俞永年

摘 要：改進(jìn)了晶體的熔化的實(shí)驗(yàn)裝置，使整套實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)化，降低了實(shí)驗(yàn)的操作難度，實(shí)驗(yàn)的效果得到了明顯的提升。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)裝置；晶體的熔化；凝固熔點(diǎn)

初中科學(xué)中物質(zhì)的特性之一的熔點(diǎn)是一個(gè)重要的概念。晶體有固定的熔點(diǎn)，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)。是否存在熔點(diǎn)是區(qū)分晶體和非晶體的依據(jù)。什么叫做晶體？物質(zhì)在熔化過程中存在固定熔點(diǎn)的固體物質(zhì)稱為晶體。沒有固定熔點(diǎn)的固體物質(zhì)稱為非晶體。而這些概念是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上的。沒有成功的實(shí)驗(yàn)就很難建立科學(xué)準(zhǔn)確的概念。然而，在課堂教學(xué)中，教師依照教材的實(shí)驗(yàn)，往往很難成功。

各地各種版本的教材中對(duì)熔化實(shí)驗(yàn)中所采用的實(shí)驗(yàn)晶體的材料有所不同，有的是采用冰作為實(shí)驗(yàn)的材料，取材方便，但冰在南方地區(qū)就不易保存，熔化的過程也太快。浙教版科學(xué)采用的實(shí)驗(yàn)材料一是海波（即硫代硫酸鈉）。實(shí)驗(yàn)裝置都采用了水浴法加熱來減慢晶體升溫的時(shí)間，使熔化過程的時(shí)間持續(xù)更長(zhǎng)。

這兩套實(shí)驗(yàn)裝置是目前科學(xué)課堂上做晶體的熔化實(shí)驗(yàn)最常見的器材，以筆者自己曾利用上述裝置上公開課的經(jīng)歷，分別闡述上述裝置存在的問題：

一、實(shí)驗(yàn)裝置繁瑣

原裝置采用的是500ML大燒杯，內(nèi)置小試管的方法，第一套裝置由于未在燒杯上加蓋，水溫升溫時(shí)間大大減慢，實(shí)驗(yàn)時(shí)間太長(zhǎng)，一節(jié)課難于完成教學(xué)，且海波的固體是熱的不良導(dǎo)體，傳熱時(shí)間慢，溫度不均勻，溫度計(jì)測(cè)量勢(shì)必不夠準(zhǔn)確。第二套裝置考慮到了海波的傳熱問題，增加了一個(gè)攪拌裝置，而且考慮到了水浴法加熱時(shí)，如果內(nèi)外溫差太大，海波的熔化過程勢(shì)必也會(huì)很快，所以在燒杯中也增加了一支溫度計(jì)，來控制內(nèi)外溫差保持在3-5℃，但操作難度大。

裝置2雖然考慮周全，但實(shí)驗(yàn)器材更多。

二、實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜

以上實(shí)驗(yàn)中除了上述器材外，還要用到計(jì)時(shí)器。在操作以上器材時(shí)，必須做到酒精燈加熱的同時(shí)，要進(jìn)行攪拌操作，同時(shí)觀察水浴加熱的水溫，和浸在海波內(nèi)的溫度計(jì)的示數(shù)，保持內(nèi)外溫差控制在3-5℃范圍內(nèi)，同時(shí)還要觀察計(jì)時(shí)器的時(shí)間。如此復(fù)雜，即使一位訓(xùn)練有素的教師也難免手忙腳亂。更何況是初次實(shí)驗(yàn)的學(xué)生，因此教師往往要求學(xué)生要小組合作進(jìn)行，然后指導(dǎo)合作的方法，使本已緊張的教學(xué)時(shí)間更加緊張。

