论文部分内容阅读
1案例背景
“专家制”小组学习模式是笔者本学年研究的市级个人课题《“专家制”：初中物理小班教学小组学习的一种新模式的研究》的主要内容，笔者把班上28名学生分为5个小组拼桌上课，每组5～6人，每个组设有组长，负责组织组员讨论、实验等活动.笔者将一学期教学内容分成5～6个知识模块，每个组员认领一块知识模块成为“专家”，如“声学专家”、“物态专家”等.“专家”在本模块学习期间要力争学到本组最好，并且参与组织组员讨论、小制作、小实验等活动，还可以精选自己课外研究的好题给组员做.本案例就是 “物态专家”和笔者一起共同开展的难点突破活动。
2问题叙述
初中物理分组实验中，《熔化和凝固》分组实验一直是一个难题.苏科版教材在引入熔化和凝固概念后，让学生通过完成“探究冰、松香的熔化特点”活动，总结晶体和非晶体不同的熔化特点.松香的实验成功率较高，通过所得数据很容易得出非晶体熔化过程中温度不断升高的结论，但教材中用易拉罐盛放松香，并用酒精灯加热，实际操作时不易观察松香的状态，并且松香很难受热均匀.而冰的熔化也很难做好，因为这部分内容为第二章第三节，教学时间通常是九、十月份，外界温度还很高，所以即便准备好了低温的冰，等老师发给每一组同学，学生尽快开始实验，冰的温度也会很快升到-2 ℃、-1 ℃甚至0 ℃了，此时部分冰已经熔化了.在用酒精灯加热的过程中由于受热不均，冰还未完全熔化，温度计的示数却早已升至5～6 ℃了，这样误差较大的数据显示，冰水混合物并未保持0 ℃不变，学生无法得出正确结论，反而留下了错误印象。
3处理对策[HJ1.5mm]
为了能让学生成功地进行实验，我们做了一系列研究，反复地实验，不但成功地完成了熔化实验，同时还一并完成了凝固实验，在实验过程中，“物态专家”收集本组实验出现的问题，参与课后老师们研究解决的问题，最终取得了很好的效果.本文介绍一下实验的成功秘诀。
3.1松香的熔化、凝固实验：变酒精灯加热为水浴法加热
我们没有用松香，而是在小试管内装适量蜡，并且用木塞固定好小温度计，使得其玻璃泡完全浸没在蜡中，并且保证玻璃泡不碰到试管壁.用大烧杯装热水进行水浴加热.上课前烧好开水，实验时烧杯里的热水温度大约在85～90 ℃，我们要求学生从30 ℃开始计时，每半分钟记一次示数，完全熔化后继续记四个数据再停止熔化实验.然后将小试管从热水中取出放入空烧杯中冷却，期间不停表，继续记录凝固过程的温度变化，直至完全凝固后2 min停止实验.图1为同学得到的图像.
3.2水的凝固、熔化实验：制作低温盐水冰沙
盐水冰沙的制作方法：在1.5 kg水中加入320 g盐一包，待完全溶解后放入冷冻室（家用冰箱的冷冻室即可），由于盐水浓度较大，最终仍呈冰沙状，而温度可低至-22 ℃，这样的冰沙拿出冰箱后在熔化过程中仍能保持-20 ℃左右的熔化温度不变，可以为水结冰提供稳定的低温环境.[HJ]由于当时实验室没有冰箱，笔者将两瓶冰沙放入保温层1 cm以上的冰包带来学校，四小时之内都能保持冰沙状，上课可以正常使用.实验室配备冰柜后就更方便了，盐水冰沙可以在实验开始前都保持较低的温度，实验就更有保障。
[TP11CW73.TIF，BP#]
在小试管内放入2.5～3 mL水，用木塞固定好小温度计（注意点同上），放入量程为150 mL的烧杯中，实验时烧杯中放入120 mL盐水冰沙，这样能够让试管中的水与冰沙充分接触.水量过多或盐水量过少都会导致水不结冰.水温降至10 ℃开始计时，每半分钟记一次示数，直到水完全结冰后继续记录四个数据，再将小试管拿出置于空气中继续进行熔化实验.表1为同学得到的数据和图像（图2），表格中灰色部分为学生观察到固液共存时的温度。
[TP11CW74A.TIF，BP#]
[TP11CW74.TIF，BP#]
4教学反思
实验中暴露出的问题原因与对策：在这个改进的实验中，仍然暴露出了一些问题，导致了实验失败.根据“物态”专家呈报的问题和现象，针对这些现象，我们一遍又一遍地进行实验分析，研究处理对策，以保证学生实验有较高的成功率。
（1）现象：烧杯中放入盐水冰沙后15秒，温度立即降到-1 ℃，此后水尚未结冰，温度一直下降。
原因：温度计玻璃泡碰到了试管壁。
对策：先将温度计放正，用胶带纸固定塞子和试管。
有的学生在实验时直接提起温度计读数，导致塞子脱离试管，学生再塞上，却未注意玻璃泡碰壁了，所以很容易导致实验失败.我们用胶带纸把塞子和试管固定住，使其不易脱开，温度计也不会轻易挪动.并且在实验前一定要提醒学生注意玻璃泡不可碰壁。
