物质的溶解及溶解度的概念是初中化学重要的知识点,相对应的实验展示在教材和教学中都不太明显,所以王庆兰老师想设计一种教具,既可以演示温度对物质溶解速率的影响,也可以演示不同颗粒的同种物质溶于水的速率情况,以帮助学生从宏观现象中理解化学概念,了解、掌握固体物质的溶解速率与外因的关系,这就是“外因与溶解速率的关系演示器”。
据王庆兰老师介绍,在设计制作和实验过程中,有三个问题是他们通过大量实验来解决的。
第一,实验过程中在固体物质取量的问题上进行了大量实验,经过多组实验数据分析,最终确定固体物质的质量以2克较为适宜,可以使得塑料球在刚放入水中后,即能沉入烧杯底部,随着固体物质的溶解,待全部溶解后,即能浮到水面上。
第二,配重比,在塑料球的内部固定了一定质量的铜丝作为配重,其目的一是保证塑料球中固定磁铁一端始终朝上,使塑料球上浮时接触传感器;二是减少固体试剂的用量,既节约药品,又可缩短实验用时。配重质量的确定及称取,需要反复实验验证,以使实验效果达到最佳。
第三,温度对物质溶解速率的影响实验中,冷水、温水、热水之间的温度差的确定也需通过大量实验来选择,以确保实验现象能够在较短的时间内明显地显示出来。
相对于其他有关溶解度的实验,此教具中加入了发光二极管、音响卡、传感器(干簧管)、带孔带磁铁的塑料球这些非常规的仪器装置,增强了实验效果的感观性,使学生极易观察和感受到固体物质溶解的实验过程,而且实验操作简便、安全、可反复用。教具作品中还设计了简易装置,适用于学生分组实验,可以使学生更真实地接触实验操作。实验中应用了物理中的浮力知识点,做到学科之间的相互关联与结合应用。
作为一名化学实验教师,王庆兰老师参加了一些化学实验用书的编写,并多次在北京市和全国的自制教具评比活动中获奖,在第八届全国优秀自制教具展评活动中还获得了“全国自制教具能手”称号。谈起对从事自制教具工作的经验和体会,她说:“设计教具要从实际出发,遵循教材中的知识要点,还要结合一些其他科学知识和技术的应用。设计时一定要严谨,避免科学性错误,还要改繁为简,切忌越做越繁杂,操作起来要安全、简便。”