將“問題數(shù)據(jù)”變?yōu)榭少F的教學(xué)契機(jī)

毛海玲

摘 要：一節(jié)公開課上，由于老師沒解決好海波熔化時(shí)受熱不均勻和熔化時(shí)間太短兩大難題，學(xué)生獲得了一些“問題數(shù)據(jù)”，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大偏差，老師出現(xiàn)了尷尬的窘相。筆者通過對(duì)這些“問題數(shù)據(jù)”的剖析，找到了原因，改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行了實(shí)踐，收到了較好的教學(xué)效果，讓“問題數(shù)據(jù)”成為了可貴的教學(xué)契機(jī)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)栴}數(shù)據(jù)；熔化；實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）1-0042-3

筆者聽了一節(jié)年輕老師的公開課蘇教版初二物理“晶體的熔化”。本節(jié)課是通過學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)，獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫出晶體的熔化圖像，從而發(fā)現(xiàn)固體熔化時(shí)的一些特點(diǎn)或規(guī)律。但這節(jié)課上，老師沒解決好海波熔化時(shí)受熱不均勻和熔化時(shí)間太短兩大難題，學(xué)生在探究海波熔化的實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了溫度計(jì)的讀數(shù)尚未達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，海波已開始熔化，在海波熔化過程中溫度計(jì)讀數(shù)仍繼續(xù)上升等現(xiàn)象。學(xué)生獲得了一些“問題數(shù)據(jù)”，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大偏差，老師出現(xiàn)了尷尬的窘相。那么，當(dāng)學(xué)生獲得錯(cuò)誤數(shù)據(jù)時(shí)該如何處理呢？

1 實(shí)驗(yàn)：“問題數(shù)據(jù)”意外出現(xiàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)方案合理

執(zhí)教者選擇的是4人一組的分組實(shí)驗(yàn)。該教師對(duì)課本上的實(shí)驗(yàn)做了兩點(diǎn)改進(jìn)：一是選擇的晶體是海波，用海波替代了冰，二是用往燒杯里直接加熱水，用水浴法代替酒精燈加熱。實(shí)驗(yàn)時(shí)教師請(qǐng)一名學(xué)生從事先準(zhǔn)備的熱水瓶中往每組學(xué)生的燒杯里倒熱水。據(jù)說熱水瓶中的溫度有80～90 ℃。說課時(shí)執(zhí)教者解釋這樣做的理由是：用酒精燈給燒杯加熱的目的就是把燒杯里的水加熱，直接往燒杯里加熱水，這樣更省事，不僅節(jié)約了加熱的時(shí)間，且不使用酒精燈也更安全些。

1.2 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象異常

一切準(zhǔn)備工作就緒后，實(shí)驗(yàn)開始了。每組都明確了3名學(xué)生分別記時(shí)、讀數(shù)、 觀察海波的狀態(tài)。每過1 分鐘讀一次，從40 ℃開始讀數(shù)，讀得的數(shù)據(jù)記錄在表格中。幾乎所有組的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)第2分鐘時(shí)，海波就開始熔化，而溫度計(jì)的示數(shù)一直在升高，在48 ℃左右停留的時(shí)間很短，僅有十幾秒的時(shí)間，學(xué)生沒來得及觀察讀數(shù)海波就已經(jīng)全部熔化了。再到后來，大約5分鐘后，海波的溫度又不再上升了，幾乎不變了，在試管的底部還殘留一些固體。

1.3 數(shù)據(jù)處理倉促

老師看了幾組同學(xué)的數(shù)據(jù)，顯然都不是他想要的“問題數(shù)據(jù)”。馬上意識(shí)到這個(gè)實(shí)驗(yàn)失敗了，突然急得臉色通紅，不知如何是好，于是他支支吾吾地說：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)想成功有點(diǎn)難度，下面讓我們看一看這個(gè)實(shí)驗(yàn)的錄像吧”。這節(jié)課立即變得索然無味。這樣做的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)然是可以節(jié)省時(shí)間，而且實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)完全符合要求。但對(duì)于學(xué)生來說，看錄像和看實(shí)際實(shí)驗(yàn)效果是完全不一樣的。我們要思考的是：既然錄像能拍出很好的實(shí)驗(yàn)效果，為什么我們不能努力追求達(dá)到這種實(shí)驗(yàn)效果呢？將真實(shí)、有效的實(shí)驗(yàn)展示在學(xué)生面前是我們教師應(yīng)該做到的。

