探究海波的熔化与凝固实验带来的思考

刘华丽

摘要：探究固体熔化时温度的变化规律是人教版物理上册八年级第三章第二节内容，是学生在初中物理课中接触到的第一个相对完整的科学探究活动。做好海波的熔化和凝固实验可以帮助学生对科学探究建立完整的认识，培养科学探究能力。海波熔化实验既是教学的重点，又是难点。本文主要从教材中的实验方法出发，提出实验中所存在的问题及改进的措施，从而提高演示实验的成功率，使学生更加直观地理解知识。

关键词：晶体；非晶体；熔化；凝固；过热；过冷

中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）07-0120

海波的熔化与凝固实验是人教版八年级物理上册第三章第二节中的内容。做好该实验有利于引导学生正确理解“晶体熔化和凝固的过程中虽吸热或放热但温度保持不变”这一实验事实。平时实验教学中，由于教师按照初中教材上的方法进行实验，经常会出现“过热和过冷”的现象，实验无法取得完美成功，这也是目前初中物理教育实验中教学成功率很低的一个典型实验。因此，很多教师都只会选择通过观看教学视频或者按照教师讲物理实验的教学方式完成实验教学，就更加不用说按照初中教参给出的教学建议让学生自己分组进行完成。

一、海波熔化和凝固实验中的常见问题及原因分析

1.海波熔化現象实验时靠近试管壁的海波已经开始熔化，但由于海波内部温度尚未完全到达熔点，熔化现象过程很不明显且难以清晰地看到固液共存，温度始终保持不变的熔化过程，即“过热”现象。如果按照记录出来的这些数据绘制成图像后和非晶体材料（例如石蜡）熔化时温度随时间变化的一样，造成学生不愿意相信教师和教材中说的“固液共存，不断吸热但温度始终保持不变”的实验现象的存在。

2.海波凝固时温度下降很快，大大低于凝固点后又上升到凝固点，即发生“过冷”现象。记录出来的数据绘制成图像会很奇怪，比课本晶体凝固图像多了一个“V”字形。

出现“过热”现象导致这个实验失败的一个主要原因就是教师没有很好地控制大烧杯中水的温度，水温连续上升快，短短的时间内试管壁海波的温度就到达了熔点，然后海波就开始熔化了；而温度计周围的海波内吸收的热量较少且温度还没有达到熔点，所以才会出现试管里的海波一直在熔化，温度计的示数一直升温的现象，在内部温度上升至熔点后，所有晶体几乎全部熔化，因而也就难以很好地观察和看到海波熔化时“固液共存、不断吸热温度始终保持不变”令人惊奇的过程。

出现“过冷”现象的原因有：由于海波纯度太高导致凝固过程无凝结核，或虽有凝结核但由于搅拌不充分导致凝结核未均匀移动等。但是实际教学中由于海波熔化实验成功率很低，很多教师不愿花费时间完成一个实验现象可能与课本结论不一样的操作，所以看不到海波凝固“过冷”现象；即使做了海波熔化实验后做凝固实验时看到了“过冷”现象，但觉得解释给学生更麻烦，就干脆不做实验，而是选择用别人实验成功的视频或者照课本讲。其实做海波凝固实验时，当温度降到50°C左右要不断搅拌，特别是当看到有海波晶体析出时更需要搅拌，直到海波即将全部凝固时再停止。这样才可以让海波避免出现“过冷”现象，从而完美地呈现海波凝固时“固液共存，不断放热温度始终保持不变”的现象。

二、海波熔化实验教学的改进思路及措施

1.控制试管内外温度差解决“过热”现象

控制试管内外温度差的关键是用小火加热，减小海波内部的受热不均问题。在实际教学中，笔者是这样操作的。

首先选两盏酒精灯，一盏火焰大些，一盏火焰要比较小。实验采用水浴法加热，烧杯的水要足够多，便于温度缓慢上升。先用火焰大的酒精灯对烧杯加热，烧杯水温在40°C以下时控制水与海波之间的温差始终在小于5°C的范围内；当水温到45°C时改用火焰小的酒精灯对烧杯加热，此时加热的过程中密切关注水温的变化，当水温到达45°C要对水温严格控制不可超过海波温度的2°C；海波熔化过程要保持烧杯水温在49°C -50°C最好。

2.提高操作性突破学生动手难题

教参中建议将海波进行研磨，实验前先将海波研磨成粉，越细越好，使颗粒完全包裹住温度计的下端，从而使测得的海波的温度更为准确。教师做演示实验可以采用，但是要开展学生分组实验这个工作量就大了，而且让学生会误以为海波本来就是粉末状的。

课本实验装置中海波、温度计、搅拌棒是放在大试管中的，但是在实际操作中会发现，大试管内部空间太小，试管太深了，搅拌棒往往用细铁线代替，搅拌时操作效果不理想，造成海波受热不均匀，很容易出现“过热”情况，导致实验失败。

如果用小烧杯代替大试管可以解决因搅拌难导致受热不均问题。搅拌棒可改用小勺子，实验时可以上下左右翻搅小烧杯中的海波，使其内部温差减小。此时还要用铁线制作一个可以固定小烧杯的三脚架的仪器，确保小烧杯在搅拌时保持稳定。

3.采用数字温度计和投屏技术

实际课堂教学中，顺利完成海波熔化实验大概需要15～20分钟，特别是在等待读取数据时学生参与度通常是很低的，看不见温度计液柱变化，看不清海波熔化状态下的变化，所以建议有条件的学校可以将液体温度计改用数字式温度计，在演示时，只要把温度计探头插入海波中，温度数值就能直接显示在数字屏幕上，同时利用智能手机的视频功能投屏到电子白板上，学生均能清晰看见。另外，教师还可以详细记录本次熔化实验的整个过程，课后可以分析本次熔化实验的成功之处和实验失败了的原因。

物理实验课程的教学目标要求是不断提高和培养学生的物理科学综合素质，提高和培养学生科学综合素养的能力关键在教师。物理教师更应该不断努力，以提高自身的物理实验教学素养。在平时面对物理教学过程中的困难，我们必须充分发挥自身的主观能动性，突破物理教学中的瓶颈才能更上一层楼。笔者经历了二十多年的实验教学，前十多年每次实验教学活动进行到本节课内容，都选择用实验完成，有成功但更多时候是实验失败。从而能充分体验到学习物理这门学科给学生带来的一种经历性和探究性的过程，在实验过程中不断观察、发现、思考、讨论，在每次实验中不断发现惊奇、获得全新知识，体验成功的喜悦。

（作者单位：广西贺州市实验中学542899）