初中科学新教材实验创新设计

杨显华

摘 要：本文结合新教材的试用体会，对新教材里的七个实验提出自己的设计方案：测定空气里氧气含量的“趣味性”设计；加热过氧化氢溶液产生氧气的“探究性”设计；排水法收集氧气时的“难点分散式”设计；分子运动实验的“绿色化”设计；质量守恒定律实验的“学科综合型”设计；一氧化碳燃烧产生二氧化碳实验的小改进；燃烧条件实验的“安全、环保”型设计。均取得了良好的课堂教学效果。

关键词：科学；实验；创新设计

初中科学是以实验为基础的综合学科，浙江教育出版社出版的初中科学新教材于2012年9月开始使用，几年来，笔者深感教材内容弹性很大，特别是实验设计部分，给了任课教师一个充分施展自己才能的广阔空间。因此，笔者从自己对新课程标准、新课程观的理解出发，试着对教材里的几个实验进行了重新设计。

一、测定空气里氧气含量的“趣味性”设计

教材里已有的实验设计，受到实验误差过大的困扰。本实验设计的主旨，意在尽可能减少实验误差，提高这一定量实验的精度。

1.实验装置（如图1所示）

取试管一支，用量筒和水测其80ml和100ml水面并做好标记。取长条形宽窄、厚薄均匀的金属片弯成与试管内弧度一致的金属槽，按相等间隔将其中间部分挖成“门”字形，成为“金属梯”。“金属梯”的每一步做成“凹”形，用以放置1小粒白磷。可用量筒和水测出空气的实际体积。

空气的实际体积=100ml-金属梯在100ml刻度内的体积-白磷的体积。

2.实验操作及现象

在“金属梯”的每一步上放置一颗吸干水后的白磷，伸到试管内，用铁架台将试管固定好，试管口下方放置盛水的玻璃水槽。用套有乳胶管的针筒抽取试管内的多余空气至水位上升到100ml处，取出乳胶管。

用“电吹风”吹热风加热试管内下部白磷，或用放大镜会聚6伏手电筒光于第一步“金属梯”处的白磷上，可观察到白磷像“上楼梯”般依次燃烧，开始时冒白烟，燃烧快停止时在倒置试管的上部出现黄烟，此为空气里的氧气快耗尽的现象。待火焰熄灭，试管不发烫时，可用水槽中的冷水浇在试管上，使试管内温度快速恢复到初始温度，加快实验速度。此时可观察到，试管内水位上升到一定位置后恒定不动，与空气实际体积相比较后得出氧气含量。

氧气的测量体积=水的测量体积-被水位上升淹没的金属梯体积。

本实验设计经多次实测，测得100ml空气里氧气体积为17ml～19ml，实验精度在81%～91%之间。

二、加热过氧化氢溶液产生氧气的“探究性”

设计

按教材所设计的实验方法，不能检出氧气的存在。改用排水法收集氧气检验，可方便而有效地排除水蒸气对实验的干扰，检出氧气的存在。

1.实验装置（如图2所示）

2.实验操作

用市售过氧化氢溶液配成15%左右过氧化氢溶液，加入到大试管内占其容积的1/3以内，加热过氧化氢溶液，用排水法收集气体，估计试管内空气和导气管内空气被收集完后，用排水法第二次收集气体数毫升，即可用带火星木条检出氧气的存在。整个操作过程约5分钟左右。

3.课堂教学设计

（1）情景设计，引出问题

用市售30%过氧化氢溶液现场配制5%过氧化氢溶液。按教材实验说明进行实验，引导学生观察实验现象，在有不少气泡产生数分钟后，用带火星的木条检验，不复燃。

（2）分析原因，讨论对策

对带火星的木条为什么不复燃的原因及对策，学生可能的讨论结果有：

①加热的时间还不够长，试管内氧气的蓄积量不够多（观察与猜想）。

②产生气泡的速度太慢，应提高温度加快产生气泡的速度（观察与假设）。

③老师在过氧化氢溶液里掺了水，不掺水或少掺水再试一试，也许产生氧气的速度可以更快一些。

（3）修改实验设计，继续实验论证

增大过氧化氢溶液的浓度，延长加热时间，在反应速度明显加快的情况下，用带火星木条检验，仍不复燃。

（4）再次分析原因，讨论对策

对于带火星的木条仍不复燃的原因及对策，学生可能的讨论结果有：

①加热时产生的氧气在温度较高时形成热气流逸散到试管口外的空气中去了。

②过氧化氢溶液中水的含量超过过氧化氢的含量，加热时除产生氧气而外，还产生大量水蒸气，致使试管内氧气的含量过少（受情景素材铺垫与试管口内有水蒸气凝结现象的启发）。

③可用排水法收集气体。既可避免氧气的损失，又可减少氧气中水蒸气的含量。

（5）再次修改实验设计，第三次进行实验论证

经教师引导或全班学生的集思广益，用加装导气管的单孔塞塞住试管口，用小试管收集气体检验，获得成功。

三、排水法收集氧气时的“难点分散式”设计

学生在做制取氧气的实验时，由于要连续收集两瓶氧气，又由于学生的操作不熟练，往往白白浪费不少氧气。可在此处增添一个储气、排气自如的装置（可用实验室制取二氧化碳的装置代替），可收到不浪费氧气的效果。

