替传统温度计，并设置每隔10秒，采集一次温度的示数。实验的过程中，我们发现用传感器的好处在于可以连续、准确地对水的温度进行采集，并且能直接呈现温度-时间图像，教师和学生就可以专心地先观察气泡的变化情况，而后研究温度-时间图像的规律。

2.1 “水的沸腾”实验的课堂操作

在课堂教学中，把温度传感器的金属探头完全浸入水中，DIS系统不仅能够实时采集温度值，而且能够自动给出温度随时间变化曲线。这样一来，学生能够直观地看到温度与时间的关系，进而总结出物理规律。

2.2 利用生活器材的课外探究

我们还选取了“养生锅”这一学生非常熟悉的家用电器，引导学生在课外探究水的沸腾现象。如图2所示，“养生锅”的锅体使用了透明的玻璃材质，学生做实验时，可以从锅体的侧面直接观察到内部的气泡大小和多少。并且“养生锅”上有两个温度传感器，能够在显示屏上清晰地读取锅内水的温度。每隔10秒，记录一次显示屏上的示数，图3为刚开始加热2分钟后的数据，图4为沸腾前气泡的情况，图5为沸腾时的气泡情况。然后，运用Office软件中的Excel把所记录的温度、时间绘制成图像。由此，学生便可以形象直观地观察到水沸腾时温度随时间的变化规律。

图2

图3

图4

图5

学生运用“养生锅”做水的沸腾实验，一方面可以在家随时完成，非常方便。另外，“养生锅”锅体的材质和锅盖的设计，可以让学生从上方和侧面直接观察，这无疑增加了学生的人身安全性。

2.3 关于实验器材的进一步思考

著名的物理教育家乔继平先生曾说过：物理教学仪器的复杂程度与课堂效率成反比。学生在完成基本的沸腾实验后，还可以对“养生锅”与传统实验进行对比研究。锅盖的孔与传统实验中的纸盖的孔有异曲同工之妙。事实上，由于“养生锅”内部的不同档位对应不同的末温，我们可以引导学生进一步思考，如何缩短水加热时间。

实验后，教师引导学生将实验数据汇总，学生会发现每个人的实验时间都不同。教师可以进一步引导学生思考：如何缩短水沸腾前的加热时间？选取学生的实验数据进行分析，不难发现：选择水的初温较高、水的质量较少以及所选档位功率较高，所用的加热时间较短。这样的发现，也为学生研究不同液体吸热本领时，为何选用相同功率的加热器埋下伏笔。此后，学生可以在家多次重复实验，随时完成实验内容。甚至有的学生发现：同样的水，经多次沸腾后，“气泡”越来越少。

综上所述，基于一个贴近生活的器材，让学生在实践中、在生活中发现问题，进而通过查阅资料，寻找解决问题的方案，在潜移默化中提升学生的学科核心素养。

3 对物理教学的启示

通过对“水的沸腾”实验的改进，让我们反思中学物理教学，可得到如下几点启示。

(1) 现代教育技术在课堂中的应用

课堂教学的实验用温度传感器代替传统教学中的温度计，使得温度的读数更灵敏、准确，计算机将温度-时间图像自动绘出，提高了实验结果的直观性。DIS系统不仅将物理现象，更是将物理规律形象直观地呈现在学生面前。在教学中，我们配合投影，将每个学生的情况及时、快速地分享到屏幕，以便形成及时反馈。据此，便可大大缩短学生写出思路、以及再次到黑板展现的时间。作为物理教师，我们可以在教学中引入现代教育技术手段,还可以引导学生充分利用身边的多媒体技术手段，随时随地进行物理实验，以便提升中学物理教学的实效。

(2) 密切联系学生生活实际

物理学源于生活，与生产生活实际联系紧密。因此，我们的物理教学应该基于物理教材，更紧密联系学生生活实际。在“水的沸腾”实验中，我们引入学生熟悉的“养生锅”，也是希望学生深切地感受到传感器实际就在我们的生活中。因此，实验的直观性和贴近学生生活实际的物理教学能够更加有效地提升学生的学习兴趣和求知欲望，由此增进学生的学习效率，提升其学科核心素养。

参考文献：

邢红军.论物理教育中的直观性与学生形象思维能力的培养[J].教育研究.1993,(9).