自制三只带“孔”器材，优化实验步骤
——提高《用油膜法估测分子的大小》实验的综合效果
江苏省滨海中学 徐永明 赵翠花
“用油膜法估测分子大小”实验成功的关键：一是如何将痱子粉撒得薄而匀，二是准确滴取一滴油酸酒精溶液，三是油膜形成与描绘油膜轮廓过程中不要扰动油膜。为此笔者自制了三只带“孔”实验器材，有效地提高了分组实验的成功率。
一、三只带“孔”器材介绍
1．“孔”器材之一：顶孔匀撒器
如果痱子粉膜过厚，油膜推不动痱子粉膜，容易形成“爆炸”式的星形或其它不规则形状油膜，不能形成单分子油膜层；如果痱子粉膜过薄，容易造成油膜飘忽不定，分界不清，影响描绘油膜形状；如果痱子粉膜不均匀，可能导致油膜断裂或向水槽一侧靠拢，甚至挤压到水槽边，影响形成单分子油膜层。为确保实验成功，痱子粉膜要像极薄的纱一样薄而匀地覆盖在水面上。教材中没提示怎样撒粉，购买的器材一般提供的都是纱布包，实践证明，用纱布包撒粉，不但难保证粉膜均匀，而且粉尘污染环境，纱包也容易沾水受潮，影响下一组同学实验。
顶孔匀撒器制作：取一个废弃的塑料矿泉水瓶，用缝衣针在瓶盖上从里向外扎二十个左右的小孔，瓶内晒干后装入两药匙的痱子粉，拧紧瓶盖，如图1，图右侧是带孔的瓶盖，制作完毕。使用方法：瓶底向上，瓶盖
离水面3厘米左右，一边轻拍瓶底，一边观察粉膜，直至粉膜
薄而匀为止，使用结束后，用一个干燥的塑料袋装好顶孔匀
撒器，以防沾水受潮。评估：操作简单，便于控制，对环境
图
1 污染小，实验效果好。
2. “孔”器材之二：中孔坐标板
本实验操作程序复杂，步骤多，容易扰动水面。痱子粉膜薄而匀，滴入一滴油酸酒精溶液后，如果水面受扰动，油膜边界就会漂移、变形，不能准确描绘油膜轮廓。受扰动的原因很多，常见的如学生用坐标板覆盖水槽时晃动等。
中孔坐标板制作：取一块实验室提供的有机玻璃透明坐标板，用美工刀在坐标板正中央钻一个直径约为4毫米的小孔，如图2，图右侧是坐标板的中部，制作完毕。使用方法：当用顶孔匀撒器完成撒粉后，轻轻地盖上坐标板，然后同学们不倚靠实验桌，将注射器针尖探到小孔下方，滴下一滴酒精油酸溶液，等到油膜稳定后，轻轻地描绘出油膜轮廓即可。评估：教材中，要求油膜稳定后，再放上坐标板，这加大了破坏油膜的机率，因为油膜的边缘很“娇
气”，稍有扰动，油膜就变形，改进后，先放上中孔坐标板，
再滴下油酸酒精溶液，有效地减少了扰动油膜的机率，同时
保证液滴滴在水槽正中央，有利于油膜充分展开。 图
2 3. “孔”器材之三：侧孔注射器
用实验室提供的注射器滴液滴时，最容易出现两种现象，一是很难将溶液从注射器里推出来，二是很容易从顶孔中射出一串溶液。要想滴出一滴溶液，可不是易事，保持身体平衡，双手抓住注射器，右手拇指轻压活塞，只有这样，才有
可能控制好力度，滴出艰难的一滴。
侧孔注射器制作：取一支5毫升的注射器（另配针头型号为0.6 25毫米），约在4毫升侧壁处钻一个直径约1毫米的小孔，示意图如图3（照片看不清小孔）。使用方法：注射器吸取3毫升的溶液后，针头向下，竖直放置注射器，
右手拿针管，右拇指堵住小测孔，左手轻轻将活塞移到小孔的上方，
右拇指移开小孔，溶液在自身重力作用下，在针尖处自然滴下一滴，小孔拇指再立即堵住小孔。评估：与普通注射器相比，操作简单，易于
控制，而且每一滴大小几乎相等，用累积法测出一滴油酸酒精溶液
的体积更接近实际情况。 图3
二、教学设计
1．学情与教材分析
