張儀成

摘要：本文介紹了對“物質(zhì)熔化和凝固”實驗部分教學(xué)探索的心得，總結(jié)了以往對實驗棄而不做的原因，分析了該實驗在本節(jié)課中的重要作用和地位，并且提出了將本課實驗改作隨堂實驗的改進辦法與操作步驟。

關(guān)鍵詞：棄而不做；再認(rèn)識；隨堂實驗

中圖分類號：G633.7 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148(2009)4(S)-0021-2

實驗探究是“科學(xué)”課堂的重要組成部分，讓學(xué)生通過對實驗的設(shè)計、操作和分析培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，提高學(xué)生的技能水平，是“科學(xué)”教學(xué)的重要手段。然而，面對許多隨堂實驗在多種不利因素下產(chǎn)生局限性時，老師們不得不舍本逐末，尋找其他替代的方法。就“物質(zhì)熔化和凝固”的實驗教學(xué)而言，普遍存在如下兩種現(xiàn)象：①日常教學(xué)用“嘴巴實驗”或“媒體實驗”代替。②公開課，基于本演示實驗現(xiàn)象可見度差，可以自圓其說的特點，用“演示實驗”配合多媒體進行。

1 實驗棄而不做有多方面的原因

（1）核心問題是晶體熔化實驗很難成功。

教材或教參對實驗的說明是這樣的：

①華師大版：實驗藥品是冰，冰塊初始溫度低于-10℃，冰塊敲碎放入100ml燒杯中,杯口用泡沫塑料板做蓋,中間開孔插入酒精溫度計,整個裝置放入冷凍室降溫，取出后放入雙層保溫瓶備用,冰塊開始熔化后用玻璃棒在冰塊周圍攪動。沒有安排非晶體熔化實驗。②浙教版：晶體熔化實驗藥品是海波，水浴法緩慢加熱，酒精燈用小火焰，也可以用60℃水作熱源。非晶體熔化實驗藥品是松香。

針對上述說明多次實驗結(jié)果如下：華師大版(七年級下)冰的熔化實驗基本能成功，但冰塊是在試管中利用外面的熱水加熱的，不容易觀察到冰何時開始熔化成水，實驗現(xiàn)象不夠明顯，也有熔距（溫度區(qū)間）。然而由于條件制約只能做演示實驗。浙教版（七年級上）海波熔化過程中溫度要變化，而且耗時較長，到下課海波也沒凝固。松香加熱到90℃時，仍是膠體，再加熱，耗時太長，溫度高，溫度計量程不夠，也比較危險。

（2）教材把物質(zhì)凝固的知識放在相對次要的位置上來對待,敘述也比較簡略，沒有安排凝固實驗，有些教材也沒有給出凝固圖像。

（3）本節(jié)內(nèi)容教參中安排為1課時。由于熔化實驗完成時間約20玬in，因此要完成本節(jié)內(nèi)容的全部教學(xué)任務(wù)顯然不可能。

（4）在不做實驗前提下，只要適度增加習(xí)題練習(xí)就不影響知識目標(biāo)的落實，也可對付試題的評價。

2 新課程理念下對實驗的再認(rèn)識

（1）本節(jié)內(nèi)容的技能目標(biāo)是：在老師的指導(dǎo)下完成晶體熔化圖像的描繪，能根據(jù)圖像敘述晶體和非晶體的特點。過程與方法是：通過學(xué)生實驗和教師指導(dǎo)實驗，培養(yǎng)學(xué)生初步的觀察能力和分析能力、概括能力，初步學(xué)會運用比較方法進行科學(xué)探究，以及善于應(yīng)用知識解決實際問題的能力、知識遷移能力。

（2）這節(jié)課的特點是十分重視科學(xué)實驗方法的教育，顯然在新課程理念下用“媒體實驗”及“嘴巴實驗”不能實現(xiàn)上述目標(biāo)，應(yīng)把它改成學(xué)生分組實驗。

（3）本實驗是首次讓學(xué)生完成比較完整的實驗。它對了解科學(xué)探究和初步學(xué)會一些實驗技能，逐步了解常用儀器具有不可替代的作用。

（4）理論分析實驗難成功的原因。純物質(zhì)晶體實際是多種物質(zhì)的混合物（即含雜質(zhì)成分），對這種所謂的純物質(zhì)晶體而言，其固體實質(zhì)就是“固溶體”，液體實質(zhì)就是“溶液”。因此,這種晶體的整個熔化（或凝固）過程是在一定的溫度區(qū)間（熔距）中進行的。原因是“成分”這個因素起了作用。先熔化的是那些具有較低熔點的雜質(zhì)，并將較多的高熔點元素排向與液體接觸界面上的剩余固體中，結(jié)果導(dǎo)致純晶體物質(zhì)進一步熔化必須在更高的溫度下才能進行。同時在加熱中若內(nèi)外溫差太大（過熱），造成向外吸收能量速率大于晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變所需能量速率，使包圍在溫度計液泡周圍的熔液稍微吸熱而升溫。在此前提下即使是純晶體物質(zhì)熔化溫度也會上升?？梢?，對于這類 “固溶體”晶體其熔化和凝固都具有一定的溫度區(qū)間（熔距）的，實驗室配備的海波熔距一般在1℃～2℃之間，在這個溫度區(qū)間中，晶體都是處于固、液共存狀態(tài)的。前述中海波熔化過程溫度要變化的原因就是如此。

