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在知识点“沸腾”一节教学中,“观察水的沸腾”实验是一出重头戏,它决定着这节课的课堂教学质量。因为这个实验既是建立沸腾概念的基础,又是培养学生观察实验能力和训练学生非智力因素(如兴趣、科学态度)的重要手段。然而大多数学校按课本(华东版)上的实验装置做学生实验,效果均不尽如人意,可以毫不夸张地说,这些学校的绝大多数学生没能在实验中观察到清晰而真实的水的沸腾图景。因为用酒精灯作热源做实验,水温一般只能达到95℃—98℃之间,刚开始有少量气泡在上升过程中体积由小变大的现象出现,并未形成大量气泡上升、变大、到水面破裂开来,里面的水蒸气散发到空气中,这时的水温不再升高是因为供热不足造成的假象,并未达到水的沸点,充其量只能称之为“前沸腾”状态。是不是实验原理和实验装置有何不妥?不是。造成各种实验效果不佳的原因主要在实验器材的选择和实验方案的设计上。
课本上虽然给了实验装置,但对实验器材的规格、水的用量及供热条件并未予以具体确定,这都要求教师备课时作适当选择。而不少教师由于首次使用教材,无暇细究,为此我们做了些对比实验,现将结果提供给同仁参考。
第一,学生实验用烧杯以容量100ml,装水80ml为宜,这是我们通过对250ml烧杯分别装水250ml、200ml、150ml;100ml烧杯分别装水50ml、80ml、60ml及35×20ml大试管分别装水80ml、60ml、40ml等九组试验比较选得的(实验数据略)。用100ml烧杯装80ml水做实验的主要优点是:①加热至沸腾的时间相对较短,约20分钟,便于教学时间的安排;②观程(可供观察的距离,即水深)相对较长,几乎与250ml烧杯装水200ml的观程相同,便于学生观察水中气泡的上升过程中动态的体积变化。
第二,实验用水以静置水较佳。水的沸点与水质有关,我们总希望被选定的实验用水的沸点尽可能接近100℃,以使学生亲眼观察到这个结果。为此我们用河水、井水、池塘水、自来水、雨水、蒸馏水和静置水(即河水、井水、池塘水、自来水等经沸后,静置一昼夜,除去液面的漂浮物和器底的沉淀物后的冷开水),反复对比试验表明:静置水经济、方便,沸点接近100℃。而静置水只要教师在实验前稍事准备,不难办到。
第三,100℃煤油(或酒精)温度计在实验前要进行挑选,将误差偏大的剔除掉,有条件的学校最好选用水银温度计。温度计放置水中的位置,宜将玻璃泡的上缘置于水体中央的位置上。
第四,“酒精喷灯加石棉网”加热是最佳供热方式。用课本的装置实验,水沸腾的剧烈程度主要取决于供热方式,我们试验对比了三种供热方式,最佳供热方式是“酒精喷灯加石棉网”,其次是“酒精灯加泥三角”直接加热。“酒精灯加石棉网”效果较差,但用酒精喷灯做学生实验,对于大多数城乡初中是不现实的;用酒精灯和泥三角加热,整个装置欠稳定,对初二的孩子来说安全性较差,所以课本用“酒精灯加石棉网”加热虽不是最佳热源,但出于设备条件和安全性考虑,仍不得已而为之。如此迁就的直接后果就是无法让学生观察到水沸腾时剧烈汽化的情景,这是一大缺憾!
