初中化学实验器材的改进与创新研究<br/>——以氧气的制取和性质实验为例

初中化学实验器材的改进与创新研究
——以氧气的制取和性质实验为例

2016-05-05穆小艳

化学教与学 2016年4期

关键词：改进创新标准

穆小艳　裴　锐

（江苏省淮阴中学　江苏淮安　223002)

初中化学实验器材的改进与创新研究
——以氧气的制取和性质实验为例

穆小艳裴锐

（江苏省淮阴中学江苏淮安223002)

摘要：各种版本的初中化学教材中，都设置和安排了许多实验。但由于部分传统实验器材的不完善、传统实验设计的不合理性、书本知识中心论以及教师对化学实验器材改进及创新的严重忽视、缺乏对实验创新的教研等，严重影响实验的预期效果与教学的有效性。文章以“氧气的制取和性质实验”为例，通过文献查找、实践研究，系统分析了当前实验器材改进与创新中存在的主要问题，并围绕问题，进行了一系列的深入研究与实践。

关键词：初中化学实验器材；改进；创新；氧气的制取和性质；标准；策略

一、问题的提出

化学是一门以实验为基础的自然科学。基础教育化学新课程提出以提高学生的科学素养为主旨，倡导以科学探究为主的多样化学习方式，重视学生的亲身经历和体验。要在化学教学中落实这些新的课程理念，都离不开化学实验。在各种版本的初中化学教材中，都设置和安排了许多实验。化学实验能使学生形成有关物质的概念、化学原理和基础理论，帮助学生巩固知识，激发学习兴趣和发展观察能力、思维能力和培养实验技能；甚至在对学生科学世界观和方法论的形成中都起到了重要的作用。但由于部分传统实验器材的不完善、传统实验设计的不合理性、书本知识中心论以及教师对化学实验器材改进及创新的严重忽视、缺乏对实验创新的教研等，严重影响实验的预期效果与教学的有效性。有的教师在具体教学中不得不望洋兴叹，忍痛割爱，用传统的说教来替代相关学生实验或演示实验。化学实验的功用得不到发挥，就会直接影响到化学课堂教学的效果，难以帮助学生理解科学知识，更谈不上达到培养学生科学探究能力，体验和养成科学思维方式，初步形成科学精神的教育目标。

二、初中化学实验器材的改进与创新的标准

化学实验的创新和改进过程是一个充满艰辛和曲折的过程。经过不断的探究、反复地试验，笔者提出了以下30字改进和创新标准：科学性，可呈现；安全性，无伤害；经济性，大众化；简约性，不复杂；环保性，绿色化。

