“实验室制取二氧化碳装置改进与创新”课堂教学实录与反思

2015-11-25文唐翕

中国现代教育装备 2015年14期

关键词：药瓶锥形瓶固液

文唐翕

文唐翕

一、学习目标

（1）在学会使用固体与液体不加热反应制取气体的实验装置基础上，理解固体与液体分离使反应停止的原理，并运用原理进行实验装置的改进与创新。

（2）通过实验装置改进与创新的引导，提高学生化学实验的基本技能，培养学生创新实验的能力。

（3）通过装置的改进与创新的引导过程和体验，促进学生创新精神的形成，提高创新思想的自信心。

二、实验仪器

除引导用二氧化碳发生装置外，无确定性装置。

三、教学意图

在学习二氧化碳制取装置时，学生已经初步地具备选择实验仪器，并设计组装装置的能力。再通过固体与液体反应制取气体的反应过程中，固体与液体一旦分离反应即可自动停止的原理，围绕着固体和液体分离过程和效果，让学生自己提出实验仪器、装置的改进与创新创意，并在此基础上通过课堂的延伸出来的课外活动，进行实验仪器的改进与创新制作。

四、教学实录

师：同学们，二氧化碳的制取选用固体与液体反应不加热装置，装置可以选用试管作发生容器，请看图1所示的装置。

图1

师：如果我想制取更多的二氧化碳，那试管可以改成什么容器呢？

学生阅读教材，查找容积大于试管的仪器：锥形瓶、平底烧瓶、烧杯、集气瓶。自发议论后得出两种容器：锥形瓶、烧瓶。

师：那请模仿试管的装置，画一画，行吗？

在学生完成会之后，展示学生画的装置。

师：请大家思考一下，这两组仪器有什么缺点呢？

师：缺点在于不能控制反应进程。比如实验完毕后，想让反应停止，但固体和液体继续接触反应，直到一种药品消耗完毕。既浪费药品，又浪费时间。我想改进装置，在不想反应发生时，就能达到固液分离效果，使反应停止，可行么吗？

学生好奇，并议论纷纷。

师：我们利用长颈漏斗、试管以及锥形瓶设计成如图2所示的装置，利用气压的变化，就有可能达到我们分离固体和液体的目的。

图2

学生通过观察演示实验，能很快发现反应依然在进行。

师：这两套我们的改进装置，又有什么缺点呢？

生：液体并没有完全压回长颈漏斗，固液完全分离不彻底。长颈漏斗上面圆球的容积太小，液体会满出来。

师：非常好。玻璃在高温下，可以改变成任何形状。我们可以让玻璃工人把长颈漏斗上部容积做大，从而解决问题。只要有草图，玻璃工人可以改变任何装置外形。你能设计一套装置，用以解决固液分离不彻底的问题吗？

学生议论纷纷，相互交流。

生：可以这样，长颈漏斗下端可以再下去点就好了，那我们就把锥形瓶下面做个小尖尖，液面就下去了，完全分离。

学生在黑板上画出了草图，并进行介绍。台下气氛高涨的学生一边认同，一边举手。举手的分两类人，一类想立刻展示自己与他不一样的杰作，另一类则是想立刻指出这套装置的缺点。

生：这样的仪器可以做，但放不稳啊？

生：试管放不稳都可以用试管架和铁架台，我们也可以做一个台子啊！要不放在塑料泡沫上如何？

师：创新需要我们有天马行空、不受限制的思维想象。我们提倡画出最奇形怪状的蓝图。但真正的工业设计与实施，还需要考虑到更多细节，例如装置的逻辑原理和优势，材料的获取与加工，生产与价值成本的合理性等。对创新进行改进的过程，也是一种创新，也值得大家尝试。接下来，我们让更多的学生展示他们的产品或者改进。

图3

师：为了打开思路，给大家展示一下另一位学生的设计。有人提出：固液完全分离的装置，可以用提高固体高度达成。所以设计了一个这样的装置（如图4、图5所示）。

图4

图5

学生赞不绝口，并又开始设计隔板风格的装置。

生：老师，我喜欢集气瓶代替锥形瓶，更稳重，更漂亮。

师：你真有乔布斯的理念啊，你可以画你想要的仪器。

在各种表扬、赞美和引导下，学生作品开始努力设计更多的装置。生：为什么偏要用气压呢？能不能手动停止反应呢？师：可以呀，只要实用与方便，你们都可以尝试一下呢。

生：那我想这样（如图6所示）。

图6

生：不不行，你的小隔板好悬，固体放不稳，用个小药瓶吧，塑料的，戳上些小孔。

从消防安全的角度考虑，防止发电机和UPS因火灾同时失去功能，油机房需在院内单独建设，距办公楼≥20m，对不能满足该条件的站点，可以根据现有条件安排，但油机房应做防噪音处理。

