小改進(jìn)，解決大問題

蔣洪波　陳翠玉

摘 要：筆者在2019年10月中旬，在青島城陽八中的送教下鄉(xiāng)交流活動(dòng)中，在青島市市南區(qū)教研員陳翠玉老師的嚴(yán)謹(jǐn)指導(dǎo)下，開設(shè)了一節(jié)人教版 《熔化和凝固》實(shí)驗(yàn)教學(xué)城鄉(xiāng)交流公開課。筆者反思了一下，如果只有一組或兩組，那是偶然性，但是10組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是比較符合理想的狀態(tài)，我想這里面總有些實(shí)驗(yàn)技巧和規(guī)律性的東西值得總結(jié)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù) 改進(jìn)

對(duì)于本節(jié)課的兩個(gè)對(duì)比性的實(shí)驗(yàn)：石蠟和海波的熔化都是比較麻煩。也正因?yàn)榇耍蠖鄶?shù)教師在新授課的時(shí)候無奈的選擇放錄像的方式，或者選擇象征性的做一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，讀幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，如此而已。學(xué)生的體驗(yàn)感不是很強(qiáng)，對(duì)于以海波和石蠟為代表的晶體和非晶體的熔化特性規(guī)律印象不是很深刻。造成硬性記憶的成分較多，失去了物理特有的以實(shí)驗(yàn)教學(xué)突破的優(yōu)勢(shì)。為此筆者在課前備課的時(shí)候，做了大量的關(guān)于石蠟和海波的實(shí)驗(yàn)，從數(shù)據(jù)中不斷地總結(jié)失敗和成功的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)加以不斷的改進(jìn)，增加實(shí)驗(yàn)的成功性，增強(qiáng)學(xué)生課堂體驗(yàn)感。下面就分別對(duì)于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)和改進(jìn)的細(xì)節(jié)、技巧進(jìn)行總結(jié)，希望能對(duì)于各位教師在授課中能有所幫助。

一、對(duì)于石蠟的實(shí)驗(yàn)，相較海波的實(shí)驗(yàn)來講，相對(duì)容易些

人教版課本上無論是海波還是石蠟都是用水浴加熱法。目的是讓得出的數(shù)據(jù)緩慢和穩(wěn)定。但是在實(shí)際操作中，對(duì)于石蠟的熔化用水浴法比較緩慢，實(shí)驗(yàn)時(shí)間比較漫長(zhǎng)，與海波的熔化較快相比明顯不同步，嚴(yán)重的滯后。因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng)，很有可能一節(jié)課不能同時(shí)完成海波和石蠟的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，也破壞了本節(jié)課的完整性。為了加快實(shí)驗(yàn)節(jié)奏，大多數(shù)教師采用直接將石蠟碎屑裝進(jìn)大試管，然后直接放在酒精燈上加熱。筆者在這樣設(shè)置的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，時(shí)間雖然大大地縮短了，但是由于火焰的溫度較高，熔化進(jìn)程較快，大約只有1分鐘多點(diǎn)的時(shí)間就熔化結(jié)束，溫度上升的較快，根本來不及準(zhǔn)確的記錄相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更別說畫出石蠟的“溫度—時(shí)間”圖像了。由此得出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也比較少，沒有很好的可信度。為了加快實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度，又同時(shí)兼顧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的詳盡獲取，筆者在課前的大量的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了細(xì)節(jié)上的調(diào)整和改進(jìn)。

1.將大試管改成平底的大試管，石蠟做成碎屑裝進(jìn)平底試管，數(shù)量裝進(jìn)大約兩指多點(diǎn)的高度。太少熔化時(shí)間較短，太多又占用時(shí)間太長(zhǎng)。

2.在酒精燈和平底試管之間加裝一個(gè)石棉網(wǎng)，加熱時(shí)將平底試管直接放在石棉網(wǎng)上，這樣小改進(jìn)解決大問題。石棉網(wǎng)的作用可以讓石蠟均勻的、緩慢受熱，平底試管可以增大受熱的面積，既可以得到較多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，又能控制實(shí)驗(yàn)的時(shí)間節(jié)奏，兩全其美。

這樣改進(jìn)后，在現(xiàn)場(chǎng)上課的時(shí)候，5組石蠟的實(shí)驗(yàn)小組數(shù)據(jù)都比較準(zhǔn)確，采取的數(shù)據(jù)也比較多。實(shí)驗(yàn)時(shí)間基本上和另外5組海波的實(shí)驗(yàn)小組同步，8分鐘左右的時(shí)間。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采樣穩(wěn)定，也比較多，可以從數(shù)據(jù)直接得出以石蠟為代表的非晶體的熔化規(guī)律：熔化過程吸收熱量，溫度不斷的上升。進(jìn)而畫出的“溫度—時(shí)間”圖像進(jìn)一步地印證了上述的結(jié)論。