（2）现象：-3 ℃时，水依然为液态。
原因：（1）“过冷水”，水中缺少凝结核 。
（2）盐水冰沙加入过多，有盐水混入试管水中。
对策：装搅拌器，搅拌后立即凝固，温度升至0 ℃。
如果是缺少凝结核，可在水中稍加入一点奶粉.用搅拌器效果是很好的，用铁丝做成一个底部为圆环形的搅拌器，套在玻璃泡上，木塞上切一个缺口，使铁丝把手伸出，勾于试管口.实验时学生可随时上下拉动搅拌器使水放热均匀.教师在放置盐水冰沙时一定要注意不要让冰沙漏入试管中.并且提醒学生不要将试管插入冰沙中太深，防止盐水漏入。
（3）现象：温度下降至2 ℃就回升。
原因：盐水温度不够低.用的纯液态盐水升温快，保持低温时间短。
对策：若使用液态盐水最好低于-15 ℃，要保证效果还是要用浓盐水冰沙，熔化过程中保持较低熔点不变。
这个实验成功的关键就是制冷剂能否提供稳定的低温环境，所以盐水冰沙的制作非常重要，如果课上的比较晚，只有液态盐水了，那么分组实验的成功率就很低了，所以一定要准备好充足的盐水冰沙和良好的保温设备。
从学生的数据可以看出，完成熔化凝固实验所用的时间并不很长.可见我们改进后的实验，不但提高了实验的成功率，也提高了实验的效率。
实验研究的全程，每个组的组员参与实验，“物态专家”和小组长起到了组织和收集问题的作用，“物态”专家更是全程参与解决问题的商议，让学生参与实验设计与改进，让学生们感受到了自己是课堂的主体，也让“专家”们体会到了身为实验改进引导者的优越感和成就感，可以说实验的改进与成功有“专家”们的功劳，这大大鼓舞了学生们的学习和探究的积极性.日后我们各类物理实验会继续发挥各领域“专家”的作用，让学生以这种全新的模式融入学习，爱上物理。
我们深知好的实验效果能用事实向学生们诠释真理，希望我们的研究能让更多的老师带领学生们成功地进行熔化和凝固分组实验.
“专家制”小组学习模式是笔者本学年研究的市级个人课题《“专家制”：初中物理小班教学小组学习的一种新模式的研究》的主要内容，笔者把班上28名学生分为5个小组拼桌上课，每组5～6人，每个组设有组长，负责组织组员讨论、实验等活动.笔者将一学期教学内容分成5～6个知识模块，每个组员认领一块知识模块成为“专家”，如“声学专家”、“物态专家”等.“专家”在本模块学习期间要力争学到本组最好，并且参与组织组员讨论、小制作、小实验等活动，还可以精选自己课外研究的好题给组员做.本案例就是 “物态专家”和笔者一起共同开展的难点突破活动。
2问题叙述
初中物理分组实验中，《熔化和凝固》分组实验一直是一个难题.苏科版教材在引入熔化和凝固概念后，让学生通过完成“探究冰、松香的熔化特点”活动，总结晶体和非晶体不同的熔化特点.松香的实验成功率较高，通过所得数据很容易得出非晶体熔化过程中温度不断升高的结论，但教材中用易拉罐盛放松香，并用酒精灯加热，实际操作时不易观察松香的状态，并且松香很难受热均匀.而冰的熔化也很难做好，因为这部分内容为第二章第三节，教学时间通常是九、十月份，外界温度还很高，所以即便准备好了低温的冰，等老师发给每一组同学，学生尽快开始实验，冰的温度也会很快升到-2 ℃、-1 ℃甚至0 ℃了，此时部分冰已经熔化了.在用酒精灯加热的过程中由于受热不均，冰还未完全熔化，温度计的示数却早已升至5～6 ℃了，这样误差较大的数据显示，冰水混合物并未保持0 ℃不变，学生无法得出正确结论，反而留下了错误印象。
3处理对策[HJ1.5mm]
为了能让学生成功地进行实验，我们做了一系列研究，反复地实验，不但成功地完成了熔化实验，同时还一并完成了凝固实验，在实验过程中，“物态专家”收集本组实验出现的问题，参与课后老师们研究解决的问题，最终取得了很好的效果.本文介绍一下实验的成功秘诀。
3.1松香的熔化、凝固实验：变酒精灯加热为水浴法加热
我们没有用松香，而是在小试管内装适量蜡，并且用木塞固定好小温度计，使得其玻璃泡完全浸没在蜡中，并且保证玻璃泡不碰到试管壁.用大烧杯装热水进行水浴加热.上课前烧好开水，实验时烧杯里的热水温度大约在85～90 ℃，我们要求学生从30 ℃开始计时，每半分钟记一次示数，完全熔化后继续记四个数据再停止熔化实验.然后将小试管从热水中取出放入空烧杯中冷却，期间不停表，继续记录凝固过程的温度变化，直至完全凝固后2 min停止实验.图1为同学得到的图像.
