初中化學實驗器材的改進與創新研究
——以氧氣的制取和性質實驗為例

穆小艷　裴　銳

（江蘇省淮陰中學　江蘇淮安　223002)

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初中化學實驗器材的改進與創新研究
——以氧氣的制取和性質實驗為例

穆小艷裴銳

（江蘇省淮陰中學江蘇淮安223002)

摘要：各種版本的初中化學教材中，都設置和安排了許多實驗。但由于部分傳統實驗器材的不完善、傳統實驗設計的不合理性、書本知識中心論以及教師對化學實驗器材改進及創新的嚴重忽視、缺乏對實驗創新的教研等，嚴重影響實驗的預期效果與教學的有效性。文章以“氧氣的制取和性質實驗”為例，通過文獻查找、實踐研究，系統分析了當前實驗器材改進與創新中存在的主要問題，并圍繞問題，進行了一系列的深入研究與實踐。

關鍵詞：初中化學實驗器材；改進；創新；氧氣的制取和性質；標準；策略

一、問題的提出

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。基礎教育化學新課程提出以提高學生的科學素養為主旨，倡導以科學探究為主的多樣化學習方式，重視學生的親身經歷和體驗。要在化學教學中落實這些新的課程理念，都離不開化學實驗。在各種版本的初中化學教材中，都設置和安排了許多實驗。化學實驗能使學生形成有關物質的概念、化學原理和基礎理論，幫助學生鞏固知識，激發學習興趣和發展觀察能力、思維能力和培養實驗技能；甚至在對學生科學世界觀和方法論的形成中都起到了重要的作用。但由于部分傳統實驗器材的不完善、傳統實驗設計的不合理性、書本知識中心論以及教師對化學實驗器材改進及創新的嚴重忽視、缺乏對實驗創新的教研等，嚴重影響實驗的預期效果與教學的有效性。有的教師在具體教學中不得不望洋興嘆，忍痛割愛，用傳統的說教來替代相關學生實驗或演示實驗。化學實驗的功用得不到發揮，就會直接影響到化學課堂教學的效果，難以幫助學生理解科學知識，更談不上達到培養學生科學探究能力，體驗和養成科學思維方式，初步形成科學精神的教育目標。

二、初中化學實驗器材的改進與創新的標準

化學實驗的創新和改進過程是一個充滿艱辛和曲折的過程。經過不斷的探究、反復地試驗，筆者提出了以下30字改進和創新標準：科學性，可呈現；安全性，無傷害；經濟性，大眾化；簡約性，不復雜；環保性，綠色化。

