“碎冰冰”飲料管的妙用

郭美紅

摘 要： 晶體熔化實(shí)驗(yàn)是初中科學(xué)教學(xué)中一個(gè)非常重要的實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生掌握晶體熔化特點(diǎn)的重要手段。然而我們?cè)趯?shí)際教學(xué)中很難如教材中一樣成功地完成實(shí)驗(yàn)，作出理想的熔化曲線。因此結(jié)合教學(xué)實(shí)際，分析了晶體熔化實(shí)驗(yàn)失敗的原因和實(shí)驗(yàn)存在的缺陷，并論述了在改進(jìn)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)上的嘗試。

關(guān) 鍵 詞： 晶體熔化實(shí)驗(yàn)； 冰熔化；改進(jìn)； 創(chuàng)新

【分類號(hào)】G633.7

浙江省義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《科學(xué)》七年級(jí)上第四章第五節(jié)《熔化與凝固》教學(xué)中要求能夠演示硫代硫酸鈉（俗稱大蘇打或海波）的熔化實(shí)驗(yàn)，并每隔一分鐘讀一次溫度記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)描出晶體熔化時(shí)溫度隨時(shí)間變化的圖像，根據(jù)數(shù)據(jù)和圖像總結(jié)晶體熔化前、熔化中和熔化后三個(gè)階段溫度的特點(diǎn)。為了能使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中得出較為符合實(shí)際而又與理論結(jié)果相近的熔化圖像，幫助學(xué)生準(zhǔn)確把握晶體的熔化規(guī)律，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)比較，分析了課本中海波熔化實(shí)驗(yàn)難以成功的原因和用海波作為實(shí)驗(yàn)材料中存在的缺陷，從材料、器材、實(shí)驗(yàn)條件等幾方面進(jìn)行了改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)單、方便，實(shí)驗(yàn)效果更加明顯、直觀，可更好地利于教師開展課堂的分組探究教學(xué)。現(xiàn)作簡(jiǎn)要的分析。

一、海波熔化實(shí)驗(yàn)失敗的原因和存在的缺陷

海波熔化實(shí)驗(yàn)除海波的純度和溫度計(jì)的精密度等因素外，主要的問題是海波在加熱時(shí)傳熱效果不好，從而引起里外溫度不同，而溫度計(jì)測(cè)到的僅僅是與溫度計(jì)玻璃泡接觸部分海波的溫度，固液共存狀態(tài)時(shí)溫度較難穩(wěn)定。同時(shí)海波在學(xué)生實(shí)際生活中接觸較少，學(xué)生對(duì)此缺少直接地認(rèn)識(shí)，不利于激發(fā)學(xué)生對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)積極性。無(wú)論用海波與萘實(shí)驗(yàn)，若要完成熔化與凝固的全過程，一般需要30多分鐘，實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，課堂演示性差，不利于開展課堂教學(xué)。海波熔化實(shí)驗(yàn)用到酒精燈進(jìn)行水浴加熱，實(shí)驗(yàn)器材較多，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)過程比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不方便開展學(xué)生隨堂分組探究實(shí)驗(yàn)。

二、晶體熔化實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及優(yōu)點(diǎn)

1.材料上的改進(jìn)

由冰來(lái)代替原先的海波，冰的心理認(rèn)同度高。從心理學(xué)的角度來(lái)考慮，學(xué)生在掌握新知時(shí)，必須要在自己原有的認(rèn)知框架中找到與之相適應(yīng)的知識(shí)結(jié)構(gòu)，在這個(gè)知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)新舊知識(shí)的融合與同化，因海波與學(xué)生生活相距遙遠(yuǎn)，大多數(shù)學(xué)生對(duì)它沒有直接體驗(yàn)，學(xué)生從思維深處對(duì)它持本能的拒絕心態(tài)，這對(duì)于新知識(shí)的吸收與融合是很不利的，而選擇冰則有效地克服了海波這方面的缺陷，學(xué)生對(duì)它的心理認(rèn)同度很高，學(xué)習(xí)的興趣和實(shí)驗(yàn)的積極性能得到充分發(fā)揮。而且取材容易，純度理想，性能穩(wěn)定，安全環(huán)保無(wú)污染。

2.器材上的改進(jìn)

（1）將溫度計(jì)和蒸餾水事先裝在“碎冰冰”飲料管中一起冷凍

制冰通常的做法是把水放入冰箱中就可制得塊狀的冰，把冰塊砸成冰屑插入溫度計(jì)，同時(shí)把制得的冰塊拿到教室待用，在這過程中冰要從外界吸收熱量，溫度不斷上升，甚至熔化。往往測(cè)出的最低溫度為O℃左右，這樣就難以顯示出冰的升溫現(xiàn)象。因此能不能把實(shí)驗(yàn)時(shí)用到的冰的溫度降到零下十幾攝氏度并保存到實(shí)驗(yàn)所需時(shí)成為該實(shí)驗(yàn)是否成功的關(guān)鍵。為此，在冰的制取方式上作了重大改變：讓冰和鹽以3：1的質(zhì)量比混合來(lái)進(jìn)行冰鹽浴來(lái)制冰。這樣上課前用冰鹽浴將整支“碎冰冰”飲料管帶到教室，開始實(shí)驗(yàn)前分發(fā)給各實(shí)驗(yàn)小組，這樣能讓學(xué)生觀察到冰從較低的溫度逐漸上升的全過程，能完整地展示冰吸熱升溫、冰吸熱熔化但溫度不變、水吸熱升溫三個(gè)階段，讓學(xué)生對(duì)晶體熔化的前后過程的特點(diǎn)有一個(gè)完整的感性認(rèn)識(shí)，加深學(xué)生對(duì)晶體熔化過程特點(diǎn)的理解。

