实验改进提高初中化学教材实验的教学效果

2017-07-25姚亮发张贤金吴新建

化学教学 2016年12期

姚亮发+张贤金+吴新建

摘要：为提升实验的教学功能，通过对人教版初中化学教材中“二氧化碳熄灭蜡烛火焰”、“氢气与氧气混合引起爆炸”、“铁丝在氧气中燃烧”三个实验的探究和改进，提高了实验的成功率和教学效果，且能节约药品，增强了实验的趣味性、简易性和探究性，激发了学生的学习兴趣。

关键词：蜡烛燃烧；氢氧爆鸣；铁丝燃烧；趣味实验；实验改进

文章编号：1005–6629（2016）12–0056–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学是一门以实验为基础的学科，初中化学又是学生学习化学的启蒙阶段，要让学生对化学学习产生兴趣并喜欢学习，实验教学是开展化学课程教学的重要手段。教师若能结合具体的教学内容，对部分实验进行探究和改进，不仅可以提高实验教学效果，还可以培养学生的探究精神和创新素养。

1 二氧化碳熄灭蜡烛火焰实验的改进

1.1 改进背景

人教版九年级化学上册教材第六单元课题3“二氧化碳和一氧化碳”中二氧化碳使蜡烛火焰熄灭的实验（见图1），操作时因为受到气流或倾倒不当等因素的影响，燃着的蜡烛往往没有从下往上依次熄灭，有时可能出现两支燃着的蜡烛都不熄灭、上面燃着的蜡烛先熄灭、两支燃着的蜡烛几乎同时熄灭等三种异常情况。

1.2 改进思路

许多同仁通过对倾倒二氧化碳熄灭蜡烛火焰实验的改进[1]来提高该实验的成功率。这些实验改进主要是在烧杯中添加硬纸板作为挡板或在烧杯中添加漏斗（见图2），改进的实验虽然克服了原教材实验中出现的一些问题，但依然存在部分缺陷，不能完全令人信服。笔者改进的实验装置，做到了直观性更强，实验更简单，操作者向装置中倾倒二氧化碳就像倒水一样，不会直接倒在高的蜡烛火焰上，并且保证二氧化碳能从底部涨上来，使燃着的蜡烛从下往上依次熄灭。

1.3 实验装置

装置为一个长9cm，宽5cm，高7cm，底为9cm×5cm的玻璃盒，在盒中固定一片长7cm，宽5cm的玻璃片，玻璃片上部超出玻璃盒高1cm，离底部1cm，离左边7cm，右边2cm，将玻璃盒分成两部分，空间大的部分放蜡烛，空间小的部分用于倾倒二氧化碳，因为玻璃片比玻璃盒高1cm，可防止二氧化碳直接倾倒在高的蜡烛上，造成高的蜡烛先熄灭的现象，同时二氧化碳从玻璃片下的空隙中流入，更能证明二氧化碳的密度比空气大，使燃着蜡烛从下往上依次熄灭（见图3）。

1.4 实验步骤及现象

用集气瓶收集好一瓶二氧化碳气体。在玻璃盒的一边放两支高低不同的蜡烛，点燃玻璃盒内的蜡烛。

把二氧化碳气体从中间玻璃片的一侧缓缓倒入。燃着蜡烛的火焰由下而上依次熄灭。

笔者用该装置多次重复以上实验，调换高低蜡烛的顺序，随着二氧化碳气的倒入，燃着蜡烛的火焰都能由下而上依次熄灭，且实验现象明显，实验成功率高。

1.5 改进后优点

该装置用玻璃片隔开，能有效地防止二氧化碳气体倒在高的蜡烛火焰上，使高的蜡烛火焰先熄灭；玻璃片下留有空隙，使二氧化碳像水一样从玻璃片下的空隙中流入，能直观地证明二氧化碳的密度比空气大；该装置需要的二氧化碳气体的量比教材中的实验更少，且操作更简单，实验成功率更高。

