摘要：导电性是物质的一种重要性质，是初中科学和高中化学教学的重点内容。初中科学的电解质与非电解质概念、导体与绝缘体概念、高中化学的强电解质与弱电解质概念，都是在物质导电性实验基础上形成的。物质导电能力强弱的实验探究，对形成科学概念，落实教学内容，达成教学目标，培养学生的能力，尤其是动手能力具有很大的帮助。
关键词：物质导电性；创新设计；应用价值
在中学实验教学过程中，现有的物质导电性教学实验装置，都是从实验的安全性考虑，采用的是36V以下电压。由于实验电压太低，电流过弱，实验的效果很不理想。例如，用现有实验装置无法检测天然水的导电性，甚至无法检测弱电解质溶液的导电性，如二氧化碳水溶液的导电性。由于该实验装置在设计上无法弥补的缺陷，使得一些原本导电的弱电解质无法显示导电能力成为“非电解质”，一些常见的导体(如人体的皮肤，潮湿的木棒)变成了“绝缘体”，给教学留下了不小的遗憾。针对上述试验装置存在的电压低、电流弱的缺陷，我们设计出一种用220V电源电压供电的导电性实验装置。该实验装置原理科学，外形美观，操作简单，使用方便，可视性强，可用于教师演示实验和学生分组实验，教学效果显著。现将物质导电性创新试验装置的电路原理、设计与制作、功能和用途以及使用方法等作一介绍。
一、实验装置原理
图1是我们最初设计的实验装置电路实物图。利用一副电极棒可以进行物质导电性实验。实验的原理是：电极插座与电灯串联，电极插头插入电极插座孔，当二电极与被测试物质接触，指示灯亮，则说明电路通路，被测试物质导电；指示灯不亮，则说明电路不通，被测试物质不导电。图1
二、实验装置的设计、制作
1.对试验过程的思考我们用图1的实验电路对天然水、食盐水、稀硫酸、氢氧化钠、无水酒精、稀氨水、浓氨水等物质进行导电性实验。将待测试的物质放在烧杯中逐一进行实验(如图2所示)。在实验的过程中，我们发现存在如下两方面的问题。(1)由于实验采用的是220V的电压，实验过程不小心触碰电极或接触导电的测试液都会发生触电，故试验中有触电的危险。(2)由于实验烧杯是临时实验容器，实验时电极浸入烧杯的液体中，每一项实验完成后都要清洗电极和烧杯，操作麻烦、费时。2.问题的解决方案针对问题1(实验中有触电的危险)，我们有如下的两种解决方案。(1)方案一在电路中设置一个漏电断路器。在零线和火线上设置一个双掷开关(闸刀开关)如图3所示，我们在电路的方框1的位置设置漏电断路器，在方框2的位置设置双掷开关。这样可避免在实验过程中因不小心或操作不当而发生的触电事故。根据图3的实物电路，我们设计并制作出如图4所示的物质导电性实验装置A。该装置A呈长方体(设计长24cm，宽18cm，高9cm)，电路元件布局合理，结构紧凑，装置外形美观。(2)方案二另一种防止实验触电的方案是在电路中安装一隔离变压器。只要将图4导电性实验装置A中安装的断路器用隔离变压器替代即可。这一方案简单易行，不失为一种好的选择方案。针对问题2(每一次实验后都要清洗电极，操作麻烦，费时太多)，我们设计如下的解决方案：一是将电极倒置；二是在盛测试液体的试验容器底部设置一个排液孔；三是倒置的电极和盛测试液体的实验容器为两个部件，两个部件装配在一起构成一个整体使用。利用上述方案，我们设计并制作了如图6所示的液体导电性实验容器。在做液体导电性实验时，将电极插头插入实验装置A的电极插座孔中，进行装置连接。现在我们用创新设计的液体导电性实验容器测试液体的导电性，再将用该装置的实验操作方法与改进前的实验操作来进行对比分析。改进前(如图5所示)，在做液体导电性实验时，烧杯是临时容器(待测试的液体放在烧杯中)，每做完一个测试都要清洗一次电极和烧杯，操作麻烦，耗时多。