妙用創新技法 引領學生改進化學實驗

馬逸群

摘 要：在化學實驗教學中，妙用創新技法引領學生發現實驗不足、創新實驗方案、再造實驗裝置、優化實驗方法改進實驗，可培養學生的創新精神，激活學生的創新思維，提高學生的創造能力。

關鍵詞：缺點列舉法；希望點列舉法；組合法；逆向法；替換法

多年來，我們在化學教學中根據學校裝備和學生的實際情況，注重以課外活動的形式開展有關化學實驗改進的科技活動。在具體的活動中，學生知道了實驗創新的基本思路（先列出原實驗的缺點或新實驗的希望點，再通過替換、模仿、組合、逆向等方法，克服缺點、落實希望[1]）。在不斷的嘗試中，學生的創新思維被激活，探究意識得到強化，實踐能力有了明顯的提升。

下面，以“檢驗蠟燭燃燒的產物”實驗為例，談談如何基于創新技法引領學生開展實驗改進活動。

一、發現缺點 改進實驗不足

毋庸置疑，不少化學實驗存在不盡如人意的地方，如操作煩瑣、現象不明顯、結論不流暢、污染環境、安全性不強等。針對某個化學實驗，一一列出其缺點，然后逐一改進，這就是實驗創新中的缺點列舉法。

如按照科學或化學課本上的方法檢驗蠟燭燃燒的產物時（方法見圖1），雖然操作簡單，但實驗現象不夠明顯。這是為什么呢？教師引導學生稍作分析，就知道實驗存在如下的一些不足：

①在通常情況下，不具備使燒杯變冷的條件；燒杯內壁較薄，罩在火焰上熱得快，這就導致水蒸氣不易在杯壁上液化，因而難以觀察到產物水的出現。

②燃燒生成的氣體產物具有流動性，而燒杯是寬口的圓柱形儀器，即便罩在火焰上也不容易捕獲較多的二氧化碳氣體，因而石灰水變渾濁不夠明顯。

③如果將石灰水涂到燒杯內壁上，石灰水在受熱時也會變渾濁（因為溫度升高，固體氫氧化鈣會析出），這樣得出的實驗結論可信度不高。

明晰了上述缺點，如果能將其一一克服，就能提高實驗的成功率。

師生經過一番交流討論、思維發散、對比分析，拿出化解不足的方案：將捕獲燃燒產物的燒杯更換為窄口、大肚、厚壁的集氣瓶或廣口瓶等（見圖2）。

具體操作是：將干冷的集氣瓶（或廣口瓶）罩在火焰中上部[2]，很快集氣瓶的內壁就出現水霧，說明蠟燭燃燒產生水，進而說明石蠟中含有氫元素；稍后，再將集氣瓶快速翻轉過來，倒入澄清的石灰水，振蕩，石灰水立刻變渾濁，說明蠟燭燃燒生成二氧化碳，進而說明石蠟中含有碳元素。

二、注意模仿 再造實驗裝置

模仿法就是通過借鑒已有實驗中的某些有效因素（如操作方法、化學藥品或實驗儀器等）進行仿造。在發明創新時，模仿是一種很自然的想法和思路，但模仿不能生搬硬套。

像圖2所示的改進實驗，其成功的關鍵是使用了易于捕獲燃燒產物的玻璃儀器。此時，教師可以提問學生，還有哪些玻璃儀器可以替換集氣瓶，又比集氣瓶更容易捕獲燃燒產物呢？同學們廣開言路、集思廣益、比比劃劃，教師適時點撥、展示多種化學儀器。不少同學想到了分液漏斗、U形管、后具支試管等，于是又設計出圖3所示的幾個實驗裝置。

像圖3A實驗，U形管（18×180mm）具有抽氣的作用，有利于燃燒產物在其中流動，從而促進水蒸氣在管內降溫、液化；當看到管壁上有明顯的水珠后，再將U形管正立，快速向其中倒入適量的石灰水，振蕩，石灰水變渾濁。

在圖3B實驗中，一開始分液漏斗的旋塞必須打開，以便于氣體對流；水蒸氣在上升的過程中能得到有效的冷卻，從而在漏斗內壁、頸管內壁大量液化。當觀察到有水珠出現后，關閉分液漏斗的旋塞，并快速將其正立，然后向漏斗口內倒入少許石灰水，振蕩，石灰水變渾濁[3]。

按圖3C進行實驗時，試管的后具支具有抽氣的作用，使得燃燒產物在試管里較快地上升，有利于水蒸氣液化；當看到試管內壁的水霧后，再將試管正立，并倒入適量的石灰水，振蕩，石灰水變渾濁。

圖3所示的三種改進方案，基于原型誘導，無論是操作方法還是實驗現象，都比圖2所示的改進方案更優化；雖然是仿造，但已滲透新的元素，顯然是對原實驗的升華。

三、提出希望 追求實驗完美

針對某個化學實驗，有目的地列出希望點，并刻意追求，從而實現美好愿望，這就是實驗創新中常常使用的希望點列舉法。

我們已了解檢驗蠟燭燃燒產物實驗的缺點，根據這些缺點，師生對該實驗不難列出如下的一些希望：①燃燒產物便于捕獲；②燃燒產物可以直接觀察到；③實驗操作相對方便。

依據上述希望點，師生不斷嘗試、相互評價、反復修正，設計出圖4所示的實驗裝置，其中的V形彎頸漏斗是用長頸漏斗加工而成的；漏斗口便于捕獲燃燒的產物，V形長頸彎管有利于氣體流動和水蒸氣液化，石灰水可以直接檢驗出二氧化碳的存在。

