創(chuàng)新化學(xué)實驗順應(yīng)時代發(fā)展
——中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的發(fā)展趨勢之我見

杜嘯紅

(湖北省武漢市漢南區(qū)紗帽中學(xué)湖北武漢430090)

創(chuàng)新化學(xué)實驗順應(yīng)時代發(fā)展
——中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的發(fā)展趨勢之我見

杜嘯紅

(湖北省武漢市漢南區(qū)紗帽中學(xué)湖北武漢430090)

文章先簡述了中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的意義,然后借助幾個成功的實驗創(chuàng)新案例,逐步分析中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的發(fā)展趨勢。發(fā)展趨勢為：裝置簡單化、操作便捷化;進程快速化、現(xiàn)象顯著化;體驗趣味化、過程安全化;用品生活化、場所家庭化;規(guī)模微型化、排放綠色化;組合系統(tǒng)化、功能全面化。

中學(xué)化學(xué);實驗創(chuàng)新;發(fā)展趨勢

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。化學(xué)實驗除了可以幫助學(xué)生獲取基本的化學(xué)知識、培養(yǎng)基本技能以外，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、教會學(xué)生科學(xué)的探究方法、養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、豐富學(xué)生的情感體驗方面，有著其他教學(xué)方式不可替代的功能。然而現(xiàn)行教材所涉及的有些實驗存在著不足，如果對它們進行科學(xué)地改進和創(chuàng)新，不僅能夠大大地改進實驗教學(xué)條件，而且還能進一步地引導(dǎo)學(xué)生進行多角度、深層次的理性思維，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑權(quán)威的批判精神和銳意創(chuàng)新的意志品質(zhì)。

化學(xué)實驗的創(chuàng)新，不能為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，而應(yīng)該在不違背科學(xué)原理的前提下，優(yōu)于原有的實驗，這樣才能促進實驗教學(xué)，提高學(xué)科的課堂教學(xué)效率。筆者透過以下幾個成功的案例，總結(jié)出中學(xué)化學(xué)實驗創(chuàng)新的幾大發(fā)展趨勢。

一、裝置簡單化、操作便捷化

實驗教學(xué)是為化學(xué)知識和技能的學(xué)習(xí)服務(wù)的，所以對實驗的改進，必須有利于教師對實驗的準(zhǔn)備，方便學(xué)生的組裝和操作，容易獲取明顯而直觀的實驗現(xiàn)象。

例如：對新人教版初中化學(xué)教材里白磷在熱水中燃燒的實驗，有老師改進成直接將空的冷試管倒插入熱水中，罩住杯底的白磷，利用受熱膨脹從管口溢出的空氣，使白磷在水下燃燒起來（如圖1所示）。這樣省去了制取氧氣的裝置和操作，簡便易行，而且現(xiàn)象明顯，在保證原有的實驗效果的前提下，提高了課堂效率。

二、進程快速化、現(xiàn)象顯著化

現(xiàn)行的人教版化學(xué)教材中，有的實驗由于原理和條件上的限制，要么條件苛刻導(dǎo)致耗費時間過長，要么成功率不高或者現(xiàn)象不夠明顯。

圖1 白磷在水下燃燒

例如：點燃蠟燭熄滅后的白煙的實驗中，由于吹滅蠟燭導(dǎo)致白煙散開，再用打火機去點火，成功率很低。可改進為：用較粗的銅絲繞成一厘米左右長短、直徑合適的螺旋圈從上往下，緩慢地罩住蠟燭的火焰，由于銅圈吸熱使?fàn)T火的溫度降到著火點以下而熄滅，此時產(chǎn)生濃厚的白煙，用打火機一點就著，成功率極高。

再如新人教版教材中木炭還原氧化銅的實驗，不僅要加熱到高溫，耗時較長，而且黑色粉末中出現(xiàn)紅色固體的現(xiàn)象不夠明顯。湖北武漢的周召兵老師將其改進成如圖2所示：將膠頭滴管折成帶有橡膠乳頭的玻璃彎管，事先用膠頭滴管吸水后，如能形成一段穩(wěn)定的水柱，則說明氣密性良好。再用鋁槽把木炭粉與氧化銅按1∶2的體積比配制好的藥品較集中地鋪在玻璃橫管的中央，固定已加入石灰水的試管，使試管與桌面成45°角，將玻璃彎管的尖嘴部分插入試管中，調(diào)節(jié)高度，用酒精燈的外焰加熱玻璃彎管的藥品部位。片刻就會觀察到試管內(nèi)澄清的石灰水變渾濁，彎曲的滴管內(nèi)壁亮紅色的固體生成。這樣改進后，裝置簡單而不失科學(xué)：通過提高熱量的利用率，從而達到反應(yīng)所需的條件，而且用時少，現(xiàn)象明顯，操作容易，既符合初中學(xué)生的實驗心理，也能提高實驗的成功率。

