對(duì)物質(zhì)的熔化學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

馬賢榮　王麗萍

摘 要：本文主要是在實(shí)際教學(xué)的基礎(chǔ)之上，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)記錄表格和坐標(biāo)圖的改進(jìn)，保證了海波、冰、石蠟的熔化學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：熔化；凝固；實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)；分組實(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（2015）4-0056-3

1 引 言

初中物理科學(xué)探究教學(xué)中，“熔化與凝固”的實(shí)驗(yàn)探究在課堂中往往會(huì)遇到很多實(shí)驗(yàn)上的困難。因?yàn)榫w在凝固時(shí)會(huì)出現(xiàn)當(dāng)液體的溫度已低于凝固點(diǎn)而液體仍不凝固的過(guò)冷現(xiàn)象，所以在初中物理課堂教學(xué)中不得不放棄海波凝固的學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)，主要研究物質(zhì)的熔化。筆者在教學(xué)中經(jīng)過(guò)近百次的實(shí)驗(yàn)之后，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改進(jìn)，在保證實(shí)驗(yàn)效果的同時(shí)縮短了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，為課堂的完整性奠定了基礎(chǔ)，提高了課堂教學(xué)的效率。

2 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

在滬科版教材中，“熔化與凝固”是安排在九年級(jí)進(jìn)行教學(xué)。在之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)溫度和溫度計(jì)、物質(zhì)存在的三種常見(jiàn)狀態(tài)和物態(tài)變化等內(nèi)容，為物質(zhì)的熔化與凝固奠定了知識(shí)基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)操作基礎(chǔ)。滬科版教材中的實(shí)驗(yàn)是研究冰和石蠟兩種物質(zhì)的熔化，而在人教版教材中的實(shí)驗(yàn)則是研究海波和石蠟兩種物質(zhì)的熔化。在教學(xué)中，筆者則因教學(xué)設(shè)計(jì)而在課堂中完成了冰、海波和石蠟三種物質(zhì)的熔化實(shí)驗(yàn)。

對(duì)物質(zhì)熔化實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 海波和石蠟熔化的實(shí)驗(yàn)器材和裝置

由于在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，普通溫度計(jì)存在著實(shí)驗(yàn)觸碰到試管壁導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差變大。另外，由于本實(shí)驗(yàn)需要讀取的數(shù)值較多，學(xué)生在讀數(shù)時(shí)會(huì)有一些困難，容易出現(xiàn)讀錯(cuò)的情況。所以，在實(shí)驗(yàn)中放棄普通溫度計(jì)，采用TM902C式數(shù)字溫度計(jì)。TM902C數(shù)字式溫度計(jì)配有兩種感應(yīng)器件，一種是探針，一種是熱電偶感應(yīng)器。剛開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)中采用了探針進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)如果試管里藥品較少，則會(huì)導(dǎo)致溫度計(jì)探針部分露在物質(zhì)外，使得讀數(shù)不準(zhǔn)確。而如果藥品較多，則熔化的時(shí)間較長(zhǎng)，影響課堂時(shí)間。所以，在實(shí)驗(yàn)中也放棄使用探針，改用熱電偶感應(yīng)器。為了保證熱電偶感應(yīng)器的感應(yīng)探頭不觸碰試管壁與底，又要讓其與物質(zhì)充分接觸，筆者向街邊賣烤肉的人要了幾根竹簽，將探頭固定在竹簽上插入試管能很好地保證既不觸碰試管又能很好地與物質(zhì)充分接觸。

海波和石蠟的熔化實(shí)驗(yàn)器材和裝置相同，即鐵架臺(tái)、酒精燈、石棉網(wǎng)、燒杯、試管、溫度計(jì)、保溫杯。試管規(guī)格選用內(nèi)徑12 mm的。這是因?yàn)槿绻嚬軆?nèi)徑較大所裝的藥品會(huì)相應(yīng)要多一些，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間也會(huì)相應(yīng)變長(zhǎng)。試管里裝入4 cm長(zhǎng)研碎的藥品。燒杯選用250 mL規(guī)格，所倒入的水量在200～250 ml之間。燒杯太大，需要裝入的水量就會(huì)較多，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間也就長(zhǎng)；燒杯太小，既會(huì)影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，還會(huì)使水溫升高得較快，導(dǎo)致物質(zhì)熔化較快，晶體熔化溫度保持不變的特點(diǎn)在圖像中體現(xiàn)不明顯。

在實(shí)驗(yàn)裝置方面，由于思維的慣性，總是把數(shù)字溫度計(jì)的讀數(shù)器固定在鐵架臺(tái)的高處，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生需要站著才能看到數(shù)字顯示屏。后來(lái)將數(shù)字溫度計(jì)的讀數(shù)器固定在鐵架臺(tái)的下面，略微傾斜一點(diǎn)，讓學(xué)生坐著也能方便地讀出示數(shù)。

2.2 冰的熔化實(shí)驗(yàn)器材和裝置

由于冰的熔點(diǎn)是0 ℃，在室溫下的熔化實(shí)驗(yàn)中無(wú)需要用酒精燈加熱，只需要將裝有冰的試管放入冷水中即可。因此，冰的熔化實(shí)驗(yàn)器材和裝置與海波的熔化略有不同。冰的熔化實(shí)驗(yàn)需要用到的器材是數(shù)字式溫度計(jì)、大燒杯、試管、木夾。

在實(shí)驗(yàn)前，先將碎冰裝入試管，再將試管插入到用濃鹽水制成的冰里保持低溫，實(shí)驗(yàn)時(shí)將試管放到大燒杯的冷水里，隨即開(kāi)始記錄溫度。

2 實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)記錄的改進(jìn)

