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陈梦麟 凌一洲 任红艳摘要:?基于科学探究与艺术创作融合的理念,开发、实施和评价“油层上绽放的彩色液滴”的

融合科学探究与艺术创作的实验活动

作者: 阿信 发布时间: 2021年11月24日 23:55:53

陈梦麟 凌一洲 任红艳

融合科学探究与艺术创作的实验活动

融合科学探究与艺术创作的实验活动

融合科学探究与艺术创作的实验活动

摘要:?基于科学探究与艺术创作融合的理念,开发、实施和评价“油层上绽放的彩色液滴”的实验活动。赏析在油层上扩散爆裂的彩色液滴作品,在实验中寻找证据并做出合理推理以解释美丽现象的成因——马兰戈尼效应;利用控制变量法探究实验条件对结果的影响,利用发现的规律创作独特的艺术作品。基于现场观察、访谈和学生作品分析的评价表明,学生收获了艺术、科学及其相互融合的学习成果。

关键词:?学生实验活动;?科学探究;?艺术创作;?融合教学

文章编号:?1005-6629(2021)09-0067-05

中图分类号:?G633.8

文献标识码:?B

1??引言

科学用艺术的手法,艺术用科学的眼界,都揭示大千世界表观的多样性与内质的统一性,揭示大千世界诸种现象背后的规律与意义。科学与艺术都具有追求美的动因,共同用美陶冶人的情操、改善人的精神气质与生活品质[1]。艺术与科学承载着人类无尽的想象力,只有将感性的幻想与理性的论证相结合才能真正出现创造与创新[2]。在教学实践中实现科学与艺术的碰撞与融合,共同促进学生审美素养和创造性思维的发展,成为众多教育工作者追求的目标[3,4]。

作为化学课程的重要学习方式,科学探究是学生积极主动地获取科學知识、认识和解决科学问题的重要实践活动,对于激发学生的内在认知兴趣和培养证据推理、宏观辨识与微观探析等核心素养有着不可替代的价值[5]。而艺术创作用形象思维和深入的理性思考探索事物,也兼具感性体验和理性教化的双重特征。教学中科学探究与艺术创作的融合能相互促进,让学生在思维活跃、判断敏锐的学习状态下充分调动视觉、触觉、嗅觉等感官分析思考解决问题,发展感知美、鉴赏美、创造美的审美素养,激发探索未知、完善自我、创新创造的意识[6]。

2??活动开发

2.1??活动设计思路

本活动以马兰戈尼爆裂实验作为载体。马兰戈尼爆裂涉及酒精性质、表面张力、挥发速率等一系列科学问题。首先对该实验进行简化处理,使之适合中学教学对安全、便捷和育人功能的需要,使用乙醇、水、色素和植物油等生活中常见的材料就能完成。其次探索不同实验条件对实验现象的影响,以追求艺术化的呈现。

2.2??实验原理与方法

两种表面张力不同的液体界面之间存在张力的梯度会使液体流动,这种现象称为马兰戈尼效应(Marangoni?Effect)。凯泽(Keiser)、杜瑞(Durey)等研究了由马兰戈尼效应导致马兰戈尼爆裂(Marangoni?Bursting)的迷人现象及原理[7,8]。把一定浓度的酒精溶液滴到油层表面,当乙醇的含量较高时,液滴会向外扩散,乙醇的挥发使得溶液中水的比例增大,由于水的表面张力高于乙醇,液滴向外扩散就会停止。而液滴边缘处的乙醇挥发速率最大,导致液滴中心区域的乙醇含量比边缘处高,因此液滴中心区域的表面张力较低。液滴中心与边缘区域表面张力的差异形成了自中心向外的流动,导致液体在液滴边缘处聚集,形成一个圆形轮廓,边缘轮廓的破碎生成向外喷射的小液滴,即产生了马兰戈尼爆裂现象。

实验所需材料如下:?95%乙醇、食用色素、水、葵花籽油、滴管、试管、橡胶塞、培养皿、纸巾、手机、手机支架等。

实验步骤如下:?在培养皿中倒入厚度约0.5cm的葵花籽油层。在带橡胶塞的试管中配制乙醇与水、色素的混合溶液,逐渐增大乙醇与水的比例。将手机固定,找到合适的拍照角度,开始录像。用滴管把乙醇-水-色素的混合液滴于油层,观察液滴的变化。控制混合液浓度不变,改变混合液滴数,观察液滴变化。改变其他条件,例如色素颜色、滴加位置和先后顺序等,重复实验。

在试管中配制混合液后要及时用橡胶塞密封,减少酒精挥发。如果需要重复使用葵花籽油,可以用一片薄纸巾贴于油层表面,吸走表层彩色混合溶液。若彩色液滴进入油层内部可以用滴管吸出。(注意实验材料均不可食用)

2.3??实验预期结果

改变乙醇与水的比例进行实验,实验结果见图1(室温28℃,滴入1滴混合液)。当酒精浓度较小时,液滴不会扩散(图1a)。当增加酒精浓度至大于某临界值,液滴先向外扩散,接着扩散停止,然后经过爆裂式扩散成无数小液滴。

混合液中酒精的比例越高,扩散范围越大,形成的液滴越小(图1b~e),因为酒精的表面张力比水小,此时爆裂形成的小液滴表面张力较小。

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