張儀成

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

關(guān)鍵詞：棄而不做；再認(rèn)識(shí)；隨堂實(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(2009)4(S)-0021-2

實(shí)驗(yàn)探究是“科學(xué)”課堂的重要組成部分，讓學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、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(duì)許多隨堂實(shí)驗(yàn)在多種不利因素下產(chǎn)生局限性時(shí)，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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)”或“媒體實(shí)驗(yàn)”代替。②公開課，基于本演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可見度差，可以自圓其說的特點(diǎn)，用“演示實(shí)驗(yàn)”配合多媒體進(jìn)行。

1 實(shí)驗(yàn)棄而不做有多方面的原因

（1）核心問題是晶體熔化實(shí)驗(yàn)很難成功。

教材或教參對(duì)實(shí)驗(yàn)的說明是這樣的：

①華師大版：實(shí)驗(yàn)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(jì),整個(gè)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(dòng)。沒有安排非晶體熔化實(shí)驗(yàn)。②浙教版：晶體熔化實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)藥品是松香。

針對(duì)上述說明多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：華師大版(七年級(jí)下)冰的熔化實(shí)驗(yàn)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(shí)開始熔化成水，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。浙教版（七年級(jí)上）海波熔化過程中溫度要變化，而且耗時(shí)較長，到下課海波也沒凝固。松香加熱到90℃時(shí)，仍是膠體，再加熱，耗時(shí)太長，溫度高，溫度計(jì)量程不夠，也比較危險(xiǎn)。

（2）教材把物質(zhì)凝固的知識(shí)放在相對(duì)次要的位置上來對(duì)待,敘述也比較簡略，沒有安排凝固實(shí)驗(yàn)，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(shí)。由于熔化實(shí)驗(yàn)完成時(shí)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(shí)驗(yàn)前提下，只要適度增加習(xí)題練習(xí)就不影響知識(shí)目標(biāo)的落實(shí)，也可對(duì)付試題的評(píng)價(jià)。

2 新課程理念下對(duì)實(shí)驗(yàn)的再認(rèn)識(shí)

（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(diǎn)。過程與方法是：通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)和教師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)，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(huì)運(yùn)用比較方法進(jìn)行科學(xué)探究，以及善于應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力、知識(shí)遷移能力。

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

（3）本實(shí)驗(yàn)是首次讓學(xué)生完成比較完整的實(shí)驗(yàn)。它對(duì)了解科學(xué)探究和初步學(xué)會(huì)一些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)難成功的原因。純物質(zhì)晶體實(shí)際是多種物質(zhì)的混合物（即含雜質(zhì)成分），對(duì)這種所謂的純物質(zhì)晶體而言，其固體實(shí)質(zhì)就是“固溶體”，液體實(shí)質(zhì)就是“溶液”。因此,這種晶體的整個(gè)熔化（或凝固）過程是在一定的溫度區(qū)間（熔距）中進(jìn)行的。原因是“成分”這個(gè)因素起了作用。先熔化的是那些具有較低熔點(diǎn)的雜質(zhì)，并將較多的高熔點(diǎn)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(jìn)一步熔化必須在更高的溫度下才能進(jìn)行。同時(shí)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(jì)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(huì)上升?？梢姡瑢?duì)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(shí)驗(yàn)室配備的海波熔距一般在1℃～2℃之間，在這個(gè)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(diǎn)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(dòng)力也越大。顯然，只有在保持著這個(gè)溫度差的條件下，轉(zhuǎn)變才是可以持續(xù)進(jìn)行下去的。如果轉(zhuǎn)變進(jìn)行到某個(gè)程度，晶體仍處于固、液共存的狀態(tài)時(shí)，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(gè)臨界值，雖然此時(shí)的熱力學(xué)自由能差也極大，但是轉(zhuǎn)變的動(dòng)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(shí)就會(huì)出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，到下課也沒凝固的原因就是如此。

3 實(shí)驗(yàn)改正及隨堂分組實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)耗時(shí)約13min。②試管外的溫水中懸掛另一支溫度計(jì)，其目的是控制內(nèi)外溫差在4 ℃～7 ℃之間，這是實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵。③酒精燈加熱到水溫54 ℃時(shí)停止加熱。由于裝置的余熱，水溫還會(huì)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(shí)間較短的弊端。④在水溫自然下降到52 ℃時(shí)，海波熔化基本結(jié)束，然后再點(diǎn)燃酒精燈到實(shí)驗(yàn)結(jié)束。⑤溫度計(jì)不碰管壁和管底。⑥點(diǎn)燃酒精燈加熱約2min前，海波中溫度計(jì)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(shí)向燒杯倒入270ml的熱水（需助手配合）。③引入新課至開始實(shí)驗(yàn)不超6min（此時(shí)海波在預(yù)熱），到開始實(shí)驗(yàn)時(shí)海波溫度達(dá)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(jì)時(shí)（每1min報(bào)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(dá)到54℃熄滅酒精燈，當(dāng)試管內(nèi)壁剛出現(xiàn)液體時(shí)，立即拿起玻璃棒不停地?cái)嚢瑁钡皆嚬軆?nèi)海波全部熔化；一人記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，完成表格，還要觀察水溫下降到52℃時(shí)，又要點(diǎn)燃酒精燈，加熱到實(shí)驗(yàn)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(hào)；用細(xì)玻璃棒攪拌，目的讓學(xué)生體會(huì)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(shí)驗(yàn)耗時(shí)約10min。

3.3 凝固實(shí)驗(yàn)

（1）時(shí)間安排在課外或第二課時(shí)。

（2）海波凝固時(shí)會(huì)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(shí)投入少許該物質(zhì)的晶體，即能誘發(fā)結(jié)晶。

參考文獻(xiàn):

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

［2］朱清時(shí).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)