1.实验装置（如图3所示）

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2.实验操作

用大集气瓶或锥形瓶用排水法一次收集完氧气，在水面下用玻璃片盖住瓶口。把瓶子移出水面，用带长颈漏斗和导气管的双孔塞塞住瓶口。用一小集气瓶灌满水从长颈漏斗口加入一瓶水，同时用另一小集气瓶用排水法收集一瓶氧气，使用完后再用向上排空气法收集另一瓶氧气。这样可以从容不迫地操作，不浪费氧气，又练习了两种收集氧气的方法，还可收到化难为易的效果。

四、分子运动实验的“绿色化”设计

氨分子扩散的探究性实验，由于要将浓氨水倒入敞口小烧杯中，浓烈的刺激性气味会使学生不由自主地躲避该气味的刺激。此外，实验室常用的最小烧杯一般为50ml规格，要用1000ml大烧杯才能罩住两个50ml的小烧杯，购买1000ml大烧杯，需花较大代价。用代用品也能完成该探究性实验。

方法如下（如图4所示）：

用废纸搓成小纸棍，其一端用酚酞试液润湿，沾上碎纸片，贴在一次性透明塑料水杯上不同部位。另一小纸棍沾浓氨水涂在外壁其中一块上，纸片变红以示氨水能使酚酞变红。然后将盛浓氨水的小试剂瓶塞取下，用塑料杯罩住瓶子，观察现象。塑料水杯内壁各处沾有的碎纸片在1分钟内即可变红。盖上盛氨水的试剂瓶的瓶塞，供下一个班的学生使用。这样设计，既观察到明显现象，又将污染降到很小程度，还节省购仪器的经费。

五、质量守恒定律实验的“学科综合型”设计

多年来，教材里质量守恒定律的验证性实验所用的化学反应，其生成物均没有气体，这似乎是一个缺憾。为弥补这一缺憾，笔者设计了如下实验。

1.实验装置（如图5所示）

取两支相同的具支试管，用乳胶管将其支管连接起来，当中夹上止水夹。在一支具支试管内注入少量5%过氧化氢溶液，试管口套上内盛少量二氧化锰粉末的小气球并用胶条二次密封。另一支具支试管内盛1cm高的干燥河沙，在实验前放入一颗白磷。用挤瘪的小气球套在试管口上，用胶条二次密封。

2.实验操作及现象

将连接好的具支试管放在小试管架上，试管架放在天平上用砝码平衡。然后，取下试管架。将小气球内的二氧化锰抖落于具支试管内，迅速产生的氧气会使试管内气体的压强增大，将气球鼓圆。反应停止后，将试管架连同具支试管重新放到天平上，观察天平是否平衡。由于浮力的作用，天平已不能保持平衡。再次取下试管架，打开止水夹，用手挤瘪装氧气的气球后夹上止水夹。将盛装河沙、白磷的具支试管放在酒精灯火焰上微热，白磷在试管内会燃烧起来，冒出浓厚白烟，同时管口的气球迅速瘪了下来，燃烧停止后，将试管架连同具支试管一起再次放到天平上。此时，由于浮力的消失，天平会恢复平衡。

六、一氧化碳燃烧产生二氧化碳实验的小改进

为验证一氧化碳燃烧产物时，用的是烧杯罩在火焰上方的方法，往往因杯壁附着的石灰水太少，难以观察到石灰水变浑浊的明显现象。对此，若做以下小改动，便可观察到石灰水变浑浊的明显现象。

1.实验装置（如图6所示）

2.实验操作

在一锥形瓶内预盛适量澄清石灰水，在弯形导管口点燃一氧化碳，观察火焰颜色，然后将弯形导管伸到锥形瓶内，让一氧化碳在瓶内燃烧，几秒钟后停止送一氧化碳，轻轻振荡锥形瓶即可。

七、燃烧条件实验的“安全、环保”型设计

课改教材所列实验系从老教材演示实验平移过来，增加了白磷在热水下面通氧气燃烧的趣味实验。作为探究性实验，提供给学生进行操作，该设计有三个弊端：①污染大；②不安全；③向热水下通氧气时，水下白磷会到处“乱跑”。部分白磷会浮上水面燃烧，也有安全隐患存在。改用以下几种方式较好。

1.实验装置（如图7a、7b、7c所示）

2.实验操作

（1）红磷、白磷着火点比较（如图7a）

将吸干水的白磷、红磷加入到短粗口径试管内，塞上橡皮塞。再将试管同时浸入热水里，让白磷在试管内安全的燃烧。红磷不会燃烧。取出盛红磷的试管留待下一班的学生做相同实验。

（2）白磷的燃烧需要氧气的支持（如图7b、图7c）

在一短粗口径的试管内注入热水，加入一小粒白磷，再把试管放入盛热水的烧杯内。用实验室制二氧化碳的装置改作贮、排空气装置，导气管口对准试管内的白磷。在长颈漏斗口加水，通入空气，既可观察到白磷在热水下燃烧，又可控制白磷不致“乱跑”（如图7b所示）。也可将热水里的白磷用小漏斗罩住，通入空气，排尽漏斗内的水，让白磷在水下漏斗内安全的燃烧（如图7c所示）。

参考文献：

1.义务教育初中科学课程标准.北京师范大学，2011.

2.朱清时主编.科学（九年级上）.浙江教育出版社，2014.

3.朱清时主编.科学（八年级上）.浙江教育出版社，2014.

（作者单位：浙江省永嘉县瓯北第一中学）