《用油膜法估測分子的大小》實(shí)驗教學(xué)反思

　　對于物質(zhì)分子大小的測量，利用現代技術(shù)，像離子顯微鏡或掃描隧道顯微鏡已經(jīng)能觀(guān)察到物質(zhì)表面的分子。但是，這畢竟離中學(xué)物理太遠，高中物理課本中新設置的“用油膜法估測分子的大小”學(xué)生分組實(shí)驗，設計思想十分巧妙，它用宏觀(guān)量的測量來(lái)估測微觀(guān)量的數值，不僅彌補了這一遺憾，而且有利于學(xué)生的科學(xué)思維方法的培養；有利于學(xué)生深化對微觀(guān)世界的認識，提高學(xué)生的實(shí)驗技能、技巧，有利于學(xué)生的良好素質(zhì)的培養。因此，應該充分利用這一教學(xué)資源，引導學(xué)生大膽猜想，提出各種假設、理清實(shí)驗的設計思想，把握住關(guān)鍵步驟進(jìn)行實(shí)驗探究，收集實(shí)驗數據，得出實(shí)驗結論。讓學(xué)生在學(xué)習物理知識與技能的同時(shí)，提高科學(xué)探究的能力。下面是我在“用油膜法估測分子的大小”學(xué)生分組實(shí)驗教學(xué)中的幾點(diǎn)做法和體會(huì )。

　　首先，要創(chuàng )設物理情景，弄清楚學(xué)生實(shí)驗的設計思想。油膜法估測分子大小的實(shí)驗在于它的巧妙構思，但分子畢竟太渺小，顯得很抽象，我首先引導學(xué)生在宏觀(guān)世界建立微觀(guān)物理模型，讓他們提出各種假設、類(lèi)比，有一同學(xué)提出的“把一筐的乒乓球倒入水中，在水面上散開(kāi)形成的圖形模擬油酸在水面形成的油膜”，得到同學(xué)的認可。這樣的猜想來(lái)自學(xué)生的生活經(jīng)驗，我從不追求其嚴密的邏輯性，及時(shí)地給予肯定。

　　這時(shí)，我看時(shí)機成熟，便把從網(wǎng)上下載的如圖所示的課件，展示給同學(xué)看。實(shí)際上油酸的化學(xué)分子式是C17H33COOH，它的一個(gè)分子可以設想為兩部分組成：一部分是C17H33，它不受水的吸引；另一部分是COOH，它對水有很強的親合力。經(jīng)過(guò)酒精稀釋的油酸滴在水面上形成近似圓形的.油膜，酒精溶于水并揮發(fā)后，在水面上形成一層單分子純油酸層，其中C17H33冒出水面，而COOH部分在水中。估算油酸分子的最大長(cháng)度只需求出這層油膜的厚度即可。最后再展示我國科學(xué)家用掃描隧道顯微鏡拍攝的石墨表面原子結構排布圖的照片。這樣，學(xué)生建立起來(lái)的物質(zhì)分子的物理模型具體又形象。

　　這一實(shí)驗的另一巧妙構思，是利用酒精稀釋油酸，將其配制成1：200的油酸溶液，降低了單位體積內的油酸分子含量，再取其中一滴，兩次縮小，減少了油酸的含量，使一滴油酸形成的薄膜面積減小到幾百平方厘米，達到中學(xué)實(shí)驗室可測水平。最終把微觀(guān)量與宏觀(guān)量聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現了通過(guò)測定宏觀(guān)量來(lái)估測微觀(guān)量的目的。這部分內容教學(xué)中以講授為主，學(xué)生還能接受，但在課堂練習中，要求計算出一滴酒精油酸溶液中油酸的體積，正確率僅為62.6%，這一方面是因為學(xué)生的運算能力比較差，另一方面也暴露了以講授為主的課堂教學(xué)存在著(zhù)弊病。

　　其次，要獨立進(jìn)行實(shí)驗操作，實(shí)施實(shí)驗方案。理清了實(shí)驗的設計思想，提高了認識，并不意味著(zhù)實(shí)驗一定能成功，操作中還需注意一系列問(wèn)題，否則還是不能很好地完成分組實(shí)驗的教學(xué)。油膜法估測分子大小的實(shí)驗，在培養學(xué)生觀(guān)察能力、操作能力上很有特色。

　　實(shí)驗中，用注射器吸入適量配制成1：200的酒精油酸溶液，向量筒中滴n滴酒精油酸溶液為1ml,以求出一滴酒精油酸溶液的體積。這一步驟，一方面針筒要緩慢推動(dòng)，掌握好力度，另一方面又要細心計數滴數。但實(shí)際操作中，“緩慢”二字對部分同學(xué)來(lái)說(shuō)實(shí)在太難，要么推不動(dòng)，要么用力太大，液滴成串流出,我在一旁靜靜地看著(zhù)，決不在他們面前做示范，心想真要讓他們好好動(dòng)一動(dòng)手。果然，幾個(gè)來(lái)回，動(dòng)作要領(lǐng)已被同學(xué)們掌握。