3.2水的凝固、熔化实验：制作低温盐水冰沙
盐水冰沙的制作方法：在1.5 kg水中加入320 g盐一包，待完全溶解后放入冷冻室（家用冰箱的冷冻室即可），由于盐水浓度较大，最终仍呈冰沙状，而温度可低至-22 ℃，这样的冰沙拿出冰箱后在熔化过程中仍能保持-20 ℃左右的熔化温度不变，可以为水结冰提供稳定的低温环境.[HJ]由于当时实验室没有冰箱，笔者将两瓶冰沙放入保温层1 cm以上的冰包带来学校，四小时之内都能保持冰沙状，上课可以正常使用.实验室配备冰柜后就更方便了，盐水冰沙可以在实验开始前都保持较低的温度，实验就更有保障。
[TP11CW73.TIF，BP#]
在小试管内放入2.5～3 mL水，用木塞固定好小温度计（注意点同上），放入量程为150 mL的烧杯中，实验时烧杯中放入120 mL盐水冰沙，这样能够让试管中的水与冰沙充分接触.水量过多或盐水量过少都会导致水不结冰.水温降至10 ℃开始计时，每半分钟记一次示数，直到水完全结冰后继续记录四个数据，再将小试管拿出置于空气中继续进行熔化实验.表1为同学得到的数据和图像（图2），表格中灰色部分为学生观察到固液共存时的温度。
[TP11CW74A.TIF，BP#]
[TP11CW74.TIF，BP#]
4教学反思
实验中暴露出的问题原因与对策：在这个改进的实验中，仍然暴露出了一些问题，导致了实验失败.根据“物态”专家呈报的问题和现象，针对这些现象，我们一遍又一遍地进行实验分析，研究处理对策，以保证学生实验有较高的成功率。
（1）现象：烧杯中放入盐水冰沙后15秒，温度立即降到-1 ℃，此后水尚未结冰，温度一直下降。
原因：温度计玻璃泡碰到了试管壁。
对策：先将温度计放正，用胶带纸固定塞子和试管。
有的学生在实验时直接提起温度计读数，导致塞子脱离试管，学生再塞上，却未注意玻璃泡碰壁了，所以很容易导致实验失败.我们用胶带纸把塞子和试管固定住，使其不易脱开，温度计也不会轻易挪动.并且在实验前一定要提醒学生注意玻璃泡不可碰壁。
（2）现象：-3 ℃时，水依然为液态。
原因：（1）“过冷水”，水中缺少凝结核 。
（2）盐水冰沙加入过多，有盐水混入试管水中。
对策：装搅拌器，搅拌后立即凝固，温度升至0 ℃。
如果是缺少凝结核，可在水中稍加入一点奶粉.用搅拌器效果是很好的，用铁丝做成一个底部为圆环形的搅拌器，套在玻璃泡上，木塞上切一个缺口，使铁丝把手伸出，勾于试管口.实验时学生可随时上下拉动搅拌器使水放热均匀.教师在放置盐水冰沙时一定要注意不要让冰沙漏入试管中.并且提醒学生不要将试管插入冰沙中太深，防止盐水漏入。
（3）现象：温度下降至2 ℃就回升。
原因：盐水温度不够低.用的纯液态盐水升温快，保持低温时间短。
对策：若使用液态盐水最好低于-15 ℃，要保证效果还是要用浓盐水冰沙，熔化过程中保持较低熔点不变。
这个实验成功的关键就是制冷剂能否提供稳定的低温环境，所以盐水冰沙的制作非常重要，如果课上的比较晚，只有液态盐水了，那么分组实验的成功率就很低了，所以一定要准备好充足的盐水冰沙和良好的保温设备。
从学生的数据可以看出，完成熔化凝固实验所用的时间并不很长.可见我们改进后的实验，不但提高了实验的成功率，也提高了实验的效率。
实验研究的全程，每个组的组员参与实验，“物态专家”和小组长起到了组织和收集问题的作用，“物态”专家更是全程参与解决问题的商议，让学生参与实验设计与改进，让学生们感受到了自己是课堂的主体，也让“专家”们体会到了身为实验改进引导者的优越感和成就感，可以说实验的改进与成功有“专家”们的功劳，这大大鼓舞了学生们的学习和探究的积极性.日后我们各类物理实验会继续发挥各领域“专家”的作用，让学生以这种全新的模式融入学习，爱上物理。
我们深知好的实验效果能用事实向学生们诠释真理，希望我们的研究能让更多的老师带领学生们成功地进行熔化和凝固分组实验.