生：好强，试管里放小药瓶（如图7所示）。

图7

生：试管换成集气瓶吧，大号的（如图8所示）。

图8

学生议论开了，不时有人举手，不时又有人反对，不时又有新创意了。

师：看来大家收获很多！老师也给大家再展示几个教师级的作品，给大家借鉴（如图9～11所示）。

图9

图10

图11

生：真是好设计啊！真厉害啊！

师：大家能有更好的设计嘛？

生：我觉得我有一个更好、更简单的设计。

师：画给大家看看呢！

生：画好了（如图12所示）。

图12

师：这是怎么回事啊？

生：方格中有网格，固体放在网格上，液体在网格下。要反应就倒过来，想停止就翻回去。

教师和学生都鼓起掌来。

师：这是我上这节课很多次，听到的最简单，最有创意的设计。大家都觉得怎么样？只需要这个创意，就值得大家为他鼓一次掌。

生：有问题，老师，他这个从哪里放药，从哪里导气啊？

生：我还没有想好，还有很多细节好像很难设计！

师：非常好！大家都可以帮忙完善这个创新的作品。我很希望能看到一个实物产品。如果我们真的有发明专利，那我们要有确实可推广的产品。我们在课堂上收获了这么多的蓝图，能实施吗？能变想象为现实吗？有信心在实际操作中解决更多困难吗？我希望在课外时间，有人能实施完成他们自己的作品。

五、课后反思和延伸

课堂内容就这样短暂的结束了，留下学生无限的创意、信心和热情。笔者带领学生认真地对他们的产品进行了实施：为了能烧制锥形瓶下的小尖尖，我们用酒精喷灯一连烧坏了几个锥形瓶。学生都表示受热不均很难完成时，笔者联系了一个玻璃加工作坊，带领学生参观了烧制玻璃过程，并真正完成了锥形瓶的改造，学生都兴奋至极。手动提拉小药瓶的改进装置进展顺利，效果优秀。而最有创意的重力方格，也在学生的火眼金睛下，找到了材料，得以实施。虽然最终产品并不漂亮，离我们设想的美好画面有距离，但笔者同样表扬了学生。

本课最大的亮点，是让学生参与设计。在原理用实验展示完成后，运用原理，改进装置，创新装置，这比教师“死讲道理，见题记装置”要有效得多，深刻得多。而课堂的形式也可以以小组合作为背景，学习与实践结合，真正做到学以致用，素质为先。是一堂不可多得的、可实施的素质课堂。

在课堂中，有些操作引导可以商榷。例如，学生先创新一些装置，再集体分小组改进这些装置，还是创新一个，改进一个。在这节课设计环节中，是边创新，边改进，边引导，学生参与度高，但讨论时需要强化管理，防止放出去，收不回来。

最后不得不提，课下第二课堂的实施是十分重要，一定要做的环节。一是让学生真正感到设计创新是需要实际操作的，离我们不远，增强信心，加强兴趣。二是让学生感知为人做事的风格：不纸上谈兵，实事求是，做行动的巨人。对学生成长成人有很大帮助和鼓励。

六、创新实验说明

本实验基于课堂过程使用，所以实验说明辅佐在课堂实录之后。

装置一（如图13所示）：带小尖锥的锥形瓶。来源于对基本锥形瓶装置的改进。目的是降低长颈漏斗下端的高度。漏斗低端越低，液体液面最终也就越低，也就有机会达到固液完全分离。锥形瓶放不稳的问题，可以用塑料泡沫做平台放置。装置在改进过程中有难度，普通喷灯预热效果不好，容易炸裂，建议改进时选择专业的玻璃加工为技术支持。

图13

装置二（如图14所示）：广口瓶配小药瓶。手动固液分离装置。固体药瓶放在小药瓶中，药瓶壁的小孔用于液体药品的进入。广口瓶中盛装液体药品。需要反应时放下铜丝，反应停止时拉上铜丝。外观美观，材料较易收集。类似风格和材料的装置较多，可灵活组装。

图14

装置三（如图15所示）：重力盒子发生器。盒子本身最好是透明材料，又需要在内部镶入网状材料，所以选择到酸碱盐导电实验的盒子，装好网状材料后把两个盒子对接，并用蜡封防止漏气。设计中在盒子表面钻了导气管的位子，即是气体的出口，也是药品的装入口。装入药品时，先用漏斗装入液体药品，量不能太多（倒置时不能漫过圆出口），正确放置后，再装入固体药品。发生反应时需小心倒置，切勿过快与摇晃。