二、對(duì)于海波的熔化實(shí)驗(yàn)，一直是初中熱學(xué)中的一個(gè)不可回避的難點(diǎn)

難就難在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不確定性。這有很多影響因素，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的不成功或不很理想。比如海波的純度，溫度的控制等。為此，筆者在課前進(jìn)行了大量的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，獲取了成功地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方面的經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際教學(xué)上取得比較理想的效果。當(dāng)時(shí)5個(gè)海波實(shí)驗(yàn)小組分組的數(shù)據(jù)，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物展示，數(shù)據(jù)都比較理想。進(jìn)一步印證了該實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的可信性。如果只有一組或兩組，那是偶然性，但是所有小組的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都是比較符合理想的狀態(tài)，我想這里面總有些實(shí)驗(yàn)技巧和規(guī)律性的東西值得總結(jié)。

1.海波材料的取樣。由于海波是熱的不良導(dǎo)體，受熱極不均勻，影響了實(shí)驗(yàn)的效果。最明顯的就是，試管外側(cè)的海波已經(jīng)出現(xiàn)熔化的狀態(tài)，而中間的海波依然是固態(tài)。為此，將購買的海波用小型粉碎機(jī)打碎成粉末顆粒狀，備用，如此可以增強(qiáng)海波的受熱的均勻性，也方便后期的攪拌。填裝的數(shù)量也是以兩指多點(diǎn)為佳，便于取得較多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.對(duì)于攪拌器的制作。將攪拌器的底部做成環(huán)形的圓圈，能套進(jìn)溫度計(jì)為佳，這樣在上下攪拌的時(shí)候能夠均勻的用力，防止溫度計(jì)在攪拌的時(shí)候和試管發(fā)生碰撞，影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可信性。

3.由于海波的熔點(diǎn)比較低，只有48℃。加熱的方式采用課本中的水浴法加熱。對(duì)于水溫的控制是非常關(guān)鍵的一環(huán)，雖是細(xì)節(jié)確也是該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。添加熱水的時(shí)候，水溫過低將大大的滯后實(shí)驗(yàn)時(shí)間，影響整節(jié)課的進(jìn)程;水溫過高，受熱極不均勻，處于試管外側(cè)的海波開始熔化，而試管中間的海波由于導(dǎo)熱原因，溫度達(dá)不到熔點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)失敗的概率較大，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程手忙腳亂，采樣的數(shù)據(jù)比較紊亂，失去實(shí)驗(yàn)的可信度，也失去實(shí)驗(yàn)的意義。筆者在課前的大量的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)為取得最佳的實(shí)驗(yàn)效果，添加的熱水以55℃為最佳。因?yàn)樘砑拥綗械臅r(shí)候，由于天氣原因，和較低溫度的燒杯進(jìn)行熱交換，會(huì)使整杯熱水的溫度降低到合適的大小。這樣，可以縮短加熱的時(shí)間，有利于控制實(shí)驗(yàn)的時(shí)間進(jìn)程。

4.給海波加熱的時(shí)候，酒精燈火焰的位置調(diào)節(jié)，不能距離燒杯太近，大約火焰的外焰離燒杯底部一指的距離。其實(shí)酒精燈此時(shí)的作用只是保持水溫不下降而已。太近，會(huì)使水溫上升較快;太遠(yuǎn)，則會(huì)使水溫下降，都不利于數(shù)據(jù)的穩(wěn)定采樣。

5.在攪拌的時(shí)機(jī)上，整個(gè)過程要不斷地上下攪拌，讓海波盡量地均勻的受熱。尤其是在開始出現(xiàn)液態(tài)后，加快攪拌的節(jié)奏，如此可以取得比較理想的數(shù)據(jù)。出現(xiàn)不變的溫度采樣點(diǎn)大約有3到4個(gè)。

總之，本節(jié)課是一節(jié)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的新授課。規(guī)律和結(jié)論的得出都與實(shí)驗(yàn)的成功與否有直接的關(guān)聯(lián)。實(shí)驗(yàn)是本節(jié)課成功的前提，而水溫的調(diào)節(jié)、火焰加熱距離的把控、攪拌方式等等細(xì)節(jié)是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，這需要備課的時(shí)候，教師要根據(jù)自己班級(jí)實(shí)際情況，氣候特點(diǎn)因地制宜，做出相應(yīng)的細(xì)節(jié)調(diào)整，對(duì)于上述筆者的諸多措施不能因循守制。在實(shí)際授課中，由組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，嚴(yán)格小組成員分工明確：攪拌，溫度和時(shí)間讀數(shù)，記錄，畫圖等，有條不紊。都是影響實(shí)驗(yàn)成功與否的因素，在此不再贅述。以上是筆者參與的城鄉(xiāng)交流公開課中，以實(shí)戰(zhàn)中的實(shí)際效果得出的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，具有較高的可信度，和較好的可操作性，希望能和同仁們共勉，歡迎批評(píng)指正。