（1）科學性，可呈現：實驗原理、操作和方法必須符合自然科學的基本原理。

（2）安全性，無傷害：盡量使用無毒性藥品和盡量使用危險性較小的操作。

（3）經濟性，大眾化：所選的藥品、器材等便宜，在絕大部分單位都能實現。

（4）簡約性，不復雜：裝置簡單、步驟少，能在較短的時間內完成。

（5）環保性，綠色化：實驗的反應物和生成物污染少，不會對環境造成破壞。

安全是前提；經濟是基礎；簡約是保證；綠色化是追求；現象明顯是最終目的。

三、初中化學實驗器材的改進與創新的內容

1.實驗器材及裝置的改進與創新

實驗反應裝置是化學實驗的重要組成部分，實驗反應裝置的改進與創新對實驗效果的優化和實驗價值的更好體現有很好的促進作用。

2.實驗反應條件的改進與創新

實驗反應條件的選擇與控制是決定實驗成敗的關鍵，因此為了使效果更加理想，就需要對實驗的最佳條件進行探究。

3.實驗方案改進與創新

科學、合理、周密、巧妙的實驗方案往往可以使實驗效果最優化。

四、以氧氣的制取和性質實驗為例

1.傳統裝置（如圖）：

3.實際需求：每個班級演示氧氣性質時至少需要5瓶氧氣，3個班至少要15瓶。

4.實用弊端

（1）由于反應速度太快，導致過程中打開分液漏斗活塞時雙氧水無法滴下，卻有許多氣泡向上逸出。

（2）隨著反應的進行，雙氧水濃度下降，反應速度嚴重減慢。

（3）發生裝置的氣壓不能平衡，嚴重影響反應速度。

（4）反應器皿內不能及時放出廢液，稀釋了反應物的濃度，影響了反應的過程與結果。

（5）由于沒有干燥裝置，即使用向上排空氣法獲得的氧氣中仍夾雜部分的水蒸氣，影響“蠟燭燃燒”產物的檢驗。

（6）制取氧氣速度不符合學情和教情，如果提前收好氧氣，放在準備室，很容易逸散掉。

（7）向教室中運輸時，也容易造成氧氣逸散，氧氣濃度下降，導致演示實驗失敗。

化學課若是多節連排，為了在課間10分鐘內收集大量氧氣，會通過加大雙氧水濃度來提高反應速率。經驗表明，在制取過程中由于瓶內壓強過大，雙氧水無法滴下，且由于反應放出大量的熱，收集的氧氣中夾雜大量水蒸氣，對蠟燭燃燒產物的檢驗產生干擾。隨著反應的進行，錐形瓶內后滴入的雙氧水濃度不斷被稀釋，反應速度減慢。基于這些弊端，筆者通過改進發生裝置和演示裝置，節約了實驗時間，提高了演示效果，方便了師生實驗操作。

5.基于傳統的創新

（1）創新實驗裝置：

（2）創新亮點：

①在發生裝置中引入一根橡皮條，以達到平衡氣壓的效果。

②在錐形瓶的底部，增設一個放液口，以達到及時放出廢液的作用。

③有了上述的改進，可以快速且大量的制取氧氣。

④在出氣通道中增設了干燥劑，以達到去除水蒸氣、消除干擾的作用。

⑤在集氣瓶的底部開設進氣口。利用氧氣的密度比空氣大，可以連續不斷地從上部收集氧氣。上半部分消耗氧氣，從底部源源不斷的補給上去，一次性可以完成所有的氧氣性質演示實驗。

本實驗采用塊狀二氧化錳為催化劑，塊狀二氧化錳比粉末狀二氧化錳更易于回收，可反復多次使用，更經濟。本實驗利用改進后的一只集氣瓶便可完成5項性質實驗，更具有簡便性。可現場收集、即時演示、現象明顯、成功率高，具有較好的教學效果，也適用于氯氣、二氧化碳等多種氣體的制取及性質實驗。

五、初中化學實驗器材的改進與創新的策略

1.聯系實際調查研究

某些書本實驗，從實驗原理上看沒有缺陷，實驗器材也具備，但具體到實踐操作，實驗效果卻往往不佳。我們可以集思廣益圍繞“初中化學實驗改進與創新”這一主題引導化學學科教師開展主題研究活動，以學科教研活動的形式為抓手。在尊重教材、理解教材有關實驗內容編寫意圖的基礎上，針對某些實驗缺陷、不夠環保、效果不夠明顯或不易成功的實驗，在保證實驗科學性的前提下，尋找改進處、創新點并付諸于行動。最大程度使改進后的實驗從科學性，可呈現；安全性，無傷害；經濟性，大眾化；簡約性，不復雜；環保性，綠色化等方面改進和優化，提高實驗教學效果。

2.它山之石可以攻玉

可參閱物理、生物等自然科學的實驗器材及相關的科學思想，將實驗室里現有的或生活中的某一些器材和物品，利用其整體或相關部件，進行知識遷移，開發改進一些創新遷移實驗，可以幫助我們有效地突破綜合實驗的難點。

以圖為例：這個是生活中輸液的原理圖，也是高中物理中演示平拋運動軌跡的原理圖。左側直管的作用就是起到平衡氣壓的作用。可將此點應用到需要平衡氣壓的化學實驗中。

3.資源整合取長補短

書本上有些內容在編排時并沒有相關的實驗，實驗室缺乏專有的器材，但如能利用實驗室已有器材與生活中的日常用品進行巧妙組合，亦能取得好的效果。這類實驗的開發，因其取材方便、操作簡單，實驗生活化，不失為一條好思路。

假如說實驗教學是初中化學教學的“錦”，那么實驗的有效改進與創新就是錦上添的“花”。基于這些情況，教師若能善于溝通、樂于思考、勤于動手，利用實驗室或生活中各種物品有效與化學器材廠進行合作創新，進行實驗器材的科學設計，既可解決儀器不足或不合理的問題，同時亦是科學創新精神的充分體現。只要我們多一份思考與行動，多一份開拓與創新精神，就一定可以多一些精彩。

注：本實驗改進在中國教育學會化學教學專業委員會第十五次學術年會暨第十二屆實驗教學創新研討會現場比賽中榮獲全國創新實驗比賽一等獎。

參考文獻

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［3］王新萍.淺談人教版初中化學實驗的創新與改進［J］.中華少年，2015，（22)：131

［4］陳迪姝.中學化學實驗教學與創新研究［M］.北京：科學出版社，2014

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.031

文章編號：1008-0546（2016）04-0085-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B