劉華麗

摘要：探究固體熔化時溫度的變化規(guī)律是人教版物理上冊八年級第三章第二節(jié)內(nèi)容，是學(xué)生在初中物理課中接觸到的第一個相對完整的科學(xué)探究活動。做好海波的熔化和凝固實(shí)驗(yàn)可以幫助學(xué)生對科學(xué)探究建立完整的認(rèn)識，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。海波熔化實(shí)驗(yàn)既是教學(xué)的重點(diǎn)，又是難點(diǎn)。本文主要從教材中的實(shí)驗(yàn)方法出發(fā)，提出實(shí)驗(yàn)中所存在的問題及改進(jìn)的措施，從而提高演示實(shí)驗(yàn)的成功率，使學(xué)生更加直觀地理解知識。

關(guān)鍵詞：晶體；非晶體；熔化；凝固；過熱；過冷

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1992-7711（2021）07-0120

海波的熔化與凝固實(shí)驗(yàn)是人教版八年級物理上冊第三章第二節(jié)中的內(nèi)容。做好該實(shí)驗(yàn)有利于引導(dǎo)學(xué)生正確理解“晶體熔化和凝固的過程中雖吸熱或放熱但溫度保持不變”這一實(shí)驗(yàn)事實(shí)。平時實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，由于教師按照初中教材上的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)常會出現(xiàn)“過熱和過冷”的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)無法取得完美成功，這也是目前初中物理教育實(shí)驗(yàn)中教學(xué)成功率很低的一個典型實(shí)驗(yàn)。因此，很多教師都只會選擇通過觀看教學(xué)視頻或者按照教師講物理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，就更加不用說按照初中教參給出的教學(xué)建議讓學(xué)生自己分組進(jìn)行完成。

一、海波熔化和凝固實(shí)驗(yàn)中的常見問題及原因分析

1.海波熔化現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)時靠近試管壁的海波已經(jīng)開始熔化，但由于海波內(nèi)部溫度尚未完全到達(dá)熔點(diǎn)，熔化現(xiàn)象過程很不明顯且難以清晰地看到固液共存，溫度始終保持不變的熔化過程，即“過熱”現(xiàn)象。如果按照記錄出來的這些數(shù)據(jù)繪制成圖像后和非晶體材料（例如石蠟）熔化時溫度隨時間變化的一樣，造成學(xué)生不愿意相信教師和教材中說的“固液共存，不斷吸熱但溫度始終保持不變”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的存在。

2.海波凝固時溫度下降很快，大大低于凝固點(diǎn)后又上升到凝固點(diǎn)，即發(fā)生“過冷”現(xiàn)象。記錄出來的數(shù)據(jù)繪制成圖像會很奇怪，比課本晶體凝固圖像多了一個“V”字形。

出現(xiàn)“過熱”現(xiàn)象導(dǎo)致這個實(shí)驗(yàn)失敗的一個主要原因就是教師沒有很好地控制大燒杯中水的溫度，水溫連續(xù)上升快，短短的時間內(nèi)試管壁海波的溫度就到達(dá)了熔點(diǎn)，然后海波就開始熔化了；而溫度計(jì)周圍的海波內(nèi)吸收的熱量較少且溫度還沒有達(dá)到熔點(diǎn)，所以才會出現(xiàn)試管里的海波一直在熔化，溫度計(jì)的示數(shù)一直升溫的現(xiàn)象，在內(nèi)部溫度上升至熔點(diǎn)后，所有晶體幾乎全部熔化，因而也就難以很好地觀察和看到海波熔化時“固液共存、不斷吸熱溫度始終保持不變”令人驚奇的過程。

出現(xiàn)“過冷”現(xiàn)象的原因有：由于海波純度太高導(dǎo)致凝固過程無凝結(jié)核，或雖有凝結(jié)核但由于攪拌不充分導(dǎo)致凝結(jié)核未均勻移動等。但是實(shí)際教學(xué)中由于海波熔化實(shí)驗(yàn)成功率很低，很多教師不愿花費(fèi)時間完成一個實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可能與課本結(jié)論不一樣的操作，所以看不到海波凝固“過冷”現(xiàn)象；即使做了海波熔化實(shí)驗(yàn)后做凝固實(shí)驗(yàn)時看到了“過冷”現(xiàn)象，但覺得解釋給學(xué)生更麻煩，就干脆不做實(shí)驗(yàn)，而是選擇用別人實(shí)驗(yàn)成功的視頻或者照課本講。其實(shí)做海波凝固實(shí)驗(yàn)時，當(dāng)溫度降到50°C左右要不斷攪拌，特別是當(dāng)看到有海波晶體析出時更需要攪拌，直到海波即將全部凝固時再停止。這樣才可以讓海波避免出現(xiàn)“過冷”現(xiàn)象，從而完美地呈現(xiàn)海波凝固時“固液共存，不斷放熱溫度始終保持不變”的現(xiàn)象。