三、體驗趣味化、過程安全化

“興趣是最好的老師”。許多學(xué)生對化學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣源自于實驗。各種“新”、“奇”、“特”的實驗現(xiàn)象，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生步入化學(xué)之門，還能激發(fā)他們強勁而持久的學(xué)習(xí)熱情。所以對實驗的改進，必須增強其趣味性。同時更要提高實驗過程的安全性，這樣使趣味性和安全性兼?zhèn)洌鰪妼W(xué)生對化學(xué)的親切感，體現(xiàn)出化學(xué)的人性化發(fā)展方向。以下是筆者對“氫氣驗純”和“氫氣爆炸”的改進——“巧用泡泡水，改進氫氣的實驗”

圖2 木碳還原氧化銅實驗

之一：火探水泡（檢驗氫氣的純度）

向蒸發(fā)皿里倒入適量的泡泡水，然后將發(fā)生器中產(chǎn)生的氫氣通入泡泡水中，待產(chǎn)生幾個氫氣泡時，停止通入氫氣并移開導(dǎo)管及發(fā)生裝置。立刻用電子點火槍點燃?xì)錃鈿馀荩绻牭捷^大的“嘭”的爆鳴聲，就證明氫氣不純，如果產(chǎn)生的爆鳴聲極小，幾乎聽不到，則氫氣純凈，現(xiàn)象對比明顯。（見圖3）

圖3 檢驗氫氣的純度

之二：飛泡撲火（氫氣的爆炸實驗）

將鐵圈調(diào)整到合適的高度，放上鐵絲網(wǎng)，再在鐵絲網(wǎng)上放幾支燃著的小蠟燭，然后套上蘸有足量的泡泡水的吹嘴，在鐵絲網(wǎng)的正下方約10厘米左右吹氫氣的氣泡，當(dāng)脫離吹嘴的氣泡上升至鐵絲網(wǎng)處時即破，氫氣溢出后與空氣混合并被燭火點燃，發(fā)生爆炸同時發(fā)出“砰”的爆炸聲，現(xiàn)象非常明顯。（見圖4）

圖4 氫氣的爆炸實驗

這樣改進以后，以氣泡代替盛放氫氣的試管和紙筒，簡化了實驗裝置和操作步驟，而且現(xiàn)象明顯，成功率高。整個實驗過程中，氫氣都是在一個開放的空間內(nèi)點燃，不會出現(xiàn)爆炸導(dǎo)致容器或者其碎片傷人的危險，安全性高。而且趣味性也更強，在實驗過程中，隨著爆炸聲響起，部分蠟燭被炸熄滅后，有時又會被后來氫氣爆炸時產(chǎn)生的火焰重新引燃，學(xué)生做起來興致盎然。

四、用品生活化、場所家庭化

著名的教育家陶行知說過：“生活即教育”。所以，積極地鼓勵學(xué)生大膽地選用生活用品替代專門儀器，組建自己的家庭實驗室，完成科學(xué)的、安全的實驗探究，正是“從生活走進化學(xué)”的理念在化學(xué)實驗教學(xué)中的具體體現(xiàn)。

例如：人教版中紅磷燃燒法“測量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗，將其做出如圖5的改進：用注射器代替廣口瓶及盛水的燒杯，用食品包裝袋中的脫氧劑代替紅磷，先用雙面膠把潮濕的脫氧劑固定在針筒的內(nèi)壁，再將活塞推入一個合適的刻度，然后立即用膠皮管和彈簧夾封緊針頭，最后讀出活塞停止時所指示的刻度。這樣改進后，不僅裝置簡單，操作便捷，現(xiàn)象明顯，而且測量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，還特別適合學(xué)生在家里自行完成。很好地體現(xiàn)了化學(xué)實驗的生活化、家庭化的發(fā)展方向。

圖5

五、規(guī)模微型化、排放綠色化

化學(xué)實驗的廢棄物，也是環(huán)境污染物之一，而且有些化學(xué)實驗過程中原本就會放出有毒有害的氣體（如：氨氣、二氧化硫、一氧化碳等等），對師生的身體健康造成危害。因此，在不影響實驗效果的前提下，盡可能地減少藥品的用量，減少污染物的排放，甚至不排放出有毒有害物質(zhì)，對實驗進行微型化、綠色化的改進顯得尤為迫切。

