研究型课程中典型课题的指导过程

研究型课程中典型课题的指导过程

澄衷高级中学李瑾学生课题名称：《将酒精灯改造为酒精喷灯的实验尝试》

一、课题的确立

酒精灯是高中化学实验中使用频率很高的加热器材，它具有使用方便，能源清洁的特点。可是由于酒精灯的火焰温度只有400-500℃，对于某些需要较高温度的反应（如煤的干馏）就无法完成；甚至对于加热玻璃弯管和制作滴管等简单操作，也因为温度不够而无法实现。我校的化学实验室里虽配备有煤气灯和酒精喷灯，但是这两种加热器材在使用时都具有一定的危险性，所以，研究小组的同学就想，能否通过简单的设计改造，使得酒精灯的火焰温度能够提升至接近酒精喷灯的1000℃。

二、指导学生查阅资料

在明确了研究的方向之后，我带领学生从以下几个方面开展资料的查找。首先，得从酒精灯和酒精喷灯的构造差异和工作原理上，找出导致二者火焰温度不同的原因。第二，关于这个实验改造是否可行，我们得了解是否有曾经有人做过尝试，能否获得一些间接的经验作为参考。学生们通过网络搜索和查阅相关资料，找出了二者的构造区别，并提出，要想实现酒精灯的温度提高，就必须将酒精雾化，使之与空气的燃烧过程中，增大接触面积，从而提升火焰温度。在酒精点燃前增加雾化装置，如何安全地使之雾化燃烧，以及火焰的温度测量方法成了解决问题的关键。

三、实验方法的确立

学生们通过头脑风暴，想出了很多的点子，可惜在可操作性和安全性方面都不能令人满意。最后，我们决定尝试一下前人给出的建议：在酒精灯的棉芯上方，加装一个铜网，铜网的下部浸在酒精灯下部的酒精里，使得火焰的热量传导下去，让更多的酒精受热后变成蒸汽挥发上来。编织铜网的材料，学生选择了粗细不同的铜丝，分别编了一粗一细两个铜网，罩在灯头上后，其余部分弯下去，深入酒精灯内的液面下方。测量火焰温度，我们遇到了设备上的问题。没有数字传感测温装置，学生起初想用某种有固定熔点的物质（如金属）来作为外焰温度的标杆。后来考虑到现有的金属都是纯度不高的合金，熔点比纯金属要低一些。所以，我们采用了对比实验的方法，即用普通酒精灯和改装酒精灯，分别加热小烧杯中一定量的水，测算水到达沸腾状态的用时，来比较火焰温度是否有明显的提高。

四、实验报告的设计

本次实验报告内容包括：实验目的、所需物品和药材、实验步骤、现象和数据记录（对比的条件）、数据分析及结论。学生之前很少独立为某个特定的实验制作实验报告，这次对他们来说这是个严谨正规的过程。

五、实验现象的预测与实际情况对比

学生预想，改装过的酒精灯，加热等量水使之沸腾的时间应该明显短于普通酒精灯。

可是在实验操作过程中，还是看到了预料外的现象。首先，加装铜网后，所需的时间反而更长；学生在调整铜网高度时发现，铜网加高，铜丝在受热过程中变黑，表面生成了氧化铜；将铜网降低贴近棉芯，铜网居然在加热过程中始终保持红亮状态，没有出现被氧化的现象。可惜，不论怎么调整，都无法使火焰的温度得到大幅提升，结果正好相反。学生的情绪有点受影响，都认为实验失败了，而且现象无法解释。

六、分析及释疑

见到这样的情况，我首先从心理上帮助学生们走出失落的阴影。实验中无法得到预想的结果，是科学实验中很常见的现象，很多研究都是要经历很多次失败的实验才会成功的。起码这一次的失败可以证明，用铜网的方法并不可行，这也是一种收获。我建议学生，不妨从这次的实验中寻找失败的原因，为今后的再次实验积累经验。学生有了新的研究方向后，很快又充满了动力，他们很想要解决两个问题：1、为什么加了铜丝后，将水煮沸的时间更长了，火焰的温度不升反降的原因在哪里？2、铜丝为何会在不同的高度出现被氧化和不被氧化两种现象？

鉴于高一学生的化学基础知识有限，我提供了两个方向供学生去查找资料。问题一请他们自学高一化学教材第四章中关于化学反应中的能量变化一节。学生查阅后很快联想到是不是铜丝被氧化的反应是一个吸热反应，所以会导致火焰温度的降低。随后，他们查阅了有关反应的热效应，得到了证明。问题二其实是高二化学中一个重要的有机反应，乙醇在热铜丝的催化作用下被氧化为乙醛的反应。学生查阅教科书和相关资料后，终于明白了铜丝为何保持红亮的原因。

七、小结与体会

在本次研究中，学生们学会了查阅搜集资料、设计实验、基本实验操作等研究型学习中基本的方法，体验了从提出问题到尝试解决、遇到挫折、突破瓶颈等研究过程中常见的几个过程。虽然从最后的结果来看，没能如愿完成一开始对酒精灯改造的设想，但是在过程中，他们觉得能够在遇到困难时找到原因，并且能够通过学习相关知识证实原因，这已经是很大的收获了。而且，通过本次课题的研究，学生对于化学学科的基础知识和实验技能有了更多的了解，对于学习化学也有了更深的兴趣。我想，这可以算是一次有收获的研究型学习过程。

2012.9.11