李志鵬
實驗原型及不足
關于水結冰的實驗,課程標準指出:學生需要觀察并描述一般情況下,當溫度降低到0 ℃時,水會結冰。教材中的實驗步驟是:先在試管里裝四分之一的清水,做好標記;然后放入盛有碎冰(加了食鹽)的燒杯中;接著在試管的水中插入一支溫度計,當試管中的水開始結冰時記錄溫度,完全結冰時記錄冰柱的高度。
在實際教學中,學生和教師都會遇到一些問題:
學生學的問題:結冰時間較長,往往無法在一節(jié)課上完成水結冰的實驗;實驗現(xiàn)象可視性差,無法觀察到水開始結冰的溫度;試管空間小,溫度計容易觸碰燒杯壁,致使無法準確測量試管中水的溫度。
教師教的問題:實驗需要準備大量的碎冰,耗時費力。
為此,筆者對該實驗進行深入思考與實踐,改進了實驗方法,改進思路如圖1。
實驗材料
飽和食鹽水、溫度計、溫度計固定器、試管固定器、燒杯、試管等。
其中,固定器是根據(jù)試管和溫度計的直徑分別建模,使用3D打印的教具,也可以采用泡沫(或者較硬的海綿)制作,裝置整體效果和部件圖如圖2。
實驗方法
1.將飽和食鹽水放入冰箱,調(diào)節(jié)冰箱制冷效果,使飽和食鹽水溫度達到-18 ℃左右,但不結冰。(飽和食鹽水的凝固點為-20 ℃左右,將冰箱的制冷效果調(diào)節(jié)至-18 ℃左右,這時飽和食鹽水會處于低溫液體狀態(tài)。)
2.在試管中裝入少量水,在試管外用綁橡皮筋的方式標出水面的位置。將溫度計插入試管中,使溫度計的液泡浸在水中,用溫度計固定器固定。
3.取出低溫飽和食鹽水,將試管浸入其中,用試管固定器固定。
4.透過低溫食鹽水觀察試管內(nèi)水的結冰情況,并且將水開始結冰的溫度記錄下來。
5.待試管內(nèi)的水全部結冰后,將試管取出,通過橡皮筋的位置對比觀察試管內(nèi)水結冰前后的體積變化。
實驗優(yōu)點
1.結冰過程可視化:學生透過低溫食鹽水,可以清楚地觀察到水結冰的過程,并及時記錄水開始結冰的溫度。
2.實驗材料準備輕松:改進后的實驗材料直接從冰箱取出就能投入教學,并且可以重復使用。
3.大幅度縮短水結冰的時間:飽和食鹽水的溫度將近-18 ℃,比碎冰加鹽的混合物的溫度更低;液體與試管間的空隙可以忽略不計,試管和低溫食鹽水充分接觸,使水結冰的時間縮短至5分鐘,提高了學習效率。