本实验难度极高，要求学生有扎实的实验技能，能灵活运用多种实验方法与技巧，还体现了构建物理模型的思想，可以说是对已学过的物理知识做一次综合考核演练。做好这个实验可以加深学生对人类进入微观世界的认识、锻炼学生的动手能力，有利于培养学生严谨思维、敢于用已有的知识探索“复杂”的未知领域和实事求是的科学精神。
2．教学目标（三维目标）
知识与技能：理解单分子油膜法估测分子直径的原理；学会用单分子油膜法估测油酸分子的直径；掌握使用自制器材的技巧和提升综合实验能力。
过程与方法：在实验探究基础上，认识建立模型和用宏观量求微观量的物理思想方法；掌握多种实验方法。
情感、态度与价值观：养成严谨认真的科学态度，养成乐于交流与合作的学习态度，倡导勇于创新、大胆实践的精神，敢于用已有知识向未知领域进军的情怀。
3．教学重点、难点及突破方法
重点：知道一般分子直径的数量级，理解实验原理，设计实验方案，并能在实验探究中发现问题，解决问题。
难点：掌握多种实验方法和操作步骤，成功估测分子直径。
突破方法：充分利用好自制器材，指导学生关键步骤操作方法。
4．教学过程设计
(1) 创设问题情境，出示实验目的
实验1：展示半瓶酒精，让学生看清酒精的体积，然后打开瓶盖，在教室内缓慢地走一圈，让学生在瓶口闻一闻。
问题1：为什么能闻到酒精味？
问题2：大量分子跑出来，瓶内酒精为什么看不出减少？
教师引导分析：大量酒精分子由液体表面跑出来，进入我们的鼻腔，也就闻到了酒精味。虽然大量分子跑出了液面，瓶中的酒精看不出减少，说明瓶中有更多数量的酒精分子，跑出的只是一小部分。例如，一滴酒精含有分子的数目大约是10万亿亿个，每人每秒数一个分子，够全地球人可以数上十多万年，进一步启发得到分子很小。虽然分子很小，但是我们也可以通过实验来测量它的大小，板书课题。
设计意图：此问题情境，教师走进学生，能很好地融洽师生关系，有助于了
解学情，回顾初中有关知识。酒精分子跑出而瓶中酒精体积“没少”的现象，能引起学生有效注意。分子虽小也能测量，激发学生的学习兴趣和探究欲望，为进入新课教学准备良好的心理状态。
(2) 新课教学
① 实验原理：分子球形模型建立与测分子直径的方法
实验2：50毫升的量筒量取50毫升的绿豆，然后倒入100毫升的量筒中，总体积没变，高度因量筒变粗而变矮，随后又倒入250毫升的量筒中，高度变得更矮。
问题3：如果换截面积更大的容器，绿豆的高度最矮有多矮？
学生通过讨论，思考，不难得到许多类似答案：一个绿豆的大小，绿豆的直径等。
教师首先肯定学生推理，随手将绿豆倒进一个平底盘中，形成“单豆层”。 问题4：刚才有人说绿豆的直径，能说吗？绿豆是什么形状？
问题5：绿豆的直径怎么测量？
教师引导分析：教师根据教学进程，及时把握有用信息，学生提到“直径”，教师一定不能放过，这是建立绿豆为球形模型的突破口。至于怎么测量绿豆的直径，学生提出许多方法，如用千分尺测，测一排绿豆的长度求平均值。引导学生分析，绿豆的总体V 没变，由于量筒截面积S 变大而高度H 变小，根据V =SH ，
V 当绿豆单层紧密排列时，高度H 最矮，H 便是绿豆的直径d =。 S
进一步分析，物体是由大量分子组成的，实际分子也不是球形，而我们估测它的大小时，也可以把分子看作球形，再指导学生阅读教材中的《实验》，学生对实验原理也就全明白了。
