蔡麗

摘要：蘇科版初中物理教材中的碘錘實(shí)驗(yàn)，通過對比碘在常溫下和放入熱水中的不同現(xiàn)象，來分析碘升華的條件。由于初二的學(xué)生并沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一明確的觀念，對他們來說，從“溫度高”到“吸熱”是存在理解進(jìn)階的。對此，嘗試設(shè)計(jì)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，通過分析猜想開展科學(xué)論證，定性定量結(jié)合進(jìn)行科學(xué)推理，并鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：碘錘實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)改進(jìn) 《升華和凝華》

蘇科版初中物理八年級上冊《升華和凝華》一課教學(xué)時(shí)，通常會做這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：如圖1，把碘錘放入熱水中，發(fā)生升華現(xiàn)象;再把碘錘從熱水中取出，發(fā)生凝華現(xiàn)象。教師一般會通過升華和凝華現(xiàn)象的對比，引導(dǎo)學(xué)生猜想出升華、凝華的條件：物質(zhì)升華需要吸熱，凝華則會放熱。

由于初二的學(xué)生并沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一明確的觀念（初三才會學(xué)到），他們做完碘錘實(shí)驗(yàn)后的第一反應(yīng)很有可能是，碘升華需要一個(gè)相對較高的溫度環(huán)境。當(dāng)然，教學(xué)時(shí)，可能因?yàn)橛衅?、熔化吸熱等舊知的鋪墊，學(xué)生在接受“升華吸熱”時(shí)并沒有異議。能不能用實(shí)驗(yàn)來證明物質(zhì)升華確實(shí)是吸熱的，以助力學(xué)生實(shí)現(xiàn)從“溫度高”到“吸熱”的理解進(jìn)階？為此，我設(shè)計(jì)了一個(gè)補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

（一）實(shí)驗(yàn)器材

鐵架臺、帶塞圓底燒瓶（兩個(gè)）、帶有測溫探頭的數(shù)顯溫度計(jì)（精度±0.1℃）、碘顆粒、透明水槽、熱水、保鮮膜等。

（二）實(shí)驗(yàn)方案A

1.如圖2，取兩個(gè)相同的圓底燒瓶，將數(shù)顯溫度計(jì)的測溫探頭放入瓶中的相同位置（測溫探頭由瓶口處的帶孔膠塞插入，不與瓶壁接觸）。此時(shí)，瓶內(nèi)初始溫度是相同的。

2.取適量碘顆粒碾碎，倒入其中一個(gè)燒瓶（右瓶）中，插上膠塞;在兩個(gè)燒瓶外部的透明水槽中倒入熱水（注意不能直接倒在燒瓶上）。熱水浴相當(dāng)于同時(shí)對兩個(gè)燒瓶加熱，瓶內(nèi)的溫度均會上升。

觀察發(fā)現(xiàn)，加入碘顆粒的右瓶中溫度計(jì)的示數(shù)小一些（如圖3），即升溫慢一些，而且溫度差異很快出現(xiàn)，加入熱水后兩三秒就能看到。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，右瓶中出現(xiàn)了紫色碘蒸氣，而且越來越多。

教師提問：為什么加入碘顆粒的燒瓶中的溫度計(jì)示數(shù)小，即升溫慢？

預(yù)設(shè)學(xué)生回答：因?yàn)榈忸w粒升華時(shí)需要吸熱，既要從熱水中吸熱，也要從燒瓶內(nèi)的空氣中吸熱，所以右瓶中測溫探頭處的溫度低于左瓶。

（三）實(shí)驗(yàn)方案B

實(shí)驗(yàn)方案A中，由于左瓶中沒有碘顆粒，而右瓶中有，所以學(xué)生可能會有疑惑：是不是碘這種物質(zhì)本身吸熱？于是，我又補(bǔ)充設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案B：稱取兩份等量的碘顆粒，將其中一份包裹在保鮮膜中，再投入左瓶中，將另一份直接倒入右瓶中，然后重復(fù)實(shí)驗(yàn)方案A中的步驟。

觀察發(fā)現(xiàn)，初始溫度相同的兩個(gè)燒瓶（如圖4）在水浴法加熱后，加入包裹保鮮膜的碘顆粒的左瓶中沒有發(fā)生明顯的升華現(xiàn)象，而直接加入碘顆粒的右瓶中出現(xiàn)大量紫色碘蒸氣。同樣發(fā)現(xiàn)，發(fā)生升華的右瓶中升溫較慢，而沒有發(fā)生升華的左瓶中升溫較快（如圖5）。說明兩個(gè)燒瓶溫度差的產(chǎn)生主要是由于碘升華吸熱。