（1）科学性，可呈现：实验原理、操作和方法必须符合自然科学的基本原理。

（2）安全性，无伤害：尽量使用无毒性药品和尽量使用危险性较小的操作。

（3）经济性，大众化：所选的药品、器材等便宜，在绝大部分单位都能实现。

（4）简约性，不复杂：装置简单、步骤少，能在较短的时间内完成。

（5）环保性，绿色化：实验的反应物和生成物污染少，不会对环境造成破坏。

安全是前提；经济是基础；简约是保证；绿色化是追求；现象明显是最终目的。

三、初中化学实验器材的改进与创新的内容

1.实验器材及装置的改进与创新

实验反应装置是化学实验的重要组成部分，实验反应装置的改进与创新对实验效果的优化和实验价值的更好体现有很好的促进作用。

2.实验反应条件的改进与创新

实验反应条件的选择与控制是决定实验成败的关键，因此为了使效果更加理想，就需要对实验的最佳条件进行探究。

3.实验方案改进与创新

科学、合理、周密、巧妙的实验方案往往可以使实验效果最优化。

四、以氧气的制取和性质实验为例

1.传统装置（如图）：

3.实际需求：每个班级演示氧气性质时至少需要5瓶氧气，3个班至少要15瓶。

4.实用弊端

（1）由于反应速度太快，导致过程中打开分液漏斗活塞时双氧水无法滴下，却有许多气泡向上逸出。

（2）随着反应的进行，双氧水浓度下降，反应速度严重减慢。

（3）发生装置的气压不能平衡，严重影响反应速度。

（4）反应器皿内不能及时放出废液，稀释了反应物的浓度，影响了反应的过程与结果。

（5）由于没有干燥装置，即使用向上排空气法获得的氧气中仍夹杂部分的水蒸气，影响“蜡烛燃烧”产物的检验。

（6）制取氧气速度不符合学情和教情，如果提前收好氧气，放在准备室，很容易逸散掉。

（7）向教室中运输时，也容易造成氧气逸散，氧气浓度下降，导致演示实验失败。

化学课若是多节连排，为了在课间10分钟内收集大量氧气，会通过加大双氧水浓度来提高反应速率。经验表明，在制取过程中由于瓶内压强过大，双氧水无法滴下，且由于反应放出大量的热，收集的氧气中夹杂大量水蒸气，对蜡烛燃烧产物的检验产生干扰。随着反应的进行，锥形瓶内后滴入的双氧水浓度不断被稀释，反应速度减慢。基于这些弊端，笔者通过改进发生装置和演示装置，节约了实验时间，提高了演示效果，方便了师生实验操作。

5.基于传统的创新

（1）创新实验装置：

（2）创新亮点：

①在发生装置中引入一根橡皮条，以达到平衡气压的效果。

②在锥形瓶的底部，增设一个放液口，以达到及时放出废液的作用。

③有了上述的改进，可以快速且大量的制取氧气。

④在出气通道中增设了干燥剂，以达到去除水蒸气、消除干扰的作用。

⑤在集气瓶的底部开设进气口。利用氧气的密度比空气大，可以连续不断地从上部收集氧气。上半部分消耗氧气，从底部源源不断的补给上去，一次性可以完成所有的氧气性质演示实验。

本实验采用块状二氧化锰为催化剂，块状二氧化锰比粉末状二氧化锰更易于回收，可反复多次使用，更经济。本实验利用改进后的一只集气瓶便可完成5项性质实验，更具有简便性。可现场收集、即时演示、现象明显、成功率高，具有较好的教学效果，也适用于氯气、二氧化碳等多种气体的制取及性质实验。

五、初中化学实验器材的改进与创新的策略

1.联系实际调查研究

某些书本实验，从实验原理上看没有缺陷，实验器材也具备，但具体到实践操作，实验效果却往往不佳。我们可以集思广益围绕“初中化学实验改进与创新”这一主题引导化学学科教师开展主题研究活动，以学科教研活动的形式为抓手。在尊重教材、理解教材有关实验内容编写意图的基础上，针对某些实验缺陷、不够环保、效果不够明显或不易成功的实验，在保证实验科学性的前提下，寻找改进处、创新点并付诸于行动。最大程度使改进后的实验从科学性，可呈现；安全性，无伤害；经济性，大众化；简约性，不复杂；环保性，绿色化等方面改进和优化，提高实验教学效果。

2.它山之石可以攻玉

可参阅物理、生物等自然科学的实验器材及相关的科学思想，将实验室里现有的或生活中的某一些器材和物品，利用其整体或相关部件，进行知识迁移，开发改进一些创新迁移实验，可以帮助我们有效地突破综合实验的难点。

以图为例：这个是生活中输液的原理图，也是高中物理中演示平抛运动轨迹的原理图。左侧直管的作用就是起到平衡气压的作用。可将此点应用到需要平衡气压的化学实验中。

3.资源整合取长补短

书本上有些内容在编排时并没有相关的实验，实验室缺乏专有的器材，但如能利用实验室已有器材与生活中的日常用品进行巧妙组合，亦能取得好的效果。这类实验的开发，因其取材方便、操作简单，实验生活化，不失为一条好思路。

假如说实验教学是初中化学教学的“锦”，那么实验的有效改进与创新就是锦上添的“花”。基于这些情况，教师若能善于沟通、乐于思考、勤于动手，利用实验室或生活中各种物品有效与化学器材厂进行合作创新，进行实验器材的科学设计，既可解决仪器不足或不合理的问题，同时亦是科学创新精神的充分体现。只要我们多一份思考与行动，多一份开拓与创新精神，就一定可以多一些精彩。