改进后的导电性实验装置B(如图6所示)，电极与实验容器组合在一起，每完成一个实验，打开排液阀，废液由试验容器下端排液孔直接排入废液缸，电极用纯净水清洗2~3遍，清洗后的液体由排液孔排入废液缸，接着就可以进行下一项试验。与原来实验方法比较，操作非常方便，大大节约了实验时间。因此，我们对物质导电实验装置进行了创新设计后，不仅解决了实验操作的安全问题，也解决了实验时清洗电极操作麻烦、费时太多的实际问题，明显地提高了课堂教学效率。最后，制作一副带插头的电极棒，一个固定实验容器的铁夹和铁杆(如图7、图8所示)，便于完成整个物质导电性实验装置的制作。利用该装置，可以进行固体物质和液体物质的导电性实验。
三、实验装置的特殊用途：显示化学反应进程
我们将实验装置的实验容器用做反应容器，当一个特定的化学反应发生时，根据实验容器内液体的导电性变化，即指示灯的明暗程度变化，可以判断化学反应的进程。例如，足量二氧化碳与澄清石灰水的反应。如图9所示，二氧化碳慢慢通入澄清石灰水中，起初发生的反应是：在反应过程中我们观察到2个现象：一是澄清的石灰水变浑浊，然后浑浊的液体又慢慢变清；二是指示灯由亮变暗直至熄灭，然后又开始慢慢变亮。显然，从现象一我们无法准确判断上述第一个反应在什么时刻完成。因为肉眼无法准确判断什么时候液体的浑浊度最大。而根据现象二可知，灯熄灭的这一瞬间正是第一个反应完成的时刻，也是后一个反应发生的时刻。上述反应过程液体的导电能力与通入二氧化碳量的关系可用图像直观表示(如图10所示)，该图像曲线底部最低处表示第一个反应的结束，第二个反应的开始；曲线平直部分表示第二个反应结束。图9图10因而，利用物质导电性实验装置，根据液体的导电能力变化，即指示灯的明暗程度变化，可以显示化学反应的进程。运用的又一个实例是硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应的导电现象(图像同图10)。CuSO4+Ba(OH)2=Cu(OH)2↓+BaSO4↓指示灯由亮变暗直至熄灭，指示灯熄灭的一瞬间，反应正好结束。
四、实验装置在科学探究中的运用
本实验装置可用于科学探究，例如：电流对(水生)动植物生长影响探究、鱼类抗击电流能力探究、电流对种子性状改变探究。实验时将选择的实验材料放入图11所示实验容器中进行实验。图11在实验时选择向水中加入适量的电解质、调整电极间的距离及换用不同功率的灯泡等方法控制电流大小。实验时我们还可以在电路中串联一灵敏电流计，用于测量实验时所控制的电流值，以便定量的分析电流大小对实验对象的影响。
五、结束语
本实验装置具有实验现象直观、明显；操作方便，节约用时；试剂用量少,废液产生少；功能多、用处大，并可用于科学探究实验等优点。由于上述诸多突出的优点，实验装置的使用对提高课堂教学效率、对学生学习能力的培养，尤其是动手能力的培养，将会取得很大的提高和帮助。从教学实际情况而言，该实验装置具有较大的推广和应用价值。在中学阶段的科学教学中，实验教学占有重要的主导地位，物质导电性实验装置的创新设计不仅拓宽了中学现有的传统课堂教学手段，而且丰富了现有的课堂教学内容。因此，它在现有中学课堂教学中有着极其重要的推广与应用价值，作为实验教学教师，应当积极地投入于实验教学创新设计和改革的队列中，在教育教学实践中不断地努力探论文代理索与研究，充分利用实验教学应有的优势，有效地调动学生的学习兴趣和热情，更好地培养学生的动手能力，为不断地提高教学质量做出努力。
作者：郑怀舟
