“探究微粒的运动”进阶式实验教学设计

周广 李德前

摘要： 探究微粒的运动是发展学生宏观辨识与微观探析素养的重要实验。利用塑料瓶、小药瓶等生活用品设置三组进阶式实验，教学中运用对比的实验思想，指导学生由点到面、由二维空间到三维空间分析实验现象，培养学生的化学思维及空间想象力，帮助学生从微观层面理解宏观现象的发生，从而深刻体会微粒的运动性。

关键词： 微粒的运动; 进阶式实验教学; 实验设计

文章编号： 10056629（2022）04007104

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

现行九年级化学教科书中均安排了借助浓氨水和酚酞溶液探究微粒运动的实验（装置如图1所示），旨在通过酚酞溶液变红的宏观现象来认识微粒的运动性。对于初中阶段的学生而言，能从烧杯C中的甲溶液逐渐变红得出“构成物质的微粒是不断运动的”这一知识，基本上就达到了教学要求。

笔者引导学生绘制上述实验过程中的微粒运动示意图（如图2所示），对微粒及其运动轨迹进行探析。从作品反馈来看，学生虽能从实验1和实验2对比中得出烧杯C中的酚酞溶液变红是因为构成浓氨水的微粒不断地从烧杯B中运动到烧杯C中，但头脑中对微粒的运动状态还不是很清晰。为了帮助学生深入微观世界，认识微粒的运动性，发展学生的化学学科思维与方法[1]，我们对课本实验进行了改进、整合，设计了3组进阶式对比实验，旨在引领学生逐步深入地探析微观世界的奥秘，逐步感知微粒的运动状态及最终达到的一种动态平衡过程。

1 进阶实验Ⅰ

1.1 实验用品

250mL烧杯、棉签、玻璃片;浓氨水、酚酞溶液

1.2 实验装置

新设计的实验装置如图3所示。

1.3 实验操作

（1） 取两根棉签，分别蘸取适量的浓氨水、酚酞溶液。

（2） 如图3所示，将两根棉签方向相反放置于玻璃片上，再罩上燒杯，观察实验现象。

1.4 现象与结论

蘸有酚酞溶液的棉签慢慢变红，说明构成浓氨水的微粒在不断运动。

1.5 实验优点

实验操作简单，药品用量很少，实验过程绿色环保，很适合学生的分组实验。

1.6 实验教学分析

学生从蘸有酚酞溶液的棉签不断变红的现象分析，很容易得出构成浓氨水的微粒在不断地运动，初步感知微粒的运动性。学生虽能从该实验中认识到构成物质的微粒在不断地运动，但对微观世界微粒是如何运动的还比较模糊。教学中可再组织学生进一步思考、交流，通过对以上实验的评价与反思来发展学生的化学思维，培育学生的学科人文素养。

此时，教师可提问： 实验中有没有闻到刺激性的气味？学生就会联想到教科书上的实验所用浓氨水的量较多，氨气在室内的泄漏也会较多，不利于师生身心健康，此时会有不少学生脑海里重新思考： 如何设计实验才能减少浓氨水的用量，同时还能形象地显现出微粒的运动过程[2]。这一想象的闪现会即刻激活学生的思维，学生经过思考交流后，展示各自的实验方案，教师根据学情加以评价和引导，适时呈现进阶实验Ⅱ。

2 进阶实验Ⅱ

2.1 实验用品

550mL宽口透明塑料瓶、小药瓶、湿巾、塑料吸管、剪刀、细线、胶头滴管;浓氨水、酚酞溶液

2.2 实验装置

新设计的实验装置如图4所示。

2.3 实验操作

（1） 找两个550mL宽口透明塑料瓶，洗净后备用。

（2） 用剪刀将塑料吸管剪成6cm长的两段，每一

段的中间都穿上细线。

（3） 用剪刀将湿巾剪成两块大小一样的长方形（5cm×30cm），再将每块湿巾用酚酞溶液浸湿（注意挤去多余溶液），然后将湿巾对折后分别挂放在穿有细线的塑料吸管上。