设计意图：通过绿豆模拟实验培养学生理论探究能力，经有限次的实验再合理外推，直到建立分子球形模型及测分子大小的原理，全过程从感性到理性，由具体到抽象，符合学生认知规律，体现忽略次要因素，抓住主要方面的思想方法。
② 实验设计：选材与溶液的配制
问4：为什么选择油酸分子作为测量对象？
教师引导分析：液体比固体容易得到单分子层，因为液体具有可流动性；油酸比一般的液体更容易得到单分子层，这是由它的性质决定的，它的一端是亲水性的羧基-COOH ，能与水分子紧密结合，另一端是憎水性烃基-C 17H 33，与水不溶，油酸密度又小于水，当一滴油酸滴入水中时，油酸分子直立分布，烃基-C 17H 33冒出水面，羧基-COOH “扎根”于水中，比较容易形成单分子油膜。
问7：为什么要配制成浓度极低，如体积比1:500的油酸酒精溶液？
教师引导分析：油酸易溶于酒精不溶于水，酒精易溶于水且易挥发，由于油酸分子间的作用力，即使水面很大，纯油酸在水面也会堆积多层，而不能像绿豆那样在重力作用下形成“单豆层”，只有浓度极低的油酸酒精溶液才能彻底“解散”油酸分子，在水面形成单分子油膜层。
设计意图：原理清楚到实验成功有很大距离，要一切从实际出发，科学设计、科学选材、科学处理，才能最终获得成功，这正是我国许多科技领域世界领先的原因。
③ 利用三只带“孔”器材，优化实验步骤
④ 分组实验
经过上述充分准备后，进行两人一组的分组实验，学生之间交流、合作、探讨，不当操作几乎没有，能很好地使用自制器材，成功率大幅提升，全班只有一组同学在数据处理出了一些差错。
三、回眸
1．创新的尴尬
“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达不竭的动力。” 自制器材可以培养学生创新精神和创造能力，推进素质教育，然而在一道题面前，“创新”变成灰头土脸。一道有关实验步骤排序题，其中考查：先滴油酸酒精溶液后盖上坐标板，还是先盖上坐标板后滴油酸酒精溶液。此题好像专门为笔者的学生命制的，近一半学生做错了。对家长、学生来说，分数“说了算”，素质是次之，怎样找到素质教育与应试教育的平衡点，或许很长时间内无解。
2．制作的乐趣
二十多组的分组实验器材，笔者请了几位学生帮忙制作。原以为耽误学生学习时间而有怨言，其实不然，学生一边制作一边讨论，制作好了自己立即试验器材效果，每只器材充满着他们的快乐和自信，看到了久违的笑脸，比整天埋头做题得到的更多。
3．课堂的延伸
分组实验结束后，学生对成功估测分子大小的结果并不感兴趣，反而对制作器材情有独钟，课后又想出如何滴取一滴溶液，如何更好地撒痱子粉等，而且很多想法和制作有实用意义。我们的学生不是没有创新意识和创新能力，而是在分数面前缺少创新的空间和氛围，不妨把陶行知先生的“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”作为我们教育工作者努力奋斗的目标。
简介：徐永明，男，中学高级教师，市教学能手，高三备课组长。2013年10月份，我的徒弟参加江苏省青年教师优质课竞赛，课题是《物质是由大量分子组成的》，而“用油膜法估测分子的大小”实验是这节课的重点，这篇文章是打磨竞赛课过程中的心得，希望能与大家分享。
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邮编224500 地址 江苏省滨海县东坎镇中市中路288号滨海中学