晶體熔液在熔點處要想發(fā)生凝固就必須要有一定的溫度差，即具有所謂的“過冷度”?！斑^冷度”越大轉(zhuǎn)變的動力也越大。顯然，只有在保持著這個溫度差的條件下，轉(zhuǎn)變才是可以持續(xù)進行下去的。如果轉(zhuǎn)變進行到某個程度，晶體仍處于固、液共存的狀態(tài)時，原來保持著的溫度差消失了，那么狀態(tài)的轉(zhuǎn)變過程也將停止下來，結(jié)果成了固、液共存狀態(tài)。如果轉(zhuǎn)變的“過冷度”大到超過了某個臨界值，雖然此時的熱力學(xué)自由能差也極大，但是轉(zhuǎn)變的動力學(xué)條件卻極度惡化到阻止了正常的固、液轉(zhuǎn)化過程，結(jié)果也將形成了所謂的“過冷液體”。前述中海波凝固時就會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，到下課也沒凝固的原因就是如此。

3 實驗改正及隨堂分組實驗的操作

3.1 海波熔化

（1）裝置如圖1所示。

（2）藥品：

狀海波20g；46℃溫水兩瓶（普通保溫瓶）。

（3）說明：

①實驗耗時約13min。②試管外的溫水中懸掛另一支溫度計，其目的是控制內(nèi)外溫差在4 ℃～7 ℃之間，這是實驗成功的關(guān)鍵。③酒精燈加熱到水溫54 ℃時停止加熱。由于裝置的余熱，水溫還會上升到約55 ℃，這樣就避免了由于供熱速度太快而造成熔化過程恒溫時間較短的弊端。④在水溫自然下降到52 ℃時，海波熔化基本結(jié)束，然后再點燃酒精燈到實驗結(jié)束。⑤溫度計不碰管壁和管底。⑥點燃酒精燈加熱約2min前，海波中溫度計示數(shù)不變。⑦其中攪拌是關(guān)鍵，應(yīng)特別提醒。（見下述方法④）

（4）方法：

①課前準(zhǔn)備好裝置并加入海波。②上課鈴聲響時向燒杯倒入270ml的熱水（需助手配合）。③引入新課至開始實驗不超6min（此時海波在預(yù)熱），到開始實驗時海波溫度達到40℃左右，水溫42 ℃左右。④每組四人分工如下：一人負(fù)責(zé)計時（每1min報1次）；一人負(fù)責(zé)讀試管內(nèi)海波溫度（每1min讀1次）；一人負(fù)責(zé)看燒杯內(nèi)水溫，水溫達到54℃熄滅酒精燈，當(dāng)試管內(nèi)壁剛出現(xiàn)液體時，立即拿起玻璃棒不停地攪拌，直到試管內(nèi)海波全部熔化；一人記錄實驗數(shù)據(jù)，完成表格，還要觀察水溫下降到52℃時，又要點燃酒精燈，加熱到實驗結(jié)束。

以下是“浙派名師”經(jīng)典展示課中學(xué)生繪制的海波熔化圖像。

3.2 非晶體熔化見圖2所示。

藥品改用石蠟20g（蠟燭削成細(xì)小片），水浴法，裝置同教材中的海波熔化，其中試管中號；用細(xì)玻璃棒攪拌，目的讓學(xué)生體會非晶體熔化過程有變軟現(xiàn)象（浙教版中增加了晶體與非晶體另一區(qū)別熔化過程是否變軟），實驗耗時約10min。

3.3 凝固實驗

（1）時間安排在課外或第二課時。

（2）海波凝固時會出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，過冷液體是不穩(wěn)定的，當(dāng)海波溫度降到49℃時投入少許該物質(zhì)的晶體，即能誘發(fā)結(jié)晶。

參考文獻:

［1］袁運開.科學(xué)初中一年級(七年級)(下)［M］.上海:華東師范大學(xué)出版社,2002.12,11

［2］朱清時.科學(xué)(教學(xué)參考書)(第一冊)［M］.杭州:浙江教育出版社,2002.7,139-181.

(欄目編輯黃懋恩)