三、實(shí)驗(yàn)的條件控制難度大

以筆者上公開課的經(jīng)歷，在要求學(xué)生進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，大燒杯中需加水的量應(yīng)控制在400ML左右為宜，太少了水溫升的太快，海波熔化過程太快，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不明顯。而浙教版教材安排的課程時(shí)間已經(jīng)是到了11月底12月初。此時(shí)的浙江氣溫一般是在2℃-10℃。水溫如果從室溫開始加熱要達(dá)到48℃的海波的熔點(diǎn)，一節(jié)課時(shí)間也不夠。因此教師需準(zhǔn)備40℃溫水，從40℃開始加熱如果控制的好該實(shí)驗(yàn)?zāi)茉?0-15分鐘內(nèi)完成。但由于氣溫的較低，溫水極易降溫和酒精燈火焰大小的差異，實(shí)驗(yàn)時(shí)間還是不太好控制。如果采用冰作實(shí)驗(yàn)材料，冰的制取和儲(chǔ)存也較麻煩。

四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不太明顯

按以上實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是要求每隔1分鐘讀數(shù)，熔化過程持續(xù)的時(shí)間往往太短，有時(shí)能取到的平臺(tái)數(shù)據(jù)只有2，3組，也就是2，3分鐘內(nèi)熔化已經(jīng)完成。這樣和非晶體的熔化區(qū)別就不太明顯。往往不能幫助學(xué)生建立清晰的晶體和非晶體概念。

改進(jìn)方法：

針對(duì)以上問題，筆者設(shè)計(jì)了一套新的晶體熔化實(shí)驗(yàn)裝置。其結(jié)構(gòu)如下：

四、簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)，提高實(shí)驗(yàn)安全性

該裝置省去了鐵架臺(tái)，石棉網(wǎng)，計(jì)時(shí)器，酒精燈等儀器。改進(jìn)裝置設(shè)備整體集成度好，攜帶方便。由于采用了自動(dòng)溫控技術(shù)，使整套實(shí)驗(yàn)裝置的溫度控制在55-65℃之間，大大提高了實(shí)驗(yàn)者的安全性。本裝置發(fā)熱功率小，約在25W左右，適于實(shí)驗(yàn)室大面積使用。

五、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作，提高實(shí)驗(yàn)精度

改進(jìn)后的裝置采用了電熱絲加熱替代了酒精燈加熱，熱源發(fā)熱量的高低通過調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源電壓高低進(jìn)行調(diào)控。使得不太可控的熱源變成可調(diào)控。實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度的高低對(duì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)度的影響可控。

實(shí)驗(yàn)裝置中采用電熱絲密繞玻璃杯壁，加熱效果均勻，課類同于舊實(shí)驗(yàn)中的水浴法，并省去了水浴法操作的繁瑣。加了保溫層的采用雙層玻璃結(jié)構(gòu)使熱量不易散失，熱效率高。本實(shí)驗(yàn)裝置放棄了傳統(tǒng)的玻璃溫度計(jì)，而改用了電子溫度計(jì)，原因是傳統(tǒng)的玻璃溫度計(jì)普遍存在刻度不準(zhǔn)確，測(cè)量誤差大等問題。而電子溫度計(jì)精度高，同時(shí)集成了計(jì)時(shí)器，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)代科技在教學(xué)中的應(yīng)用。

筆者在是實(shí)測(cè)過程中，更是采用了帶數(shù)據(jù)采樣和處理系統(tǒng)的RC-4溫度計(jì)，將溫度計(jì)連接到上，將測(cè)量的數(shù)據(jù)直接通過數(shù)據(jù)軟件直接在電腦屏幕上顯示出來，圖形清晰。以下是實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)：

從圖像可以看出整個(gè)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間控制在了10分鐘以內(nèi)，數(shù)據(jù)采樣出的熔化平臺(tái)時(shí)間長(zhǎng)，熔化過程中溫度保持不變的特征明顯?？傮w的實(shí)驗(yàn)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的效果，值得在教學(xué)中推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱清時(shí).七年級(jí)科學(xué)教學(xué)參考書[M].浙江教育出版社.

（作者單位：浙江吳興實(shí)驗(yàn)中學(xué)）