2 比較：“問題數(shù)據(jù)”原因何在

筆者帶著遺憾離開了這位執(zhí)教者的課堂，分析了出現(xiàn)“問題數(shù)據(jù)”原因，又做了精心的準(zhǔn)備后，回到自己的課堂進(jìn)行重演，故意讓有些小組出現(xiàn)了類似的“問題數(shù)據(jù)”，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯出現(xiàn)了偏差。在評(píng)價(jià)交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，刻意篩選了一組“有效數(shù)據(jù)”和一組“問題數(shù)據(jù)”進(jìn)行對(duì)比展示，引導(dǎo)學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在的問題、分析原因并嘗試進(jìn)行改進(jìn)。經(jīng)過師生們的熱烈討論，找到了出現(xiàn)“問題數(shù)據(jù)”的主要原因：

（1）選用的海波不純。上節(jié)課學(xué)生做過實(shí)驗(yàn)的試管倒掉海波后沒有清洗試管，直接往試管內(nèi)又加入了新的海波，造成海波不純。

（2）燒杯里熱水的溫度太高。遠(yuǎn)超過海波的熔點(diǎn)，導(dǎo)致給海波加熱太快。

（3）沒有準(zhǔn)備攪拌器。實(shí)驗(yàn)時(shí)沒有對(duì)海波進(jìn)行攪拌，海波受熱不均勻。

改進(jìn)后重做實(shí)驗(yàn)，取得了很好的“有效數(shù)據(jù)”，海波熔化過程中狀態(tài)變化很清晰，并且熔化時(shí)溫度不變的現(xiàn)象也很明顯。具體改進(jìn)措施及理由如下：

3 改進(jìn)：“問題數(shù)據(jù)”有效規(guī)避

3.1 選擇純凈新鮮的海波

由于海波有較強(qiáng)的還原性，可以與空氣中的氧氣反應(yīng)，因此，海波應(yīng)密封保存，存放于陰涼處，不能高溫和光照，避免因存放時(shí)間過長(zhǎng)而引起變質(zhì)。若晶體不純，則不宜再用，更不應(yīng)重復(fù)使用。裝海波的試管若清洗不干凈，再次使用時(shí)也會(huì)導(dǎo)致海波不純凈。

3.2 選用熱輻射方式加熱

“水浴法”加熱時(shí)若熱水溫度太高，會(huì)造成加熱太快，試管中各部分晶體受熱不均勻，海波與外壁接觸部分先熔化變?yōu)橐后w，且溫度繼續(xù)升高，而中間固態(tài)部分還未熔化，晶體局部熔化從而難以得到穩(wěn)定的熔點(diǎn)。導(dǎo)致錯(cuò)誤結(jié)論。水浴時(shí)還應(yīng)緩慢加熱，使試管內(nèi)外溫度差保持在5 ℃左右，在海波熔化過程中應(yīng)保證水溫不超過51 ℃。為避免這種缺陷，選用熱輻射的方式加熱。一切溫度高于絕對(duì)零度的物體都能產(chǎn)生熱輻射，溫度越高，輻射出的總能量就越大，熱輻射是熱能傳播的主要形式，加熱比較緩慢但相對(duì)穩(wěn)定。我們?cè)谠⒎啪w的小試管外套一大試管。用酒精燈對(duì)燒杯中的水加熱，燒杯中的水對(duì)大試管加熱，再對(duì)隔有空氣層的小試管以輻射的方式加熱，即可使晶體均勻受熱，溫度基本平穩(wěn)上升，并且熔點(diǎn)可維持較長(zhǎng)一段時(shí)間，直到全部熔化溫度才將上升。[2]

3.3 使用三支準(zhǔn)確溫度計(jì)

具體操作步驟如下：把2 g海波放入直徑為11 mm的小試管中并插入一支直徑為5 mm的溫度計(jì)1，溫度計(jì)1應(yīng)盡量置于試管中部不與管壁接觸，管口用橡皮塞塞住，再把它與溫度計(jì)2一起放入直徑為24 mm的大試管中，小試管盡量放置在大試管中部，距大試管底5 mm，管口用塑料泡沫塞住，然后把它們放入盛有450 mL熱水的500 mL的燒杯中，并使試管底與燒杯底留有5 mm～10 mm的間隙，在水中再插入同型號(hào)的溫度計(jì)3，使三支溫度計(jì)的液泡處于同一水平面，放置一段時(shí)間，使三支溫度計(jì)讀數(shù)相差不大時(shí)，即可開始實(shí)驗(yàn)。

