碘錘實驗教學的改進與反思

蔡麗

摘要：蘇科版初中物理教材中的碘錘實驗，通過對比碘在常溫下和放入熱水中的不同現象，來分析碘升華的條件。由于初二的學生并沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一明確的觀念，對他們來說，從“溫度高”到“吸熱”是存在理解進階的。對此，嘗試設計補充實驗，通過分析猜想開展科學論證，定性定量結合進行科學推理，并鼓勵學生質疑創(chuàng)新。

關鍵詞：碘錘實驗 實驗改進 《升華和凝華》

蘇科版初中物理八年級上冊《升華和凝華》一課教學時，通常會做這樣一個實驗：如圖1，把碘錘放入熱水中，發(fā)生升華現象;再把碘錘從熱水中取出，發(fā)生凝華現象。教師一般會通過升華和凝華現象的對比，引導學生猜想出升華、凝華的條件：物質升華需要吸熱，凝華則會放熱。

由于初二的學生并沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一明確的觀念（初三才會學到），他們做完碘錘實驗后的第一反應很有可能是，碘升華需要一個相對較高的溫度環(huán)境。當然，教學時，可能因為有汽化、熔化吸熱等舊知的鋪墊，學生在接受“升華吸熱”時并沒有異議。能不能用實驗來證明物質升華確實是吸熱的，以助力學生實現從“溫度高”到“吸熱”的理解進階？為此，我設計了一個補充實驗。

一、實驗設計

（一）實驗器材

鐵架臺、帶塞圓底燒瓶（兩個）、帶有測溫探頭的數顯溫度計（精度±0.1℃）、碘顆粒、透明水槽、熱水、保鮮膜等。

（二）實驗方案A

1.如圖2，取兩個相同的圓底燒瓶，將數顯溫度計的測溫探頭放入瓶中的相同位置（測溫探頭由瓶口處的帶孔膠塞插入，不與瓶壁接觸）。此時，瓶內初始溫度是相同的。

2.取適量碘顆粒碾碎，倒入其中一個燒瓶（右瓶）中，插上膠塞;在兩個燒瓶外部的透明水槽中倒入熱水（注意不能直接倒在燒瓶上）。熱水浴相當于同時對兩個燒瓶加熱，瓶內的溫度均會上升。

觀察發(fā)現，加入碘顆粒的右瓶中溫度計的示數小一些（如圖3），即升溫慢一些，而且溫度差異很快出現，加入熱水后兩三秒就能看到。同時發(fā)現，右瓶中出現了紫色碘蒸氣，而且越來越多。

教師提問：為什么加入碘顆粒的燒瓶中的溫度計示數小，即升溫慢？

預設學生回答：因為碘顆粒升華時需要吸熱，既要從熱水中吸熱，也要從燒瓶內的空氣中吸熱，所以右瓶中測溫探頭處的溫度低于左瓶。

（三）實驗方案B

實驗方案A中，由于左瓶中沒有碘顆粒，而右瓶中有，所以學生可能會有疑惑：是不是碘這種物質本身吸熱？于是，我又補充設計了實驗方案B：稱取兩份等量的碘顆粒，將其中一份包裹在保鮮膜中，再投入左瓶中，將另一份直接倒入右瓶中，然后重復實驗方案A中的步驟。

觀察發(fā)現，初始溫度相同的兩個燒瓶（如圖4）在水浴法加熱后，加入包裹保鮮膜的碘顆粒的左瓶中沒有發(fā)生明顯的升華現象，而直接加入碘顆粒的右瓶中出現大量紫色碘蒸氣。同樣發(fā)現，發(fā)生升華的右瓶中升溫較慢，而沒有發(fā)生升華的左瓶中升溫較快（如圖5）。說明兩個燒瓶溫度差的產生主要是由于碘升華吸熱。

實際教學中，為了避免實驗操作步驟復雜干擾學生對教學重點的把握，教師可以根據學情選擇實驗方案A或實驗方案B進行演示。當然，實驗方案B更嚴謹一些。在學生水平較高時，也可以在課后引導他們對實驗方案A提出類似實驗方案B的改進。

二、總結與反思

本實驗作為碘錘實驗的補充，以觀察為基礎，通過教師演示、學生觀察思考，訓練學生根據實驗事實，結合已有知識，分析物理過程及原理的思維方法。通過師生合作建立升華概念以及升華條件，讓學生豁然開朗，激發(fā)學習物理的興趣，培養(yǎng)嚴謹求實的科學態(tài)度。

（一）通過分析猜想開展科學論證

科學論證，就是把已有的資料數據和假設聯系起來，分析實驗事實與猜想之間存在的關系。通過分析實驗事實論證猜想正確與否，從而得出結論，這就是一種科學論證的過程。

大多數學生脫口而出“碘升華需要吸熱”，很可能是因為教師的指向性引導——“大家覺得碘升華需要吸熱還是放熱”。對于選擇式的提問，學生容易選出正確答案，但也極有可能忽略科學論證的思維過程，直接趨向教師和教材期望的答案。所謂“知其然，而不知其所以然”，科學論證在這里是缺席的。

所以，在學生分組完成碘錘實驗之后，教師可以提問：“碘升華時真的在從周圍吸熱嗎？能不能用實驗來證明呢？”繼而補充演示實驗方案A或實驗方案B，鼓勵學生對猜想的結論進行科學論證。即使學生無法自主設計實驗，教師也要培養(yǎng)學生科學論證的意識。

（二）定性定量結合進行科學推理

基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的視角，學生應能運用科學思維方法，從定性和定量兩個方面對相關問題進行科學推理，找出規(guī)律，形成結論。

通過碘錘實驗，學生可以定性地推理出碘升華需要吸熱。而補充實驗可以讓學生直觀地觀察到，碘升華時需要從周圍（包括瓶內氣體中）吸收熱量，所以發(fā)生碘升華的燒瓶內氣體升溫較慢。使用數顯溫度計，使得瓶內氣體溫度的變化更加直觀可測，幫助學生從定性和定量兩個方面進行科學推理，得出結論。

（三）鼓勵質疑創(chuàng)新

沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一知識的支撐，很多初二學生會認為碘升華的條件是“溫度高”。在物理教學中，教師要鼓勵學生質疑。如：碘升華時有可能只是需要一個較高的溫度環(huán)境嗎？一定是在吸熱嗎？然后，教師可以將補充實驗作為驗證性實驗加以演示，加深學生對“升華吸熱”的認識。

在實驗交流、評價階段，教師也要鼓勵學生嘗試通過實驗改進去解決疑問，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維品質。如：實驗方案A是否存在問題？實驗方案B與實驗方案A相比，優(yōu)點在哪里？當然，為了不影響本節(jié)課主要內容的教學，對于實驗的反思和改進討論也可以放在課后。