二、海波熔化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)思路及措施

1.控制試管內(nèi)外溫度差解決“過熱”現(xiàn)象

控制試管內(nèi)外溫度差的關(guān)鍵是用小火加熱，減小海波內(nèi)部的受熱不均問題。在實(shí)際教學(xué)中，筆者是這樣操作的。

首先選兩盞酒精燈，一盞火焰大些，一盞火焰要比較小。實(shí)驗(yàn)采用水浴法加熱，燒杯的水要足夠多，便于溫度緩慢上升。先用火焰大的酒精燈對燒杯加熱，燒杯水溫在40°C以下時控制水與海波之間的溫差始終在小于5°C的范圍內(nèi)；當(dāng)水溫到45°C時改用火焰小的酒精燈對燒杯加熱，此時加熱的過程中密切關(guān)注水溫的變化，當(dāng)水溫到達(dá)45°C要對水溫嚴(yán)格控制不可超過海波溫度的2°C；海波熔化過程要保持燒杯水溫在49°C -50°C最好。

2.提高操作性突破學(xué)生動手難題

教參中建議將海波進(jìn)行研磨，實(shí)驗(yàn)前先將海波研磨成粉，越細(xì)越好，使顆粒完全包裹住溫度計(jì)的下端，從而使測得的海波的溫度更為準(zhǔn)確。教師做演示實(shí)驗(yàn)可以采用，但是要開展學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)這個工作量就大了，而且讓學(xué)生會誤以為海波本來就是粉末狀的。

課本實(shí)驗(yàn)裝置中海波、溫度計(jì)、攪拌棒是放在大試管中的，但是在實(shí)際操作中會發(fā)現(xiàn)，大試管內(nèi)部空間太小，試管太深了，攪拌棒往往用細(xì)鐵線代替，攪拌時操作效果不理想，造成海波受熱不均勻，很容易出現(xiàn)“過熱”情況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。

如果用小燒杯代替大試管可以解決因攪拌難導(dǎo)致受熱不均問題。攪拌棒可改用小勺子，實(shí)驗(yàn)時可以上下左右翻攪小燒杯中的海波，使其內(nèi)部溫差減小。此時還要用鐵線制作一個可以固定小燒杯的三腳架的儀器，確保小燒杯在攪拌時保持穩(wěn)定。

3.采用數(shù)字溫度計(jì)和投屏技術(shù)

實(shí)際課堂教學(xué)中，順利完成海波熔化實(shí)驗(yàn)大概需要15～20分鐘，特別是在等待讀取數(shù)據(jù)時學(xué)生參與度通常是很低的，看不見溫度計(jì)液柱變化，看不清海波熔化狀態(tài)下的變化，所以建議有條件的學(xué)?？梢詫⒁后w溫度計(jì)改用數(shù)字式溫度計(jì)，在演示時，只要把溫度計(jì)探頭插入海波中，溫度數(shù)值就能直接顯示在數(shù)字屏幕上，同時利用智能手機(jī)的視頻功能投屏到電子白板上，學(xué)生均能清晰看見。另外，教師還可以詳細(xì)記錄本次熔化實(shí)驗(yàn)的整個過程，課后可以分析本次熔化實(shí)驗(yàn)的成功之處和實(shí)驗(yàn)失敗了的原因。

物理實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目標(biāo)要求是不斷提高和培養(yǎng)學(xué)生的物理科學(xué)綜合素質(zhì)，提高和培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)綜合素養(yǎng)的能力關(guān)鍵在教師。物理教師更應(yīng)該不斷努力，以提高自身的物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)素養(yǎng)。在平時面對物理教學(xué)過程中的困難，我們必須充分發(fā)揮自身的主觀能動性，突破物理教學(xué)中的瓶頸才能更上一層樓。筆者經(jīng)歷了二十多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，前十多年每次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動進(jìn)行到本節(jié)課內(nèi)容，都選擇用實(shí)驗(yàn)完成，有成功但更多時候是實(shí)驗(yàn)失敗。從而能充分體驗(yàn)到學(xué)習(xí)物理這門學(xué)科給學(xué)生帶來的一種經(jīng)歷性和探究性的過程，在實(shí)驗(yàn)過程中不斷觀察、發(fā)現(xiàn)、思考、討論，在每次實(shí)驗(yàn)中不斷發(fā)現(xiàn)驚奇、獲得全新知識，體驗(yàn)成功的喜悅。

（作者單位：廣西賀州市實(shí)驗(yàn)中學(xué)542899）