3.4 及時(shí)調(diào)整溫度計(jì)位置

溫度計(jì)1測(cè)得的溫度只能反映溫度計(jì)玻璃泡周圍海波的溫度，而不能反映整個(gè)海波的溫度變化。當(dāng)試管中外圍的海波開始熔化時(shí)，玻璃泡附近的溫度有可能沒有達(dá)到熔點(diǎn)，這時(shí)學(xué)生就觀察到溫度尚未達(dá)到熔點(diǎn)，海波已經(jīng)熔化的現(xiàn)象；有時(shí)溫度計(jì)玻璃泡附近的海波已熔化完成，并且溫度已開始上升，但整個(gè)樣品還沒有完全熔化，學(xué)生就會(huì)認(rèn)為，海波還沒有熔化完，而溫度已經(jīng)上升。所以，在海波熔化過程中應(yīng)及時(shí)調(diào)整溫度計(jì)3的位置，使玻璃泡始終處于固、液的交界處。

3.5 不停對(duì)海波進(jìn)行攪拌

由于海波是熱的不良導(dǎo)體，當(dāng)試管中有液態(tài)海波開始出現(xiàn)時(shí)，為了保證管壁處和中間部分的溫度一致，要不斷攪拌海波。

4 反思：讓“問題數(shù)據(jù)”成為教學(xué)資源

物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為物理探究實(shí)驗(yàn)中常見的記錄手段，對(duì)事物、現(xiàn)象進(jìn)行定性、定量分析時(shí)，它能使我們的條理更清楚，結(jié)果更精確，有著其他方法不能替代的作用。在課堂教學(xué)中，教師應(yīng)讓學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)真實(shí)的重要性有充分的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生養(yǎng)成尊重?cái)?shù)據(jù)，不隨意更改、捏造數(shù)據(jù)的良好習(xí)慣。在平時(shí)的探究實(shí)驗(yàn)中，若學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與要得出的結(jié)論有偏差，教師不要“蠻橫”地直接否定，更不能簡(jiǎn)單地以誤差來解釋。長(zhǎng)此以往，有的學(xué)生就學(xué)會(huì)了對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)漠然處之，隨意更改、捏造實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完全不具備實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。[3]

通常，因?yàn)閿?shù)據(jù)錯(cuò)誤而導(dǎo)致重大發(fā)現(xiàn)的學(xué)生，其收獲會(huì)更大。因?yàn)樗麄兊膭?chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)，他們會(huì)認(rèn)為自己“與新的發(fā)現(xiàn)有一次偶遇”，在評(píng)價(jià)交流實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)明顯出現(xiàn)偏差時(shí)，不要回避“問題”數(shù)據(jù)。在評(píng)價(jià)中我們要有一種“和學(xué)生一起從起點(diǎn)走向終點(diǎn)”的意識(shí)，淡化“正確的結(jié)論”突出“探究的過程”。我們要讓“問題數(shù)據(jù)”成為一種教學(xué)資源，并加以有效利用，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并且要不惜時(shí)間讓學(xué)生重新做一遍實(shí)驗(yàn)，這是教師尊重實(shí)驗(yàn)、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的表現(xiàn)。這樣的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)與交流，不僅能讓學(xué)生明確怎樣面對(duì)并有效處理“問題數(shù)據(jù)”，也為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的正確完成打下了基礎(chǔ)，又提升了學(xué)生獲得“有效數(shù)據(jù)”的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)據(jù)和證據(jù)意識(shí)才是真實(shí)而深刻的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉炳昇，李容.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理蘇科版，八年級(jí)上冊(cè)[M].南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[2]吳烽.初中物理熱現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].物理教學(xué)探討，2005，23（12）：18-19.

[3]高秀娟.《熔化和凝固》的重難點(diǎn)突破——怎樣探究固體的熔化[J].物理教學(xué)探討，2008，26（12）：61-62.

（欄目編輯 羅琬華）