實(shí)際教學(xué)中，為了避免實(shí)驗(yàn)操作步驟復(fù)雜干擾學(xué)生對教學(xué)重點(diǎn)的把握，教師可以根據(jù)學(xué)情選擇實(shí)驗(yàn)方案A或?qū)嶒?yàn)方案B進(jìn)行演示。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)方案B更嚴(yán)謹(jǐn)一些。在學(xué)生水平較高時(shí)，也可以在課后引導(dǎo)他們對實(shí)驗(yàn)方案A提出類似實(shí)驗(yàn)方案B的改進(jìn)。

二、總結(jié)與反思

本實(shí)驗(yàn)作為碘錘實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，以觀察為基礎(chǔ)，通過教師演示、學(xué)生觀察思考，訓(xùn)練學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)，結(jié)合已有知識，分析物理過程及原理的思維方法。通過師生合作建立升華概念以及升華條件，讓學(xué)生豁然開朗，激發(fā)學(xué)習(xí)物理的興趣，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

（一）通過分析猜想開展科學(xué)論證

科學(xué)論證，就是把已有的資料數(shù)據(jù)和假設(shè)聯(lián)系起來，分析實(shí)驗(yàn)事實(shí)與猜想之間存在的關(guān)系。通過分析實(shí)驗(yàn)事實(shí)論證猜想正確與否，從而得出結(jié)論，這就是一種科學(xué)論證的過程。

大多數(shù)學(xué)生脫口而出“碘升華需要吸熱”，很可能是因?yàn)榻處煹闹赶蛐砸龑?dǎo)——“大家覺得碘升華需要吸熱還是放熱”。對于選擇式的提問，學(xué)生容易選出正確答案，但也極有可能忽略科學(xué)論證的思維過程，直接趨向教師和教材期望的答案。所謂“知其然，而不知其所以然”，科學(xué)論證在這里是缺席的。

所以，在學(xué)生分組完成碘錘實(shí)驗(yàn)之后，教師可以提問：“碘升華時(shí)真的在從周圍吸熱嗎？能不能用實(shí)驗(yàn)來證明呢？”繼而補(bǔ)充演示實(shí)驗(yàn)方案A或?qū)嶒?yàn)方案B，鼓勵(lì)學(xué)生對猜想的結(jié)論進(jìn)行科學(xué)論證。即使學(xué)生無法自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，教師也要培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)論證的意識。

（二）定性定量結(jié)合進(jìn)行科學(xué)推理

基于物理核心素養(yǎng)培養(yǎng)的視角，學(xué)生應(yīng)能運(yùn)用科學(xué)思維方法，從定性和定量兩個(gè)方面對相關(guān)問題進(jìn)行科學(xué)推理，找出規(guī)律，形成結(jié)論。

通過碘錘實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以定性地推理出碘升華需要吸熱。而補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生直觀地觀察到，碘升華時(shí)需要從周圍（包括瓶內(nèi)氣體中）吸收熱量，所以發(fā)生碘升華的燒瓶內(nèi)氣體升溫較慢。使用數(shù)顯溫度計(jì)，使得瓶內(nèi)氣體溫度的變化更加直觀可測，幫助學(xué)生從定性和定量兩個(gè)方面進(jìn)行科學(xué)推理，得出結(jié)論。

（三）鼓勵(lì)質(zhì)疑創(chuàng)新

沒有“熱傳遞過程中總是伴隨著吸、放熱”這一知識的支撐，很多初二學(xué)生會認(rèn)為碘升華的條件是“溫度高”。在物理教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生質(zhì)疑。如：碘升華時(shí)有可能只是需要一個(gè)較高的溫度環(huán)境嗎？一定是在吸熱嗎？然后，教師可以將補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)加以演示，加深學(xué)生對“升華吸熱”的認(rèn)識。

在實(shí)驗(yàn)交流、評價(jià)階段，教師也要鼓勵(lì)學(xué)生嘗試通過實(shí)驗(yàn)改進(jìn)去解決疑問，從而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維品質(zhì)。如：實(shí)驗(yàn)方案A是否存在問題？實(shí)驗(yàn)方案B與實(shí)驗(yàn)方案A相比，優(yōu)點(diǎn)在哪里？當(dāng)然，為了不影響本節(jié)課主要內(nèi)容的教學(xué)，對于實(shí)驗(yàn)的反思和改進(jìn)討論也可以放在課后。