（4） 取两个小药瓶，在瓶口系上一段细线，再用胶头滴管向小药瓶中滴入约1mL浓氨水。

（5） 按图4所示，连接好整个实验装置（确保装置不漏气），观察实验现象。

2.4 现象与结论

靠近小药瓶附近的湿巾先出现星星点点的红色，然后红色逐渐扩散开来;变红的深浅程度开始不同，但最终整块湿巾都变红了。

实验现象充分说明构成浓氨水的微粒是在不断地运动的，而且最终湿巾周围的微粒分布还是比较均匀的。

2.5 实验优点

（1） 实验操作简单，实验用品来自生活，富有趣味性;药品用量较少，实验过程绿色环保。

（2） 实验现象明显，学生通过观察湿巾上出现红点由点到面的发展变化，可以感知微粒的运动过程，初步探析微观世界微粒运动的奥秘。

（3） 实验装置的制作过程，凸显劳动教育。既锻炼了学生的动手操作能力，又培养了学生的实践创新能力。

2.6 实验教学分析

根据实验现象，学生容易理解构成浓氨水的微粒从小药瓶处不断地向四周运动，最终均匀地扩散致整个塑料瓶内。

学生初步理解微粒的运动性后，教师可再进一步发问： 你认为该实验有哪些优点和不足？你能设计实验探析微粒在三维空间的运动轨迹吗？这些问题的提出再次激发学生的深度思考，为学生思维的生长或发散搭建台阶。他们会不断地思索，会有学生大胆而创造性地设计出一些实验[3]。此时，教师针对学情及时鼓励与评价，即时呈现进阶实验Ⅲ。

3 进阶实验Ⅲ

3.1 实验用品

5L的宽口透明塑料桶、小药瓶、剪刀、细线、胶头滴管;浓氨水、浓盐酸

3.2 实验装置

新设计的实验装置如图5所示[4]。

3.3 实验操作

（1） 将3个5L的透明塑料桶洗干净，备用。

（2） 取6个小药瓶，洗干净后分别用细线系住瓶口;向3个小药瓶中分别滴入约1mL的浓氨水，向另外3个小药瓶中分别滴入约1mL的浓盐酸。

（3） 按图5所示，连好整个实验装置（确保装置不漏气），观察实验现象。

3.4 现象与结论

实验过程中，3个塑料桶内最先出现白色的位置不同（A桶中部靠近浓盐酸的位置最先出现白色，B桶中部靠近浓盐酸的位置最先出现白色，C桶中部靠近浓盐酸位置最早出现白色），由现象可知氨分子运动速率快于氯化氢分子运动速率。最终3个桶内都比较均匀地充满了白烟（白烟是NH3和HCl反应生成的NH4Cl固体小颗粒）。

对比3个桶中白烟最早出现的位置和白烟的变化，学生可以清晰地想象出，构成氨水的微粒和构成浓盐酸的微粒在三维空间里做无规则运动，并且在相同情况下分子质量越小其运动速率越快。

3.5 实验优点

（1） 实验操作简单，药品用量较少，绿色环保。

（2） 实验现象空间感比较强，可以帮助学生探析微粒在三维空间的运动轨迹，丰富學生的空间想象力，深度感知微观世界的运动奥秘。

3.6 实验教学分析

通过设计3组对比实验，引导学生观察瓶内白烟的产生及变化，他们会认识到： 不同微粒的运动速率是不同的。此时教师加以点拨后，学生会得出： 分子的质量不同其运动速率不同。白烟的产生可以从宏观上反映出微观粒子的空间运动全过程，丰富了他们的想象力，培育了他们的实验思维。学生通过参与以上3组进阶式的实验探究，脑海中会对微粒的运动性有一个比较深入的认识，感知到微粒在三维空间的运动情况及微粒的运动最终会到达一个动态平衡，这为后续学习溶解现象、溶液中的离子反应、酸碱盐知识、化学平衡等基本原理做好了前期的知识铺垫[5]。

笔者再次引导学生绘制有关微粒运动的示意图（如图6所示），发现大多数学生对微粒的运动有了比较清晰、全面的认识。

4 结束语

在实验教学中，一些教育装备条件有限的学校应指导学生从日常生活中寻找替代品，鼓励条件较好的学校积极开展实验创新活动，优化实验效果。教师还可以根据实验目的及实验特点设计进阶式实验，以培育和丰富学生的化学思维方法[6]，体现和增强实验的育人功能。

总之，拓宽实验手段和方法，将教科书中的实验进行优化改进并创新实验形式或内容，可以增强实验的趣味性和知识性，激发学生深层次的思维活动，锻炼学生的实验操作能力。

参考文献：

[1]吴俊明. 化学思维引论[J]. 化学教学， 2018， （6）： 3～11.

[2]周广， 李德前. 分组、演示同精彩——巧借废旧塑料瓶探究微粒运动[J]. 化学教与学， 2017， （2）： 82～83， 96.

[3]

[5]周广， 刘翠， 李德前. 基于化学思维进阶的实验创新设计[J]. 实验教学与仪器， 2020， （2）： 38～40.

[4]甘磊， 李德前， 张羿. 借助直角玻璃管开发化学实验的尝试[J]. 化学教学， 2021， （8）： 68～71.

[6]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012.