（2）用“碎冰冰”飲料管取代試管

“碎冰冰”飲料管是透明的塑料，不但能解決試管在冰凍條件下易破碎的問題，而且能方便的來(lái)固定溫度計(jì)，使溫度計(jì)始終處于飲料管的中間，不與飲料管壁相接觸，有利于熔化時(shí)溫度的穩(wěn)定。“碎冰冰”飲料管既方便輕巧又與學(xué)生的生活有關(guān)，可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）在蒸餾水中加入一團(tuán)細(xì)銅絲

在蒸餾水中加入一團(tuán)細(xì)銅絲可因?yàn)樗芰虾捅际菬岬牟涣紝?dǎo)體，使得熔化、凝固過程均較慢且受熱不均勻，使得熔化過程溫度不穩(wěn)定。若不加入銅絲，則熔化到冰還有近一半時(shí)溫度就開始上升，無(wú)法使溫度穩(wěn)定在冰的熔點(diǎn)，容易使學(xué)生誤認(rèn)為冰在熔化時(shí)溫度呈上升的趨勢(shì)。而加入一團(tuán)銅絲后，利用銅的良好導(dǎo)熱性且不影響冰的熔點(diǎn)的特點(diǎn)，能較好地解決以上問題，不但能起到加快熔化、凝固過程以及均溫的作用，而且整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程既不用攪動(dòng)也不會(huì)有冰上浮，使冰能始終包住溫度計(jì)的玻璃泡，從外到內(nèi)完整的熔化，讓熔化時(shí)的溫度能保持7分鐘左右（注：7分鐘左右這是實(shí)驗(yàn)時(shí)讓冰在20℃左右水浴時(shí)得到的數(shù)據(jù)），幾乎到冰完全熔化時(shí)溫度才逐漸開始上升。現(xiàn)象直觀而明顯，方便學(xué)生觀察晶體熔化時(shí)的溫度，理解晶體熔化時(shí)的特點(diǎn)。

3.實(shí)驗(yàn)條件上的改進(jìn)

（1）讓冰和鹽以3：1的質(zhì)量比混合進(jìn)行冰鹽浴來(lái)制冰

研究表明冰鹽浴可使溫度較長(zhǎng)時(shí)間的維持在零下20℃左右，使蒸餾水可在很短時(shí)間內(nèi)凝固結(jié)冰，而且保存、移動(dòng)方便，熔化和凝固均可進(jìn)行，能更方便地進(jìn)行教學(xué)準(zhǔn)備工作。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)讓冰在20℃左右進(jìn)行水浴

20℃左右水浴只要直接使用自來(lái)水就可進(jìn)行，不但使實(shí)驗(yàn)條件更加簡(jiǎn)單，操作方便，而且可使冰緩慢而均勻地受熱，能較好地穩(wěn)定冰在熔化時(shí)的溫度和控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間。

改進(jìn)效果：

三、改進(jìn)后冰熔化實(shí)驗(yàn)的注意點(diǎn)

1. 實(shí)驗(yàn)制冰用到的水要用蒸餾水，水量稍超過溫度計(jì)的玻璃泡即可，這樣可使熔化的時(shí)間控制在上課所需的時(shí)間。

2. 細(xì)銅絲要揉成一團(tuán)球狀，盡可能的分布均勻，高度與水面相平為宜。

3. 要在“碎冰冰”飲料管的上端開一個(gè)一角硬幣大小的缺口，以用來(lái)放入細(xì)銅絲。

4. 要先放入細(xì)銅絲再插入溫度計(jì)，使溫度計(jì)處于細(xì)銅絲的中間。

5. 若用高于20℃左右的溫水進(jìn)行水浴能加快冰熔化的時(shí)間，但冰熔化時(shí)的溫度保持不夠穩(wěn)定。若采用更低的溫度進(jìn)行水浴則雖能使冰熔化的溫度保持穩(wěn)定，但會(huì)使實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間過長(zhǎng)，不利于開展課堂教學(xué)。

采取了上述改進(jìn)措施后，使晶體熔化實(shí)驗(yàn)取材容易，操作簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)時(shí)間縮短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀、明顯，較好地保證了晶體熔化前后過程的完整展現(xiàn)，特別是讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中看到晶體熔化時(shí)溫度保持不變這一特點(diǎn)，從而能夠畫出基本正確的晶體熔化圖像，有助于學(xué)生準(zhǔn)確把握晶體熔化的普遍規(guī)律。如果冰熔化后重新進(jìn)行凝固，也可在10分鐘左右完成，大大地提高課堂效率，可作為學(xué)生隨堂分組探究而進(jìn)行推廣。

實(shí)驗(yàn)是學(xué)生感受科學(xué)思想、領(lǐng)悟科學(xué)精髓的最主要、最有效的途徑之一，讓全體學(xué)生參與并自主完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)正是教材編撰者及教師的努力目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱清時(shí).科學(xué)七年級(jí)上冊(cè)[M].浙江教育出版社，2012年：143