　　這一實(shí)驗的另一步驟是：用邊長(cháng)約為30－40cm的淺盤(pán)倒入約2cm深的水。待盆中水靜止后。再小心彈撒爽身粉粉末，我細心地觀(guān)察同學(xué)們彈撒粉末是否均勻，厚薄是否適宜�？粗�(zhù)他們使用注射器吸入酒精油酸溶液，然后小心翼翼地控制力度僅使一滴油酸滴入粉末中心處。然而，滴入酒精油酸溶液后形成油酸薄膜的形狀出現了異常情況，油酸薄膜的形狀呈放射星狀，一直裂開(kāi)到盤(pán)子的邊緣，一組、兩組，怎么會(huì )連續這么多組出現同一狀況呢？由于我準備實(shí)驗非常的順利，面對這一突發(fā)事件，我不知所措，但很快我就冷靜下來(lái)，“同學(xué)們，咱們來(lái)分析一下出現這一狀況的原因？”聽(tīng)到我的提議，全班先是靜默，一會(huì )兒就議論開(kāi)了，“窗戶(hù)沒(méi)有關(guān)掉，風(fēng)會(huì )擾動(dòng)油膜穩定�！睂�(shí)驗前，我提醒關(guān)掉電扇，創(chuàng )造一個(gè)風(fēng)定水靜的環(huán)境。但從窗戶(hù)吹進(jìn)的風(fēng)，確實(shí)沒(méi)有考慮到。這一建議，立即被大家采納，一扇扇的窗戶(hù)馬上關(guān)掉�！袄蠋�，剛才撒放爽身粉時(shí)，我發(fā)現爽身粉結成塊，會(huì )不會(huì )是變質(zhì)了？”“粉層過(guò)厚、不均勻，可能也會(huì )造成影響？”同學(xué)們你一言我一語(yǔ)議論開(kāi)了，作為后勤部長(cháng)的我，只好更換爽身粉，并吩咐實(shí)驗時(shí)爽身粉要輕輕地均勻地撒放，粉層不可過(guò)厚，并鼓勵他們從頭再來(lái)。這時(shí)我也意識到造成實(shí)驗失敗的主要原因應該是撒放爽身粉的粉層過(guò)厚、且不均勻。

　　重做實(shí)驗時(shí)，盤(pán)的邊緣倒出水后所殘留的油酸，會(huì )在水面上形成很薄的油酸層，影響油滴的擴散效果。因此，我要求學(xué)生先用脫脂棉醮少量酒精擦干凈，再用清水沖洗，以保持盤(pán)子的清潔。這一細節的和盤(pán)托出，是為了確保實(shí)驗的順利進(jìn)行。

　　新一輪的實(shí)驗又開(kāi)始了，看著(zhù)同學(xué)往淺盤(pán)中注入清水，耐心等待水面平靜，再在盤(pán)中央灑上爽身粉，片刻之后，爽身粉在水面上即擴散為均勻的爽身粉薄層，當一同學(xué)小心地將注射器中的酒精油酸溶液滴入粉末中心時(shí)，我屏住呼吸觀(guān)察，油酸薄膜的液面擴散又收縮到穩定，在水面上形成近似圓形的油膜�？�，他們成功了！另一同學(xué)迅速將有機玻璃板輕輕蓋到淺盤(pán)上，小心地用水彩筆在板上描繪出油酸薄膜的輪廓圖�？粗�(zhù)這來(lái)之不易的“研究成果”，同學(xué)們成功的喜悅，溢于言表。

　　說(shuō)明一下，新一輪實(shí)驗的一個(gè)細節，爽身粉灑在盤(pán)中央，會(huì )在水面上擴散為均勻的薄層，也是一同學(xué)的“經(jīng)驗”之談，并在全班推廣的。其中道理我也是課后才弄清楚，主要由兩種因素造成：第一，水的表面張力系數大于油酸；第二，粉粒之間的相互排斥。另外，由于前次實(shí)驗中油酸的殘留，會(huì )在水面上形成很薄的油酸層，若將粉散在水面上，而不是前面所述加在水面中央讓其擴散，則整個(gè)粉層上會(huì )有殘留油酸間隙，影響了后來(lái)實(shí)驗中的油滴擴散效果。

　　最后一點(diǎn)，要注意對學(xué)生科學(xué)態(tài)度的熏陶，培養學(xué)生的科學(xué)素養。在油膜法估測分子大小實(shí)驗中，最后為收集數據，得出結論的階段，即把有機玻璃板蓋在坐標紙上，求出油酸薄膜的面積S。根據計算出一滴酒精油酸溶液中油酸的體積V，再算出油酸薄膜厚度L＝V/S,為油酸分子的大小。這里的每一步，都不可避免存在著(zhù)實(shí)驗誤差。我嚴格要求學(xué)生，實(shí)事求是，忠于實(shí)驗數據；尊重客觀(guān)事實(shí)，避免主觀(guān)臆斷。

　　經(jīng)過(guò)不懈地努力，絕大部分學(xué)生都較好地完成了這一實(shí)驗，得出了正確結論�？粗�(zhù)他們汗流浹背的身影，我想，此實(shí)驗定會(huì )讓他們回味長(cháng)久，從內心感受成功的快樂(lè )，從而培養不屈不撓、求真務(wù)實(shí)的科學(xué)探究精神。

　　盡管“用油膜法估測分子的大小”學(xué)生分組實(shí)驗教學(xué)已經(jīng)過(guò)去幾天了，實(shí)驗中出現的許多問(wèn)題，具有挑戰性，我通過(guò)上網(wǎng)查資料，做實(shí)驗，又弄清楚了好幾個(gè)細節上的問(wèn)題，比如：“當針頭*水面很近，油酸未滴下時(shí)，會(huì )發(fā)現針尖下方的粉層已被排開(kāi)，是由于針頭中酒精揮發(fā)所致”“油酸滴下之前，用嘴輕輕把粉層吹開(kāi)，再滴油酸，油滴擴散效果比較好”等等�？磥�(lái)，被這一探究實(shí)驗深深吸引的不僅僅是學(xué)生，還有我自己教學(xué)反思《《用油膜法估測分子的大小》實(shí)驗有感》一文版權歸作者所有,轉載請注明出處!