自制三只带“孔”器材，优化实验步骤
——提高《用油膜法估测分子的大小》实验的综合效果
江苏省滨海中学 徐永明 赵翠花
“用油膜法估测分子大小”实验成功的关键：一是如何将痱子粉撒得薄而匀，二是准确滴取一滴油酸酒精溶液，三是油膜形成与描绘油膜轮廓过程中不要扰动油膜。为此笔者自制了三只带“孔”实验器材，有效地提高了分组实验的成功率。
一、三只带“孔”器材介绍
1．“孔”器材之一：顶孔匀撒器
如果痱子粉膜过厚，油膜推不动痱子粉膜，容易形成“爆炸”式的星形或其它不规则形状油膜，不能形成单分子油膜层；如果痱子粉膜过薄，容易造成油膜飘忽不定，分界不清，影响描绘油膜形状；如果痱子粉膜不均匀，可能导致油膜断裂或向水槽一侧靠拢，甚至挤压到水槽边，影响形成单分子油膜层。为确保实验成功，痱子粉膜要像极薄的纱一样薄而匀地覆盖在水面上。教材中没提示怎样撒粉，购买的器材一般提供的都是纱布包，实践证明，用纱布包撒粉，不但难保证粉膜均匀，而且粉尘污染环境，纱包也容易沾水受潮，影响下一组同学实验。
顶孔匀撒器制作：取一个废弃的塑料矿泉水瓶，用缝衣针在瓶盖上从里向外扎二十个左右的小孔，瓶内晒干后装入两药匙的痱子粉，拧紧瓶盖，如图1，图右侧是带孔的瓶盖，制作完毕。使用方法：瓶底向上，瓶盖
离水面3厘米左右，一边轻拍瓶底，一边观察粉膜，直至粉膜
薄而匀为止，使用结束后，用一个干燥的塑料袋装好顶孔匀
撒器，以防沾水受潮。评估：操作简单，便于控制，对环境
图
1 污染小，实验效果好。
2. “孔”器材之二：中孔坐标板
本实验操作程序复杂，步骤多，容易扰动水面。痱子粉膜薄而匀，滴入一滴油酸酒精溶液后，如果水面受扰动，油膜边界就会漂移、变形，不能准确描绘油膜轮廓。受扰动的原因很多，常见的如学生用坐标板覆盖水槽时晃动等。
中孔坐标板制作：取一块实验室提供的有机玻璃透明坐标板，用美工刀在坐标板正中央钻一个直径约为4毫米的小孔，如图2，图右侧是坐标板的中部，制作完毕。使用方法：当用顶孔匀撒器完成撒粉后，轻轻地盖上坐标板，然后同学们不倚靠实验桌，将注射器针尖探到小孔下方，滴下一滴酒精油酸溶液，等到油膜稳定后，轻轻地描绘出油膜轮廓即可。评估：教材中，要求油膜稳定后，再放上坐标板，这加大了破坏油膜的机率，因为油膜的边缘很“娇
气”，稍有扰动，油膜就变形，改进后，先放上中孔坐标板，
再滴下油酸酒精溶液，有效地减少了扰动油膜的机率，同时
保证液滴滴在水槽正中央，有利于油膜充分展开。 图
2 3. “孔”器材之三：侧孔注射器
用实验室提供的注射器滴液滴时，最容易出现两种现象，一是很难将溶液从注射器里推出来，二是很容易从顶孔中射出一串溶液。要想滴出一滴溶液，可不是易事，保持身体平衡，双手抓住注射器，右手拇指轻压活塞，只有这样，才有
可能控制好力度，滴出艰难的一滴。
侧孔注射器制作：取一支5毫升的注射器（另配针头型号为0.6 25毫米），约在4毫升侧壁处钻一个直径约1毫米的小孔，示意图如图3（照片看不清小孔）。使用方法：注射器吸取3毫升的溶液后，针头向下，竖直放置注射器，
右手拿针管，右拇指堵住小测孔，左手轻轻将活塞移到小孔的上方，
右拇指移开小孔，溶液在自身重力作用下，在针尖处自然滴下一滴，小孔拇指再立即堵住小孔。评估：与普通注射器相比，操作简单，易于
控制，而且每一滴大小几乎相等，用累积法测出一滴油酸酒精溶液
的体积更接近实际情况。 图3
二、教学设计
1．学情与教材分析