需要说明的是，如要用大烧杯做该实验，可剪一张大小合适的硬板纸替代玻璃片，能大大提高实验成功率。

2 氢气和氧气混合爆炸实验的改进

2.1 改进背景

人教版九年级化学教材上册第四单元课题3“水的组成”中讲到：混有一定量的空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，由于学生缺少感性认识而对此理解不深。笔者查阅了相关文献，有关氢气与氧气（或空气）混合引起爆炸实验已有不少同仁进行改进，如氢气爆炸实验的改进[2]（见图4）、氢气与空气混合气爆炸实验的改进[3]（见图5），这些改进的实验装置具有可操作性、直观性强等优点，都能使学生感受到氢气不纯遇明火会引起爆炸，但趣味性相对较弱。

2.2 改进思路

通过实验改进，设计一个方便、安全、有趣味性且实验成功率高的实验，用该实验装置既能证明混有一定量的空气或氧气的氢气遇明火会发生爆炸，又能提高实验成功率，节约药品。

2.3 实验装置

锥形瓶（250mL）、分液漏斗、双孔塞、Y形管、导气管，装有肥皂水的水槽（见图6）。

2.4 实验步骤与现象

检查装置气密性，加固体药品，连接实验装置，將导管通入装有肥皂水的水槽中。

在分液漏斗①中加入15%的过氧化氢溶液，在分液漏斗②中加入10%的稀盐酸溶液，分别打开两分液漏斗，将生成的气体混合后通入肥皂水中，控制两液体滴入速度，使两边产生气体的速度大致相等。

当水槽中产生的泡沫达到一定量后，先取少量泡沫进行检验，控制好量后用左手掌舀起适量的泡沫，手移离水槽一段距离，右手点燃小木条，将小木条靠近左手上的泡沫，混合气即被点燃，瞬间听到尖锐的爆鸣声，同时产生一团明亮的火焰，而手却毫发无损。

2.5 改进后优点

该实验最大的优点是虽在手上点燃、引爆混合气，但有惊无险，趣味性强，可带给学生视觉等感官的冲击，引发学生的好奇心和兴奋感，让学生在快乐中学习，使学生记忆深刻；且该实验操作简单，实验现象明显；通过观察泡沫产生的量，用分液漏斗控制产生气体的速度，只需要少量的泡沫就能听到大的响声，节约了药品；该实验可连续产生爆鸣气，只要有泡沫就可以反复操作，且实验安全、成功率高。

3 铁丝在氧气中燃烧的改进

3.1 改进背景

人教版九年级化学教材上册第二单元课题2“氧气”实验2-4铁丝在氧气中燃烧的操作如是描述：取一根铁丝，在下端系一根火柴，点燃火柴，待火柴快燃尽时，插入充满氧气的集气瓶中，观察现象。按照教材中的方法进行实验，火柴的长短和插入集气瓶的时机是实验成功的关键因素：火柴太长、插入太早，会消耗掉部分氧气，火柴太短、插入太迟，温度还没有达到鐵丝的着火点，铁丝往往不能剧烈燃烧（难见到火星四射），常是火柴亮一下，铁丝却没动静；或者铁丝虽然已被引燃，但反应不剧烈，燃烧一下又熄灭等等。不少教师反映用此方法在课堂上演示的失败率不低。

3.2 改进思路

铁丝在氧气中燃烧实验也有不少好的改进方案，如增加铁的比表面积法[4]和燃纸检验法[5]等，通过对这些改进实验的探究，笔者设计了一个操作简单、有趣味性、有探究性（可引导学生开展探究活动）、且成功率高的实验，该改进实验可以作为教材外实验的补充，以提高学生学习的兴趣和效果。

3.3 实验装置

取一个塑料小药瓶，在瓶盖上用缝衣针钻几个小孔，在药瓶内装1g左右的铁粉，再拧紧瓶盖。

3.4 实验步骤与现象

点燃酒精灯。将装有铁粉的小瓶子倒拿，并轻轻地振摇，将铁粉像撒胡椒粉那样均匀地撒在酒精灯火焰上。

当铁粉和酒精灯火焰一接触，铁粉就在空气中剧烈燃烧，火星四射，实验现象非常明显（见图7）。做该实验时，最好能戴上防护镜。