自制溫度計
作者：駱玉香 馬亮 譚振興 羅樂 梁婷 李慧芳 吉廣智
來源：《中國信息技術(shù)教育》2021年第03期
● 問題的提出
物理是以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，物理實驗可以幫助學(xué)生掌握物理概念，啟發(fā)學(xué)生積極思維，訓(xùn)練學(xué)生的思維方法。但是，于受校內(nèi)時間和空間的限制，學(xué)生不能充分、盡興地進行實驗。而隨著網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，微信的視頻傳送功能使得學(xué)生完成微視頻實驗作業(yè)成為現(xiàn)實。學(xué)生微視頻實驗的要求：實驗過程必須是學(xué)生獨立完成，視頻的錄制可以由同學(xué)或家長協(xié)助完成，視頻時長不超過5分鐘。教學(xué)中，將學(xué)生微視頻實驗運用其中，對培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)起到了積極的促進作用。
● 學(xué)生微視頻實驗用于教學(xué)的流程（如圖1）
● 教學(xué)范例
筆者以人教版八年級（上冊）第三章第一節(jié)《溫度》新課教學(xué)片段為例進行說明。
1.第一階段：課前預(yù)習(xí)，錄制視頻
課本中“想想做做”關(guān)于自制溫度計的文字是：“在小瓶里裝滿帶顏色的水。給小瓶配一
個橡皮塞，橡皮塞上插進一根細(xì)玻璃管，使橡皮塞塞住瓶口，如圖2所示。將小瓶放入熱水中，觀察細(xì)管中水柱的位置，然后把小瓶放入冷水中，觀察水柱的位置。”鑒于學(xué)生在小學(xué)科學(xué)課上已經(jīng)學(xué)習(xí)過溫度計的知識，該內(nèi)容作為預(yù)習(xí)作業(yè)布置給學(xué)生。
2.第二階段：創(chuàng)設(shè)情境，交流討論
在學(xué)生觀看微視頻實驗之前，教師提出了以下問題，由學(xué)生進行思考。
①觀看視頻中的實驗，指出這幾個自制溫度計的優(yōu)點與不足之處。
②溫度計為什么能測量液體的溫度？
③為什么小瓶里的水要求裝滿？
④為什么要用細(xì)玻璃管？細(xì)玻璃管為什么粗細(xì)是均勻的？
學(xué)生們自制了溫度計，大多數(shù)學(xué)生用的是口服液的瓶子來做;少數(shù)學(xué)生用的是其他類瓶子。
3.第三階段：改進裝置，實驗探究
在討論上述問題的基礎(chǔ)上，提出改進意見，教師出示改進后的實驗器材，學(xué)生體驗改進后的實驗效果。
體驗活動1：利用教師準(zhǔn)備好的粗管、細(xì)管兩個自制溫度計，標(biāo)記好液柱初始位置后，同時放入熱水中，觀察液柱高度的變化。
體驗活動2：利用教師準(zhǔn)備好的同是細(xì)管、但小瓶中分別裝著水和油的兩個自制溫度計，標(biāo)記好液柱初始位置后，同時放入熱水中，觀察液柱高度的變化。
通過上述兩組對比實驗，學(xué)生了解了溫度計構(gòu)造的演變過程（如圖3）。溫度計的玻璃泡做大而玻璃管的內(nèi)徑做小，兩項措施的共同目的是提高溫度計的精確度。對于測溫物質(zhì)，要綜合考慮所使用物質(zhì)的熱膨脹系數(shù)、凝固點、沸點、與氣壓的關(guān)系、體積與溫度的變化是否呈線性關(guān)系等。在實際設(shè)計和制造溫度計時，要結(jié)合需要和可能從諸多因素去考慮，選擇一個最佳方案。
教師引導(dǎo)學(xué)生討論如何為自制溫度計標(biāo)注刻度，介紹常用的幾種溫度刻度方法。一般液體溫度計的上方是真空的，為了增大液體溫度計的測量范圍，也有的在毛細(xì)管的上方充入一定壓強的氮氣。
● 心得
這個小小的溫度計包含著這么多的知識和方法，如涉及轉(zhuǎn)化法（把液體體積轉(zhuǎn)化為長度）、放大法（將微小的液體體積變化進行放大）、等效法（溫度計中液體的溫度等效于被測物體的溫度）、平衡思想（溫度計中的液體要與待測物體的溫度相等，即達到熱平衡），而這些思想方法決定著溫度計的構(gòu)造、使用及讀數(shù)。對這些思想的認(rèn)識，會加深學(xué)生對溫度計使用方法的理解，提高測量的準(zhǔn)確程度。在研究過程中，學(xué)生實驗1與學(xué)生實驗2分別采用了控制變量法。課上介紹了溫度計發(fā)展史的知識，豐富了學(xué)生對溫度計的認(rèn)識。課后學(xué)生在對溫度計有了較為全面的認(rèn)識和了解的基礎(chǔ)上，又重新制作了有一定刻度范圍的溫度計。
數(shù)字科學(xué)家計劃的課題研究已經(jīng)十年了，在這個課題的引領(lǐng)下，學(xué)生微視頻實驗的課題研究也在不斷地深入進行，目前筆者收集整理的學(xué)生視頻已有千余個。學(xué)生微視頻實驗，在提升學(xué)生信息素養(yǎng)的同時，為物理學(xué)科的實驗教學(xué)從校內(nèi)延伸到校外提供了一條有效的途徑。
本論文是中國教育技術(shù)協(xié)會“十三五”重大課題“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下數(shù)字科學(xué)家計劃理
論與實踐（課題編號P116）子課題：學(xué)生微視頻在初中物理教學(xué)中的實踐研究（課題編號P116SZKXJC052）的研究成果。