本实验难度极高，要求学生有扎实的实验技能，能灵活运用多种实验方法与技巧，还体现了构建物理模型的思想，可以说是对已学过的物理知识做一次综合考核演练。做好这个实验可以加深学生对人类进入微观世界的认识、锻炼学生的动手能力，有利于培养学生严谨思维、敢于用已有的知识探索“复杂”的未知领域和实事求是的科学精神。
2．教学目标（三维目标）
知识与技能：理解单分子油膜法估测分子直径的原理；学会用单分子油膜法估测油酸分子的直径；掌握使用自制器材的技巧和提升综合实验能力。
过程与方法：在实验探究基础上，认识建立模型和用宏观量求微观量的物理思想方法；掌握多种实验方法。
情感、态度与价值观：养成严谨认真的科学态度，养成乐于交流与合作的学习态度，倡导勇于创新、大胆实践的精神，敢于用已有知识向未知领域进军的情怀。
3．教学重点、难点及突破方法
重点：知道一般分子直径的数量级，理解实验原理，设计实验方案，并能在实验探究中发现问题，解决问题。
难点：掌握多种实验方法和操作步骤，成功估测分子直径。
突破方法：充分利用好自制器材，指导学生关键步骤操作方法。
4．教学过程设计
(1) 创设问题情境，出示实验目的
实验1：展示半瓶酒精，让学生看清酒精的体积，然后打开瓶盖，在教室内缓慢地走一圈，让学生在瓶口闻一闻。
问题1：为什么能闻到酒精味？
问题2：大量分子跑出来，瓶内酒精为什么看不出减少？
教师引导分析：大量酒精分子由液体表面跑出来，进入我们的鼻腔，也就闻到了酒精味。虽然大量分子跑出了液面，瓶中的酒精看不出减少，说明瓶中有更多数量的酒精分子，跑出的只是一小部分。例如，一滴酒精含有分子的数目大约是10万亿亿个，每人每秒数一个分子，够全地球人可以数上十多万年，进一步启发得到分子很小。虽然分子很小，但是我们也可以通过实验来测量它的大小，板书课题。
设计意图：此问题情境，教师走进学生，能很好地融洽师生关系，有助于了
解学情，回顾初中有关知识。酒精分子跑出而瓶中酒精体积“没少”的现象，能引起学生有效注意。分子虽小也能测量，激发学生的学习兴趣和探究欲望，为进入新课教学准备良好的心理状态。
(2) 新课教学
① 实验原理：分子球形模型建立与测分子直径的方法
实验2：50毫升的量筒量取50毫升的绿豆，然后倒入100毫升的量筒中，总体积没变，高度因量筒变粗而变矮，随后又倒入250毫升的量筒中，高度变得更矮。
问题3：如果换截面积更大的容器，绿豆的高度最矮有多矮？
学生通过讨论，思考，不难得到许多类似答案：一个绿豆的大小，绿豆的直径等。
教师首先肯定学生推理，随手将绿豆倒进一个平底盘中，形成“单豆层”。 问题4：刚才有人说绿豆的直径，能说吗？绿豆是什么形状？
问题5：绿豆的直径怎么测量？
教师引导分析：教师根据教学进程，及时把握有用信息，学生提到“直径”，教师一定不能放过，这是建立绿豆为球形模型的突破口。至于怎么测量绿豆的直径，学生提出许多方法，如用千分尺测，测一排绿豆的长度求平均值。引导学生分析，绿豆的总体V 没变，由于量筒截面积S 变大而高度H 变小，根据V =SH ，
V 当绿豆单层紧密排列时，高度H 最矮，H 便是绿豆的直径d =。 S
进一步分析，物体是由大量分子组成的，实际分子也不是球形，而我们估测它的大小时，也可以把分子看作球形，再指导学生阅读教材中的《实验》，学生对实验原理也就全明白了。
