在我任教的學校——位於俄亥俄州阿克倫市的亞克博修博漢高中（Archbishop Hoban High School），我教授了一學期的有機化學作為高級科學選修課程。選修這門課的學生將學習碳基化合物的知識，從烷類到芳香族化合物，並使用多種 Vernier 感應器，例如熔解熱感應器和簡易氣相層析儀。這門課程不僅提供學生更多機會磨練實驗技能，還幫助他們深入理解有機化合物的行為以及物質的物理性質。

本課程的一個重要概念是探討有機化合物的熔點。這一課題可以輕鬆融入關於共價化合物或分子間作用力的化學單元，同時也是 AP 化學課程中介紹物質與混合物性質（單元 3）的寶貴內容。研究這種物理性質可以幫助學生了解如何通過可測量的性質來表徵材料，分子作用力如何影響這些性質，以及為什麼具有不同性質的材料更適合於不同的實際應用。尤其是，熔點對於預測物質的純度以及鑑定未知化合物具有重要價值。

建立與現實世界的連結

將這個概念與學生的現實生活應用或現象結合，是讓它更貼近學生的一個簡單方法，例如烘焙和食品化學。舉例來說，可以從探討食用糖（蔗糖）的熔點開始，蔗糖的熔點是 160°C（320°F），常用於製作糖果或烘焙。在 160°C 時，固體的糖會融化成透明的液體，但在更高的溫度下會轉變成深棕色液體，也就是焦糖。同樣，用於烘焙的不同脂肪熔點也有所不同。黃油或人造奶油的熔點大約為 38°C（100°F），可能不是烘焙的最佳選擇，而植物起酥油的熔點為 45°C（111°F）。烘焙師可能會選擇植物起酥油，因為它在更高的溫度下才會融化，並能提供與黃油或人造奶油相同的酥脆口感。而食鹽（氯化鈉）的熔點則高達 801°C，這是因為它擁有強大的離子鍵。

解釋分子間作用力

理解熔點的強度對一些學生來說可能有些困難，因此我喜歡用內在與外在人際關係的模型來幫助學生理解這個概念。我解釋說，如果學生擁有強大的內在人際技巧，他們會與自己有緊密的關係（我會示範抱住自己）。因此，具有強大分子內作用力的化學化合物，會有緊密的關係，也就是較短的鍵長。另一方面，如果學生具備良好的外在人際技巧，他們在壓力下更能與他人保持聯繫（我會邀請兩名學生站起來，與我牽手，然後往相反方向拉）。因此，具有穩固分子間作用力的化學化合物，能承受張力，與類似分子的其他分子保持結合，並在更高溫度下融化。這個類比可以幫助學生將抽象的化學概念與熟悉的經驗聯繫起來——這是對我有效的方法，但我鼓勵您找到與您學生產生共鳴的連結！

從固態到液態：熔點實驗

在這個實驗中，學生通過將未知的有機化合物與一組已知純化合物（如苯甲酸或葡萄糖）進行比較，來識別未知化合物。他們使用 Vernier Go Direct^® 熔解熱感應器，觀察每種化合物在特定溫度下的熔化過程，並通過熔解熱感應器的廣角放大窗口觀看相變。學生使用 iPad 上的 Graphical Analysis 軟體收集數據，輕鬆截取數據與圖表的截圖，並將其整合到後續的實驗報告中。

在我的有機化學課堂中，我們使用 iPad，能夠輕鬆與實驗室中的熔解熱感應器無線連接。我的學生使用 Vernier Graphical Analysis^® 的註解功能，在圖表上記錄他們觀察到的相變化。

我建議學生對每種化合物進行兩次熔點測量，因為他們需要同時運用物理觀察技巧（例如觀察固態轉變為液態的過程）和 Graphical Analysis 中的即時數據收集功能。這也是將學生分組進行這項實驗的一個重要原因。

學生可能面臨的一個最大挑戰是準確確定固體完全熔化的溫度範圍，這是由於熱力學過程中存在的動態平衡。為了解決這個問題，我會在實驗開始前與學生討論實驗中會遇到的情況，包括通常的 2–3°C 熔點範圍。另外，我也會再次強調學生應以小組或搭檔形式進行，這樣每位學生都能觀察熔化過程，同時檢視 iPad 上記錄的數據。

雖然可能需要多次嘗試才能找到正確的熔點範圍並重複實驗結果，但這個過程能幫助學生積極培養批判性思維、觀察力以及數據收集的能力。

學生使用毛細管收集固態化合物樣品（左圖）。學生可透過 Go Direct 熔解熱感應器的觀察鏡（右圖）即時觀看樣品熔化的過程。

從液態回到固態：再結晶實驗

在學生測量純化合物的熔點後，我們會進一步進行再結晶實驗，處理含有雜質的化合物，例如苯甲酸與硫酸銅五水合物的混合物。這是一次重溫核心化學概念的好機會，即每種純物質都具有其特定的物理與化學性質。我們會討論苯甲酸中的雜質如何削弱分子間作用力，就像磚牆中摻雜了劣質磚塊一樣。觀察含雜質化合物的再結晶，能讓學生清楚地、以實際操作的方式了解雜質如何影響物理性質。

對於教授 AP、有機化學或一般化學課程的老師，結合使用 Vernier 的 Go Direct 熔解熱感應器進行熔點實驗，是將分子間作用力和物理性質等概念結合起來的絕佳方式。鼓勵學生積極參與，反覆測量並解決數據中的差異。這些實驗不僅能加深學生對化學核心概念的理解，還能幫助他們培養實驗室中的實用技能，包括分析和解釋數據以及建立模型的能力，這些都將在更高階的課程中對他們大有助益。

黛安任教於俄亥俄州阿克倫的 Archbishop Hoban 高中，教授化學，同時也是 Vernier Trendsetters 社群的成員。她最近獲得了課程與教學博士學位，熱衷於讓 STEM 教育更具吸引力並能讓所有學生都能輕鬆接觸到。