也谈初中化学实验设计与改进

2011-04-20胡宗华

化学教与学 2011年3期

关键词：橡皮塞胶塞铜丝

胡宗华

（如皋市白蒲初级中学江苏如皋226511）

也谈初中化学实验设计与改进

胡宗华

（如皋市白蒲初级中学江苏如皋226511）

化学实验对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用。教科书在编写时,虽然精心设计实验方案,积极开发探索性实验,但在课堂教学中,有时实验效果往往不尽如人意。在新课程实施过程中,如何发挥实验教学的多元化价值,需要群策群力,因地制宜地积极设计改进实验。化学实验改进有两方面：一是对现有或教材中的实验在选题(内容)不变的情况下做技术上的改进;二是为配合教学,补充、增加教科书中没有的实验。进行实验改进是为了更有利于教与学,笔者结合自己多年的教学认为实验改进应遵循以下5点原则。

一、科学性原则

图1

化学教师改进原有实验、设计新实验的目的是为了更好地展现物质的性质或揭示化学变化的原理和规律。而保证实验及对实验现象的分析的科学性,则是最根本的前提。

【例1】氧气的性质实验

笔者做出如下改进,取一支小试管在其管底上部一定位置挖一小孔,然后将其与其他大试管组合起来使用(常称为套管装置),在大试管中装入氯酸钾和二氧化锰(质量比约为1∶1),向套管中注入澄清石灰水。加热大试管,同时用带火星的木条检验氧气的生成。将预先红热过的木炭伸入套管侧孔边,可以看到侧孔边发红的木炭剧烈地燃烧,而在孔下边木炭就会熄灭。该实验的改进能科学地证明氧气支持燃烧,而下半部生成的二氧化碳气体则不能支持燃烧,取出木炭,拿出套管并加以振荡就会看到有白色沉淀生成。(如图1所示)这一实验既从另一角度说明了氧气的性质原理又保证了科学性［1]。

二、直观性原则

实验教学的最重要功能之一是使学生感知化学变化产生的现象,从而认识物质的性质和变化规律。因此,加强直观性应是教师改进实验的出发点之一。

【例2】“分子间有空隙”的演示

初中化学课本(2001年人教版)是这样做的：用量筒取100mL水和100mL酒精混合,可看到混合后溶液的体积小于200mL;实际上这个实验中液体的体积变化比较小,不大容易观察。

笔者设计出一种“液体混合器”(如图2所示)用这个装置做水与酒精的混合实验,可大大增强直观性。先向演示器中注入等体积的水和着色酒精至a处用胶塞塞紧管口,翻转几次使水与酒精充分混合,然后直立演示器,可看到液面由a降至b。这个实验的现象十分明显。

图2

【例3】溶解时的吸热和放热现象

改进原因：人教版初中化学新课标教材学生活动与探究实验,要求取三只烧杯,各注入100mL水后,用温度计测量水的温度,并记录;然后将两药匙naCl、nH4nO3、naOH分别加入上述三只烧杯中,搅拌至固体完全溶解,再用温度计测量水的温度,并记录。由于学生在操作中易将温度计当做玻璃棒使用,因此易损坏温度计,同时实验现象不明显。

改进装置(如图3、4、5所示)：

图3

图4

图5

将烧杯改为具支锥形瓶,并装有插入小试管的单孔橡皮塞,在支管口接上U型玻璃管。实验前小试管中注入1/4的水,U型玻璃管中注入红色水(共三套),然后分别往小试管中加入两药匙naCl、nH4nO3、naOH,根据有色液注的升降变化情况,容易判断物质溶解时发生吸热现象还是放热现象。改进后的实验,令学生耳目一新。实验同时引进了物理学中有关大气压强的知识,培养学生跨学科学习的能力,有效的激发了学生的学习兴趣。

三、简捷性原则

化学教学中的实验是为教学服务的。因此,在实验装置及操作上应力求简捷。这样,能更加突出实验的中心内容,更有利于学生的观察思考,也有利于提高课堂效率。

【例4】“CO与CuO反应”演示

在圆底烧瓶中充满CO,并加入少量澄清石灰水,用胶塞塞紧。在另一胶塞上穿一根铜丝,并将一侧铜丝绕成螺旋状,用酒精灯将螺旋状铜丝加热,使其表面生成黑色的氧化铜,稍冷却后将铜丝伸入圆底烧瓶中,塞好胶塞,稍加振荡,可看到铜丝表面很快变为光亮的紫红色,瓶中的石灰水变浑浊(如图6所示)。这一改进简化了装置,突出了主要现象。

图6

四、趣味性原则

在化学教学中,通过实验培养学生的学习兴趣,调动学生的学习积极性,是化学教师常用的做法,也是经常研究的问题。结合教学内容和教学目标,在不违背科学性的前提下,尽量采用现象鲜明、新奇的实验(或改进原有实验的实验方法,使之达到这种效果),提高实验的趣味性,使学生看到后由感到惊奇而产生强烈的探究欲望,再转化为持久的学习动力。

【例5】对“混合物和纯净物”理解

在平时教学中我们通常会介绍很多种让学生直观地认识纯净物和混合物的方法。但这例实验设计得很巧妙,能够让学生自己反复动手操作,很有吸引力。做法如下：在一个中间有一个带空隙的隔板的透明封闭的长方形扁盒(如图7所示)的隔板两侧分别装上黑色的铁粉和白色的细石英粉,铁粉和石英粉都是纯净物,一黑一白十分醒目。学生操作是,反复翻到方盒,使两种粉末混合形成混合物粉末变为灰黑色。

图7

混合粉末倒入盒的一侧平放,然后再用磁铁吸引铁粉,将铁粉移至隔板另一侧,两种物质分开,各自都是纯净物。

五、安全性原则

化学教师在改进实验时必须树立“安全第一”的思想。要认真研究所改进的实验中是否存在不安全的因素(如有毒气体的扩散,易燃、易爆、剧毒物质的使用和产生易触电因素等),其中经采取措施能克服的方法可用于教学,否则不宜用于教学。

提高化学实验的安全性,也是改进实验的课题之一。很多教师在这方面取得了一定的成效。比如,在做气体爆炸实验时用塑料瓶代替玻璃瓶或安全防护罩［1];在做可燃性气体燃烧实验时,在导气管内安放细铜丝用于防爆。笔者在这一方面也设计了一例：

【例6】硫在氧气中燃烧实验的改进

人教版上册课本对硫在氧气中燃烧的实验,将装有硫的燃烧匙分别伸入盛有氧气的集气瓶中,盖上玻璃片。缺点：玻璃片易滑落,造成SO2逸出,污染空气。改进：可采用如图1所示装置,即将玻璃片改用橡皮塞。同时还可以将模拟酸雨的危害一起完成,具体做法为：把燃烧匙的柄固定在橡皮塞上,在下部系上一张湿润的蓝色石蕊试纸,在集满氧气的集气瓶中倒入少量的水,再放入一粒锌,一片树叶和一个鸡蛋(主要成分碳酸钙)。将少量的硫在燃烧匙内点燃,观察火焰的颜色,然后放入集气瓶,塞上橡皮塞,观察火焰颜色的变化,熄灭后振荡,观察到湿润的蓝色石蕊试纸变红,说明SO2溶于水生成了酸。还可以观察到锌和鸡蛋表面有少量气泡冒出,树叶发黄。该实验集几个实验于一体,验证了氧气的性质,酸雨的成因和危害,而且消除了实验中SO2对空气的污染(如图8所示)。

［1]杨俊峰.初中化学中的两个微型实验设计［J].中学化学教学参考，2005，（3）：39-39