例如新人教版課本中，氨分子擴散的實驗，濃氨水的用量就很大，實驗時氨氣的氣味濃烈而刺鼻。江蘇徐州的李德前老師對其作出如圖6所示的改進：用小藥瓶裝濃氨水，塞上帶有導(dǎo)管的橡皮塞，兩個導(dǎo)管之間用內(nèi)含玻璃珠的軟膠管連接，連接好裝置后，由于軟膠管被玻璃珠堵塞，氨分子不能擴散出來，滴有酚酞試液的紗布條不變紅。再用力擠捏玻璃珠，上下導(dǎo)管相連通，氨分子從小藥瓶擴散到玻璃管里，可以觀察到紗布條自下到上逐漸變紅。這樣改進后，小藥瓶里的濃氨水用量少不說，還可以重復(fù)使用多次，而且氨氣的排放量也很少，突顯了化學(xué)實驗微型化和綠色化的發(fā)展趨勢。

圖6

六、組合系統(tǒng)化、功能全面化

現(xiàn)行教材上的物質(zhì)的制取和性質(zhì)實驗，有利于學(xué)生在鮮活的現(xiàn)象中感知物質(zhì)的特性，但是大多都是分開逐一展現(xiàn)的，不僅加大了藥品的用量，而且耗時較長。如果我們將它們進行科學(xué)的系統(tǒng)組合，就能很好地解決這一問題，切實提高實驗教學(xué)的效率。

例如：李德前老師的“氯氣的制取和性質(zhì)集成化實驗組合”（如圖7所示），巧妙地將氯氣的制取、各項性質(zhì)實驗以及尾氣處理實驗有機地組合在同一實驗裝置當(dāng)中，教師就可以通過這一次實驗，讓學(xué)生全面地認(rèn)識氯氣的制取、各項性質(zhì)以及吸收方法。不僅Mg2+的化學(xué)平衡反應(yīng)方程式。通過Ca2+、Mg2+的添加，學(xué)生認(rèn)識到肥皂不在海水中起泡是因為海水的硬度比一般的水質(zhì)要大。然而對于EDTA能夠使?jié)嵋喝芙獠a(chǎn)生泡沫感到驚奇并不可理解，有25%的學(xué)生認(rèn)為是EDTA直接與Ca2+、Mg2+之間的絡(luò)合。但事實上，EDTA作用是由于它能夠與沉淀CaCO3、MgCO3中的Ca2+、Mg2+離子形成可溶性絡(luò)合物。同理，不難推測實驗6中的現(xiàn)象，EDTA將不溶的脂肪酸鹽轉(zhuǎn)化為其可溶性的鈉鹽形式。

不難看出，學(xué)生能較好地運用以往知識來解釋現(xiàn)有的現(xiàn)象，但對軟化劑是什么，怎么作用并不了解，教師可以借洗滌液中的軟化劑成分，對作用原理加以介紹，利用學(xué)生的興趣引發(fā)他們對生活中的現(xiàn)象的深層次思考。綜合來看，肥皂泡的起泡效果與水的硬度和洗滌劑的成分都有關(guān)系。

四、結(jié)論

這個看似簡單的試驗結(jié)合了日常常見的生活現(xiàn)象，從肥皂泡引發(fā)的對于水硬度的思考引起了學(xué)生的廣泛興趣。這種使用安全、廉價的反應(yīng)物和簡單裝置的實驗，通過結(jié)合巧妙的教學(xué)設(shè)計能夠引導(dǎo)學(xué)生進入更深層次的思考，不僅可以引發(fā)對化學(xué)原理的探討，如配合物的形成、離子交換等知識；更能夠激發(fā)學(xué)生思考更加廣泛的問題，包括水體污染、飲用水的軟化問題與方法、洗滌劑的研發(fā)等關(guān)于水的硬度的深層次的思考。實驗的真實情景化教學(xué)與模擬實驗相結(jié)合，突出實驗原理教學(xué)，讓實驗教學(xué)不再局限于書本。

［1］王祖浩等.高中化學(xué)選修1《化學(xué)與生活》［M］.南京：江蘇教育出版社,2006

［2］Yappert,M.C.;DuPre,D.B.J.Chem.Educ.［J］.1997,74：1422-1423

1008-0546（2013）04-013-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.04.005