晶体和非晶体怎么确定熔点?晶体有确定的熔点(1)

昨天记录了关于“晶体具有确定的熔点”课堂教学情况及其反思情况,通过思考得出结论:不管是晶体,还是非晶体,在熔化实验过程均很难看到“温度不变”这样的实验现象。诚然,对于非晶体熔化实验看不到“温度不变”实验现象,这是无需多言的;对于晶体熔化实验,看到“温度不变”实验现象,会很难吗?

由“晶体有确定的熔点”想到的……(一)|教研分享系列287

十多年前,号主也教了一年初中,但并没有做晶体熔化实验。据我了解,很多学校都不开这个实验的。一个非常钟情于物理实验的教师同仁,也坦诚说到:只要涉及到酒精灯的实验,他都不开分组实验,原因是现在学生很调皮,就怕出实验教学安全事故。

为了不出教学安全事故,一切有安全“隐患”的教学活动都停止,这是当今学校的普遍性做法。

一线教师和学校采取如此保守做法,号主认为是值得上上下下反思的,绝不能把板子仅仅打在教师和学校身上。当然,所谓的反思,就是要在各个层面各个方面压实责任,既要认真履职,又不得在出现安全事故时“随意”无责惩戒,甚至无责极限惩戒。

据了解,晶体熔化实验是初中物理中的一个重要实验,在中考试卷中出现的可能性很大。负责任的教师,一般都会通过播放实验视频的形式完成这一实验教学。然而,这样的实验教学,到底能不能达成“科学探究”教学目标呢?能够在考试中拿分,甚至拿满分的学生,一定具备较高水平的“科学探究”关键能力了吗?对晶体熔化实验过程一定具有了本质性理解吗?对此,号主持非常不乐观的偏见看法。

一位朋友看到号主咨询“晶体熔化实验过程的注意事项”问题,非常热情地给予了号主有关信息。

晶体和非晶体怎么确定熔点?晶体有确定的熔点(2)

另外,号主也从网络上搜索了有关资讯,基本与热心同仁上面信息是一致的。至此,几乎可以得出结论,通过各种办法,就晶体熔化过程做到均匀缓慢加热,实现固液均匀共存,还是能够成功完成实验的——呈现“温度不变”实验现象,即得出“晶体具有确定熔点”实验结论的。

然而,仅仅呈现了“温度不变”实验现象,就得到“晶体具有确定的熔点”这样的实验结论,这是一个严密的完整的科学探究教学活动吗?答案当然是否定的。

当然,从教学具有阶段性、学习遵循进阶性的基本教学原理来看,在初中物理中,通过教师有效的教学手段(例如实验视频、教师演示等等),能够让学生初步了解晶体熔化实验中的注意事项(例如均匀缓慢加热、确保固液均匀共存等)、知道实验步骤、观察实验现象、获悉实验数据处理方法,并获知“晶体熔化具有确定熔点而非晶体没有”科学结论,这已经足够了。

到了高中,学习了分子动理论及晶体与非晶体的微观结构特点后,则可以引导学生解释“晶体熔化具有确定的熔点而非晶体没有”这样的实验现象了。

基于熔化实验实际情况的讨论,号主认为建构理想化的熔化实验过程模型,即熔化之理想实验(即基于科学推理的思维实验)是非常有必要的。

在固体熔化中,通过缓慢均匀加热,克服分子引力做功,即破坏分子结构,使得分子能够自由流动起来,这个过程相当于增加了分子势能。因为是缓慢均匀加热,在熔化过程中,固液均匀共存状态下,被加热系统中各个部位均达到相同的温度,即分子动能都是一样的,而且几乎等于即将突破平衡位置的极限能量状态。另外,有一些分子如果分子动能不同于前述分子动能值,若较小,则从燃烧物中获得能量能够立即达到同样的值(当然,从其它分子动能较大者中获得能量也无不可),若较大,则与固态分子发生非弹性碰撞,把多于的分子动能转化为分子势能,得以突破固体分子引力束缚,使得该分子最终流动起来。如果能够呈现这样的理想化实验过程,那么就能很好地呈现“温度不变”实验现象。

相比较而言,由于晶体具有规则的空间点阵结构,通过改进和优化实际实验条件,其熔化实验过程与前述理想实验相近,而且这个“不变温度”也正是确定的熔点。相反,由于非晶体不具有规则的分子结构,通过改进和优化实验条件,其熔化实验过程也与理想实验相距甚远,即使巧合实现了,这个“不变温度”也是一个随机值。

总之,从理论上而言,晶体具有确定熔化热和熔点,非晶体没有确定的熔化热和熔点;从实验上而言,通过改进和优化实验条件,晶体熔化实验是能够呈现并复现固定熔点实验现象的;而非晶体熔化实验难以呈现、更不可能复现“固定温度”的实验现象。

昨天,号主思考得到三个结论,事实上是从逻辑推理视角论证熔化实验可能的复杂情况及理想情况。这些思考结论与实际实验具有一致性,而且这些思考结论与教材结论并不存在矛盾对立性,相反具有辩证统一性。

通过这一课题的思考与讨论,说明实际教学具有较大的自我创造空间。当然,这个所谓的“创造”,不是指伟大的科学发现,而是指对于科学结论给出具有自我独立思考的科学解释。

公众号推文发布后,能够得到同仁朋友之间的真诚探讨交流,这是号主的莫大荣幸!非常感谢徐老师参与讨论交流!

晶体和非晶体怎么确定熔点?晶体有确定的熔点(3)

值得指出,物理实验不仅仅呈现惊奇的实验现象,也不仅仅训练实验器材的使用,更重要的是做到有目的的做实验。总之,物理实验,不仅仅要强调操作性,更重要的要重视思维性。

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