“碎冰冰”飲料管的妙用

郭美紅

摘 要： 晶體熔化實驗是初中科學教學中一個非常重要的實驗，是學生掌握晶體熔化特點的重要手段。然而我們在實際教學中很難如教材中一樣成功地完成實驗，作出理想的熔化曲線。因此結合教學實際，分析了晶體熔化實驗失敗的原因和實驗存在的缺陷，并論述了在改進、優化實驗上的嘗試。

關 鍵 詞： 晶體熔化實驗； 冰熔化；改進； 創新

【分類號】G633.7

浙江省義務教育課程標準實驗教科書《科學》七年級上第四章第五節《熔化與凝固》教學中要求能夠演示硫代硫酸鈉（俗稱大蘇打或海波）的熔化實驗，并每隔一分鐘讀一次溫度記錄數據，根據數據描出晶體熔化時溫度隨時間變化的圖像，根據數據和圖像總結晶體熔化前、熔化中和熔化后三個階段溫度的特點。為了能使學生從實驗中得出較為符合實際而又與理論結果相近的熔化圖像，幫助學生準確把握晶體的熔化規律，經過多次實驗比較，分析了課本中海波熔化實驗難以成功的原因和用海波作為實驗材料中存在的缺陷，從材料、器材、實驗條件等幾方面進行了改進，使實驗操作更加簡單、方便，實驗效果更加明顯、直觀，可更好地利于教師開展課堂的分組探究教學。現作簡要的分析。

一、海波熔化實驗失敗的原因和存在的缺陷

海波熔化實驗除海波的純度和溫度計的精密度等因素外，主要的問題是海波在加熱時傳熱效果不好，從而引起里外溫度不同，而溫度計測到的僅僅是與溫度計玻璃泡接觸部分海波的溫度，固液共存狀態時溫度較難穩定。同時海波在學生實際生活中接觸較少，學生對此缺少直接地認識，不利于激發學生對知識的學習積極性。無論用海波與萘實驗，若要完成熔化與凝固的全過程，一般需要30多分鐘，實驗時間較長，課堂演示性差，不利于開展課堂教學。海波熔化實驗用到酒精燈進行水浴加熱，實驗器材較多，實驗準備和實驗過程比較費時費力，不方便開展學生隨堂分組探究實驗。

二、晶體熔化實驗改進及優點

1.材料上的改進

由冰來代替原先的海波，冰的心理認同度高。從心理學的角度來考慮，學生在掌握新知時，必須要在自己原有的認知框架中找到與之相適應的知識結構，在這個知識結構的基礎上，實現新舊知識的融合與同化，因海波與學生生活相距遙遠，大多數學生對它沒有直接體驗，學生從思維深處對它持本能的拒絕心態，這對于新知識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，學生對它的心理認同度很高，學習的興趣和實驗的積極性能得到充分發揮。而且取材容易，純度理想，性能穩定，安全環保無污染。

2.器材上的改進

（1）將溫度計和蒸餾水事先裝在“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，同時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。往往測出的最低溫度為O℃左右，這樣就難以顯示出冰的升溫現象。因此能不能把實驗時用到的冰的溫度降到零下十幾攝氏度并保存到實驗所需時成為該實驗是否成功的關鍵。為此，在冰的制取方式上作了重大改變：讓冰和鹽以3：1的質量比混合來進行冰鹽浴來制冰。這樣上課前用冰鹽浴將整支“碎冰冰”飲料管帶到教室，開始實驗前分發給各實驗小組，這樣能讓學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、水吸熱升溫三個階段，讓學生對晶體熔化的前后過程的特點有一個完整的感性認識，加深學生對晶體熔化過程特點的理解。

（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，而且能方便的來固定溫度計，使溫度計始終處于飲料管的中間，不與飲料管壁相接觸，有利于熔化時溫度的穩定。“碎冰冰”飲料管既方便輕巧又與學生的生活有關，可激發學生的學習興趣。

（3）在蒸餾水中加入一團細銅絲

在蒸餾水中加入一團細銅絲可因為塑料和冰都是熱的不良導體，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定。若不加入銅絲，則熔化到冰還有近一半時溫度就開始上升，無法使溫度穩定在冰的熔點，容易使學生誤認為冰在熔化時溫度呈上升的趨勢。而加入一團銅絲后，利用銅的良好導熱性且不影響冰的熔點的特點，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，而且整個實驗過程既不用攪動也不會有冰上浮，使冰能始終包住溫度計的玻璃泡，從外到內完整的熔化，讓熔化時的溫度能保持7分鐘左右（注：7分鐘左右這是實驗時讓冰在20℃左右水浴時得到的數據），幾乎到冰完全熔化時溫度才逐漸開始上升。現象直觀而明顯，方便學生觀察晶體熔化時的溫度，理解晶體熔化時的特點。

3.實驗條件上的改進

（1）讓冰和鹽以3：1的質量比混合進行冰鹽浴來制冰

研究表明冰鹽浴可使溫度較長時間的維持在零下20℃左右，使蒸餾水可在很短時間內凝固結冰，而且保存、移動方便，熔化和凝固均可進行，能更方便地進行教學準備工作。

（2）實驗時讓冰在20℃左右進行水浴

20℃左右水浴只要直接使用自來水就可進行，不但使實驗條件更加簡單，操作方便，而且可使冰緩慢而均勻地受熱，能較好地穩定冰在熔化時的溫度和控制實驗進行的時間。

改進效果：

三、改進后冰熔化實驗的注意點

1. 實驗制冰用到的水要用蒸餾水，水量稍超過溫度計的玻璃泡即可，這樣可使熔化的時間控制在上課所需的時間。

2. 細銅絲要揉成一團球狀，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一角硬幣大小的缺口，以用來放入細銅絲。

4. 要先放入細銅絲再插入溫度計，使溫度計處于細銅絲的中間。

5. 若用高于20℃左右的溫水進行水浴能加快冰熔化的時間，但冰熔化時的溫度保持不夠穩定。若采用更低的溫度進行水浴則雖能使冰熔化的溫度保持穩定，但會使實驗進行的時間過長，不利于開展課堂教學。

采取了上述改進措施后，使晶體熔化實驗取材容易，操作簡單，實驗時間縮短，實驗現象直觀、明顯，較好地保證了晶體熔化前后過程的完整展現，特別是讓學生從實驗中看到晶體熔化時溫度保持不變這一特點，從而能夠畫出基本正確的晶體熔化圖像，有助于學生準確把握晶體熔化的普遍規律。如果冰熔化后重新進行凝固，也可在10分鐘左右完成，大大地提高課堂效率，可作為學生隨堂分組探究而進行推廣。

實驗是學生感受科學思想、領悟科學精髓的最主要、最有效的途徑之一，讓全體學生參與并自主完成相關實驗正是教材編撰者及教師的努力目標。

參考文獻

[1]朱清時.科學七年級上冊[M].浙江教育出版社，2012年：143