设计意图：通过绿豆模拟实验培养学生理论探究能力，经有限次的实验再合理外推，直到建立分子球形模型及测分子大小的原理，全过程从感性到理性，由具体到抽象，符合学生认知规律，体现忽略次要因素，抓住主要方面的思想方法。
② 实验设计：选材与溶液的配制
问4：为什么选择油酸分子作为测量对象？
教师引导分析：液体比固体容易得到单分子层，因为液体具有可流动性；油酸比一般的液体更容易得到单分子层，这是由它的性质决定的，它的一端是亲水性的羧基-COOH ，能与水分子紧密结合，另一端是憎水性烃基-C 17H 33，与水不溶，油酸密度又小于水，当一滴油酸滴入水中时，油酸分子直立分布，烃基-C 17H 33冒出水面，羧基-COOH “扎根”于水中，比较容易形成单分子油膜。
问7：为什么要配制成浓度极低，如体积比1:500的油酸酒精溶液？
教师引导分析：油酸易溶于酒精不溶于水，酒精易溶于水且易挥发，由于油酸分子间的作用力，即使水面很大，纯油酸在水面也会堆积多层，而不能像绿豆那样在重力作用下形成“单豆层”，只有浓度极低的油酸酒精溶液才能彻底“解散”油酸分子，在水面形成单分子油膜层。
设计意图：原理清楚到实验成功有很大距离，要一切从实际出发，科学设计、科学选材、科学处理，才能最终获得成功，这正是我国许多科技领域世界领先的原因。
③ 利用三只带“孔”器材，优化实验步骤
④ 分组实验
经过上述充分准备后，进行两人一组的分组实验，学生之间交流、合作、探讨，不当操作几乎没有，能很好地使用自制器材，成功率大幅提升，全班只有一组同学在数据处理出了一些差错。
三、回眸
1．创新的尴尬
“创新是一个民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达不竭的动力。” 自制器材可以培养学生创新精神和创造能力，推进素质教育，然而在一道题面前，“创新”变成灰头土脸。一道有关实验步骤排序题，其中考查：先滴油酸酒精溶液后盖上坐标板，还是先盖上坐标板后滴油酸酒精溶液。此题好像专门为笔者的学生命制的，近一半学生做错了。对家长、学生来说，分数“说了算”，素质是次之，怎样找到素质教育与应试教育的平衡点，或许很长时间内无解。
2．制作的乐趣
二十多组的分组实验器材，笔者请了几位学生帮忙制作。原以为耽误学生学习时间而有怨言，其实不然，学生一边制作一边讨论，制作好了自己立即试验器材效果，每只器材充满着他们的快乐和自信，看到了久违的笑脸，比整天埋头做题得到的更多。
3．课堂的延伸
分组实验结束后，学生对成功估测分子大小的结果并不感兴趣，反而对制作器材情有独钟，课后又想出如何滴取一滴溶液，如何更好地撒痱子粉等，而且很多想法和制作有实用意义。我们的学生不是没有创新意识和创新能力，而是在分数面前缺少创新的空间和氛围，不妨把陶行知先生的“处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人”作为我们教育工作者努力奋斗的目标。
简介：徐永明，男，中学高级教师，市教学能手，高三备课组长。2013年10月份，我的徒弟参加江苏省青年教师优质课竞赛，课题是《物质是由大量分子组成的》，而“用油膜法估测分子的大小”实验是这节课的重点，这篇文章是打磨竞赛课过程中的心得，希望能与大家分享。
电子信箱[email protected] 电话[1**********] [1**********]
邮编224500 地址 江苏省滨海县东坎镇中市中路288号滨海中学