弥补这一不足的办法是改进实验方案的设计,人教社教材采用加盖加热的办法,应该说是一种权宜之计,因为加盖后又出现了新问题:①学生观察水面蒸发随温度升高而加剧的渐变情景不是很直接、方便;②隔着水气和流挂的烧杯壁不能很清晰地观察到水沸腾时的壮观气势;③容易节外生枝,引起液面气压改变的讨论等。我们采用的实验方案是:学生实验“观察水沸腾”和演示实验“水沸腾过程中温度不变”配合进行,即将学生实验观察到水温持续2—3分钟不再升高时,学生实验即告结束,这时告诉学生,温度不再上升是因为酒精灯已无法提供更强的火力所致,请接下来观察用酒精喷灯做的演示实验,旋即将学生实验用水收集数杯倒入讲台上演示装置的烧杯里(装置与学生实验相同,仅烧杯改用500ml的,装水400—500ml)、用喷灯加热,一边引导学生观察水的沸腾现象,同时令观察温度的学生测出大烧杯中水的初温,并在此后的加热过程中定时向全班报告温度计示数,以揭示水沸腾过程中温度的特性。一般加热3—5分钟,学生即可亲眼目睹通常情况下水内部和表面同时进行的剧烈的汽化情景,有条件的学校还可用投影仪将其放大于银幕上供学生仔细观察,学生会如水一样沸腾起来,惊喜万分。沸腾持续观察5分钟,完成“沸腾时,继续加热,水的温度不变”的教学,随后,或运用思维分析方法推断,或用实验演示方法得出“沸腾是吸热过程”的结论。由于学生实验采用了杯小水少的做法,为演示实验预留了教学时间,课堂教学节奏紧凑而不紧迫,绝大部分学生形成了深刻而清晰的沸腾表象,效果较好,对于这节课教学质量的提高起一定作用。
课本上虽然给了实验装置,但对实验器材的规格、水的用量及供热条件并未予以具体确定,这都要求教师备课时作适当选择。而不少教师由于首次使用教材,无暇细究,为此我们做了些对比实验,现将结果提供给同仁参考。
第一,学生实验用烧杯以容量100ml,装水80ml为宜,这是我们通过对250ml烧杯分别装水250ml、200ml、150ml;100ml烧杯分别装水50ml、80ml、60ml及35×20ml大试管分别装水80ml、60ml、40ml等九组试验比较选得的(实验数据略)。用100ml烧杯装80ml水做实验的主要优点是:①加热至沸腾的时间相对较短,约20分钟,便于教学时间的安排;②观程(可供观察的距离,即水深)相对较长,几乎与250ml烧杯装水200ml的观程相同,便于学生观察水中气泡的上升过程中动态的体积变化。
第二,实验用水以静置水较佳。水的沸点与水质有关,我们总希望被选定的实验用水的沸点尽可能接近100℃,以使学生亲眼观察到这个结果。为此我们用河水、井水、池塘水、自来水、雨水、蒸馏水和静置水(即河水、井水、池塘水、自来水等经沸后,静置一昼夜,除去液面的漂浮物和器底的沉淀物后的冷开水),反复对比试验表明:静置水经济、方便,沸点接近100℃。而静置水只要教师在实验前稍事准备,不难办到。
第三,100℃煤油(或酒精)温度计在实验前要进行挑选,将误差偏大的剔除掉,有条件的学校最好选用水银温度计。温度计放置水中的位置,宜将玻璃泡的上缘置于水体中央的位置上。
第四,“酒精喷灯加石棉网”加热是最佳供热方式。用课本的装置实验,水沸腾的剧烈程度主要取决于供热方式,我们试验对比了三种供热方式,最佳供热方式是“酒精喷灯加石棉网”,其次是“酒精灯加泥三角”直接加热。“酒精灯加石棉网”效果较差,但用酒精喷灯做学生实验,对于大多数城乡初中是不现实的;用酒精灯和泥三角加热,整个装置欠稳定,对初二的孩子来说安全性较差,所以课本用“酒精灯加石棉网”加热虽不是最佳热源,但出于设备条件和安全性考虑,仍不得已而为之。如此迁就的直接后果就是无法让学生观察到水沸腾时剧烈汽化的情景,这是一大缺憾!
弥补这一不足的办法是改进实验方案的设计,人教社教材采用加盖加热的办法,应该说是一种权宜之计,因为加盖后又出现了新问题:①学生观察水面蒸发随温度升高而加剧的渐变情景不是很直接、方便;②隔着水气和流挂的烧杯壁不能很清晰地观察到水沸腾时的壮观气势;③容易节外生枝,引起液面气压改变的讨论等。我们采用的实验方案是:学生实验“观察水沸腾”和演示实验“水沸腾过程中温度不变”配合进行,即将学生实验观察到水温持续2—3分钟不再升高时,学生实验即告结束,这时告诉学生,温度不再上升是因为酒精灯已无法提供更强的火力所致,请接下来观察用酒精喷灯做的演示实验,旋即将学生实验用水收集数杯倒入讲台上演示装置的烧杯里(装置与学生实验相同,仅烧杯改用500ml的,装水400—500ml)、用喷灯加热,一边引导学生观察水的沸腾现象,同时令观察温度的学生测出大烧杯中水的初温,并在此后的加热过程中定时向全班报告温度计示数,以揭示水沸腾过程中温度的特性。一般加热3—5分钟,学生即可亲眼目睹通常情况下水内部和表面同时进行的剧烈的汽化情景,有条件的学校还可用投影仪将其放大于银幕上供学生仔细观察,学生会如水一样沸腾起来,惊喜万分。沸腾持续观察5分钟,完成“沸腾时,继续加热,水的温度不变”的教学,随后,或运用思维分析方法推断,或用实验演示方法得出“沸腾是吸热过程”的结论。由于学生实验采用了杯小水少的做法,为演示实验预留了教学时间,课堂教学节奏紧凑而不紧迫,绝大部分学生形成了深刻而清晰的沸腾表象,效果较好,对于这节课教学质量的提高起一定作用。