首先，對(duì)學(xué)生進(jìn)行合理的任務(wù)分工。學(xué)生分成四個(gè)人一個(gè)小組，1人讀數(shù)，聽(tīng)到鬧鐘提示音后報(bào)出溫度計(jì)示數(shù)；1人觀察物質(zhì)在熔化前、熔化中和熔化后的狀態(tài)并保證溫度計(jì)的感應(yīng)探頭不觸碰到試管；1人記錄；1人把各時(shí)刻對(duì)應(yīng)的溫度值在坐標(biāo)圖上描點(diǎn)畫線。

為了讓試管里的物質(zhì)受熱均勻，采用水浴法加熱。如果往燒杯里加入冷水，則需要等待水溫慢慢上升，這段時(shí)間較長(zhǎng)，所以現(xiàn)在改用保溫杯保存溫水的方法。即在實(shí)驗(yàn)前在保溫杯里將水溫調(diào)制在適當(dāng)?shù)臏囟?，?shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)將其倒入鐵架臺(tái)上的燒杯里，點(diǎn)燃酒精燈開(kāi)始加熱，可以很快地讓試管內(nèi)的物質(zhì)開(kāi)始熔化，從而大大縮短了課堂實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。保溫杯里的水溫具體多少度需要視保溫杯的保溫性能和實(shí)驗(yàn)地的氣壓、氣溫決定。如在昆明，室溫為20 ℃的情況下，經(jīng)過(guò)準(zhǔn)備時(shí)間和課堂引入時(shí)間，再將溫水倒入燒杯的過(guò)程中，會(huì)有熱量的損失，所以用在海波熔化實(shí)驗(yàn)中的水溫調(diào)節(jié)到45 ℃較為適宜，用在石蠟的熔化的水溫調(diào)節(jié)到55 ℃較為適宜。

物質(zhì)的熔化實(shí)驗(yàn)需要記錄的物理量是溫度和時(shí)間，即每隔一段時(shí)間記錄一次溫度。如果記錄溫度的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，可能在記錄時(shí)間間隔內(nèi)物質(zhì)就已熔化完，晶體熔化時(shí)溫度保持不變的特點(diǎn)很難顯示出來(lái)。記錄溫度的時(shí)間間隔太短，則會(huì)加大學(xué)生的記錄量、數(shù)據(jù)分析處理和描點(diǎn)繪圖的困難，也會(huì)因此而占用更多的時(shí)間。所以，記錄溫度的時(shí)間間隔在20秒為宜。另外，計(jì)時(shí)器用秒表或者停表，學(xué)生很容易誤操作，引起時(shí)間間隔不一的情況。于是改為用電腦小軟件進(jìn)行全班提示，學(xué)生只需要聽(tīng)到提示音就記錄數(shù)據(jù)，免去了學(xué)生誤操作和讀錯(cuò)的情況。

3 數(shù)據(jù)記錄表格和坐標(biāo)圖的改進(jìn)

為了提高課堂的效率，在課前老師設(shè)計(jì)好記錄數(shù)據(jù)的表格和建立適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系。

坐標(biāo)系因物質(zhì)的不同而有所不同。

在實(shí)驗(yàn)中，一位學(xué)生記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)，另一位學(xué)生在坐標(biāo)系中同步描點(diǎn)，數(shù)據(jù)記錄完后坐標(biāo)系中的點(diǎn)也描完，只需要很短的時(shí)間就可以用光滑的線將點(diǎn)連接起來(lái)。然后，將坐標(biāo)圖粘在學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告單上，小組同學(xué)進(jìn)行分析與論證之后準(zhǔn)備匯報(bào)。

下面例舉幾例學(xué)生實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)記錄（表1～3）及所作的圖像（圖1～3）。

4 誤差分析

從數(shù)據(jù)記錄及圖像來(lái)看我們的測(cè)量結(jié)果與理論值存一定的誤差，特別是冰熔化的數(shù)據(jù)和圖像。

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，純水）冰的熔點(diǎn)是0 ℃。我們?cè)诶ッ髦袑W(xué)的物理課堂做冰的熔化實(shí)驗(yàn)，不能滿足標(biāo)準(zhǔn)狀況。另外，實(shí)驗(yàn)很可能存在其他誤差，這一點(diǎn)是應(yīng)該向?qū)W生說(shuō)明的。

5 總 結(jié)

物質(zhì)的熔化實(shí)驗(yàn)是初中物理教學(xué)中實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，也是較難完成的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。如果不對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，在一節(jié)四十分鐘的課堂里是不可能讓課堂教學(xué)的環(huán)節(jié)完成的。實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和改進(jìn)主要在晶體熔化時(shí)溫度保持不變特點(diǎn)的顯現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)時(shí)間的控制兩個(gè)方面。通過(guò)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)可以讓晶體海波熔化時(shí)溫度保持不變的特點(diǎn)很好地表現(xiàn)出來(lái)；通過(guò)實(shí)驗(yàn)的操作改進(jìn)和數(shù)據(jù)處理的改進(jìn)，如用保溫杯保溫需要加熱的水、將記錄數(shù)據(jù)和作圖分開(kāi)同步進(jìn)行等，可以省去一些時(shí)間，從而可以將學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)控制在10到12分鐘之間。這樣可以課堂教學(xué)的其他環(huán)節(jié)贏得時(shí)間，也不至于讓課堂在燒水的等待中耗去，為課堂效率的提高奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張儀成.讓“物質(zhì)熔化和凝固”實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)生的隨堂實(shí)驗(yàn)[J].物理教學(xué)探討，2009，（4）：21.

[2]吳愛(ài)華.探究物質(zhì)的熔化和凝固的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].物理通報(bào)，2012，（11）：81.

（欄目編輯 王柏廬）