《用油膜法估測分子的大小》實驗教學反思
對于物質(zhì)分子大小的測量，利用現(xiàn)代技術，像離子顯微鏡或掃描隧道顯微鏡已經(jīng)能觀察到物質(zhì)表面的分子。但是，這畢竟離中學物理太遠，高中物理課本中新設置的“用油膜法估測分子的大小”學生分組實驗，設計思想十分巧妙，它用宏觀量的測量來估測微觀量的數(shù)值，不僅彌補了這一遺憾，而且有利于學生的科學思維方法的培養(yǎng)；有利于學生深化對微觀世界的認識，提高學生的實驗技能、技巧，有利于學生的良好素質(zhì)的培養(yǎng)。因此，應該充分利用這一教學資源，引導學生大膽猜想，提出各種假設、理清實驗的設計思想，把握住關鍵步驟進行實驗探究，收集實驗數(shù)據(jù)，得出實驗結論。讓學生在學習物理知識與技能的同時，提高科學探究的能力。下面是我在“用油膜法估測分子的大小”學生分組實驗教學中的幾點做法和體會。
首先，要創(chuàng)設物理情景，弄清楚學生實驗的設計思想。油膜法估測分子大小的實驗在于它的巧妙構思，但分子畢竟太渺小，顯得很抽象，我首先引導學生在宏觀世界建立微觀物理模型，讓他們提出各種假設、類比，有一同學提出的“把一筐的乒乓球倒入水中，在水面上散開形成的圖形模擬油酸在水面形成的油膜”，得到同學的認可。這樣的猜想來自學生的生活經(jīng)驗，我從不追求其嚴密的邏輯性，及時地給予肯定。
這時，我看時機成熟，便把從網(wǎng)上下載的如圖所示的課件，展示給同學看。實際上油酸的化學分子式是C17H33COOH，它的一個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度只需求出這層油膜的厚度即可。最后再展示我國科學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，學生建立起來的物質(zhì)分子的物理模型具體又形象。
這一實驗的另一巧妙構思，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(nèi)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，達到中學實驗室可測水平。最終把微觀量與宏觀量聯(lián)系起來，實現(xiàn)了通過測定宏觀量來估測微觀量的目的。這部分內(nèi)容教學中以講授為主，學生還能接受，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存在著弊病。
其次，要獨立進行實驗操作，實施實驗方案。理清了實驗的設計思想，提高了認識，并不意味著實驗一定能成功，操作中還需注意一系列問題，否則還是不能很好地完成分組實驗的教學。油膜法估測分子大小的實驗，在培養(yǎng)學生觀察能力、操作能力上很有特色。
實驗中，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，掌握好力度，另一方面又要細心計數(shù)滴數(shù)。但實際操作中，“緩慢”二字對部分同學來說實在太難，要么推不動，要么用力太大，液滴成串流出,我在一旁靜靜地看著，決不在他們面前做示范，心想真要讓他們好好動一動手。果然，幾個來回，動作要領已被同學們掌握。
這一實驗的另一步驟是：用邊長約為30－40cm的淺盤倒入約2cm深的水。待盆中水靜止后。再小心彈撒爽身粉粉末，我細心地觀察同學們彈撒粉末是否均勻，厚薄是否適宜。看著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(xiàn)了異常情況，油酸薄膜的形狀呈放射星狀，一直裂開到盤子的邊緣，一組、兩組，怎么會連續(xù)這么多組出現(xiàn)同一狀況呢？由于我準備實驗非常的順利，面對這一突發(fā)事件，我不知所措，但很快我就冷靜下來，“同學們，咱們來分析一下出現(xiàn)這一狀況的原因？”聽到我的提議，全班先是靜默，一會兒就議論開了，“窗戶沒有關掉，風會擾動油膜穩(wěn)定。”實驗前，我提醒關掉電扇，創(chuàng)造一個風定水靜的環(huán)境。但從窗戶吹進的風，確實沒有考慮到。這一建議，立即被大家采納，一扇扇的窗戶馬上關掉。“老師，剛才撒放爽身粉時，我發(fā)現(xiàn)爽身粉結成塊，會不會是變質(zhì)了？”“粉層過厚、不均勻，可能也會造成影響？”同學們你一言我一語議論開了，作為后勤部長的我，只好更換爽身粉，并吩咐實驗時爽身粉要輕輕地均勻地撒放，粉層不可過厚，并鼓勵他們從頭再來。這時我也意識到造成實驗失敗的主要原因應該是撒放爽身粉的粉層過厚、且不均勻。
重做實驗時，盤的邊緣倒出水后所殘留的油酸，會在水面上形成很薄的油酸層，影響油滴的擴散效果。因此，我要求學生先用脫脂棉醮少量酒精擦干凈，再用清水沖洗，以保持盤子的清潔。這一細節(jié)的和盤托出，是為了確保實驗的順利進行。
新一輪的實驗又開始了，看著同學往淺盤中注入清水，耐心等待水面平靜，再在盤中央灑上爽身粉，片刻之后，爽身粉在水面上即擴散為均勻的爽身粉薄層，當一同學小心地將注射器中的酒精油酸溶液滴入粉末中心時，我屏住呼吸觀察，油酸薄膜的液面擴散又收縮到穩(wěn)定，在水面上形成近似圓形的油膜。看，他們成功了！另一同學迅速將有機玻璃板輕輕蓋到淺盤上，小心地用水彩筆在板上描繪出油酸薄膜的輪廓圖。看著這來之不易的“研究成果”，同學們成功的喜悅，溢于言表。
說明一下，新一輪實驗的一個細節(jié)，爽身粉灑在盤中央，會在水面上擴散為均勻的薄層，也是一同學的“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(shù)大于油酸；第二，粉粒之間的相互排斥。另外，由于前次實驗中油酸的殘留，會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，則整個粉層上會有殘留油酸間隙，影響了后來實驗中的油滴擴散效果。
最后一點，要注意對學生科學態(tài)度的熏陶，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。在油膜法估測分子大小實驗中，最后為收集數(shù)據(jù)，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(jù)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，都不可避免存在著實驗誤差。我嚴格要求學生，實事求是，忠于實驗數(shù)據(jù)；尊重客觀事實，避免主觀臆斷。
經(jīng)過不懈地努力，絕大部分學生都較好地完成了這一實驗，得出了正確結論。看著他們汗流浹背的身影，我想，此實驗定會讓他們回味長久，從內(nèi)心感受成功的快樂，從而培養(yǎng)不屈不撓、求真務實的科學探究精神。
盡管“用油膜法估測分子的大小”學生分組實驗教學已經(jīng)過去幾天了，實驗中出現(xiàn)的許多問題，具有挑戰(zhàn)性，我通過上網(wǎng)查資料，做實驗，又弄清楚了好幾個細節(jié)上的問題，比如：“當針頭*水面很近，油酸未滴下時，會發(fā)現(xiàn)針尖下方的粉層已被排開，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，再滴油酸，油滴擴散效果比較好”等等。看來，被這一探究實驗深深吸引的不僅僅是學生，還有我自己教學反思《《用油膜法估測分子的大小》實驗有感》一文版權歸作者所有,轉(zhuǎn)載請注明出處!