具體操作是：按圖4連好實驗用品（夾持裝置略），點燃蠟燭，待其充分燃燒后，將漏斗口罩在火焰中上部；然后將擠癟的洗耳球插入V形管口抽氣，燃燒產物就被吸入漏斗的彎頸中；很快漏斗的彎頸內壁上有大量的水霧出現，同時V形管里的石灰水中冒氣泡，且石灰水變渾濁。

四、巧妙組合 創新實驗方案

創新歸根結底是兩條路，一是全新的發現，二是針對已有物品的組合。組合創新一般有異類組合、同類組合、主體附加、延伸組合等方式。

如果我們把捕獲燃燒產物、檢驗水、檢驗二氧化碳的實驗用品巧妙組合起來，那么實驗操作將更簡便、實驗現象更直觀，于是教師指導學生利用組合法繼續改進實驗。通過思想交流、思維碰撞、取長補短、不斷完善，研制出圖5所示的實驗裝置。

具體操作是：對于圖5A實驗，按圖連好實驗用品；點燃蠟燭，待其充分燃燒后，輕輕后拉注射器活塞，燃燒產物依次進入玻璃管、注射器；一會兒，白色硫酸銅變藍色，石灰水變渾濁，從而直觀顯示燃燒產物有水和二氧化碳。對于圖5B實驗，按圖連好實驗用品，待蠟燭充分燃燒后，將擠癟的洗耳球插入V形管口抽氣，燃燒產物就被吸入長柄V形玻璃管；一會兒，白色硫酸銅變藍色，石灰水變渾濁，從而直觀顯示燃燒產物有水、二氧化碳。

需要說明的是，圖5所示的改進實驗裝置屬于異類組合，并且達到了1+1>2的效果。

五、等值替換 優化實驗方法

替換法就是通過更換不同性能或不同類別的儀器或藥品，對原有的實驗方法、實驗裝置進行創新，從而產生更好的實驗效果。

像圖5所示的實驗裝置已經很完美了，但實驗用品有點多，能否壓縮簡化呢？只有想不到，沒有做不到——師生想到了石蕊試紙。利用干燥的藍色石蕊試紙替換白色硫酸銅和石灰水，于是又有了圖6所示的改進實驗。

具體操作是：按圖連好實驗用品，待蠟燭充分燃燒后，輕輕擠壓橡膠負壓球抽氣，一會兒干燥的藍色石蕊試紙變紅色，說明試紙接觸到了水和二氧化碳，所以蠟燭燃燒的產物有水和二氧化碳。

六、逆向思維 突破實驗弊端

逆向思維法是指為實現某一創新時不循常規思路，而采取反向思維去探尋解決問題的方案。

像上面的實驗改進方案，都是將儀器罩在蠟燭火焰上捕獲燃燒產物。此時，教師提醒學生逆向思考：若將燃燒的蠟燭置于容器內，燃燒產物不就自動儲存在容器里了嗎？據此，師生設計出圖7所示的實驗方案。

具體操作是：在圖7A所示的實驗中，將長3～4cm的短蠟燭粘在燃燒匙上，點燃后，小心伸入干冷的250mL平底燒瓶中；7～8s后，取出燃燒匙，可以看到燒瓶內壁有水珠；再將少許澄清石灰水倒入燒瓶中，振蕩，石灰水明顯變渾。在圖7B所示的實驗中，用雙面膠將一張干燥的石蕊濾紙（提前在石蕊試液中浸泡，然后晾干）粘到250mL燒杯內底上；點燃長3～4cm的短蠟燭，然后將該燒杯罩在蠟燭上[4]；大約15s后，取走燒杯，可以看到燒杯內底上的石蕊試紙變紅，說明蠟燭燃燒的產物有水和二氧化碳。

學生參與的實驗創新是綜合性較強的實踐活動，教師要注意通過專題講座、示范引導、小組合作等形式，向學生滲透創新技法、提供創新模型，從而引領學生有效地改進和設計化學實驗。要相信學生、敢于放手，要鼓勵創新，善于指導，著力培養更多具有創新精神和實踐能力的學生，從而為未來高端科技創新人才的培養奠定基礎。

總之，引導學生參與化學實驗創新，不僅豐富了實驗課程資源，也提升了學生的科學素養；在培養學生創造能力的同時，也提高了化學教師實施素質教育的能力。在實驗創新的過程中，學生體驗了探究的過程，享受了成功的快樂，點燃了創造的激情，這樣學生的創新能力將不斷生長。

參考文獻：

[1] 李德前.例談初中化學實驗創新的思維方法[J].化學教學，2013（3）：65-68.

[2]甘磊，李德前.《化石燃料》教學實錄與評價[J].中小學教學研究，2013（9）：50-53.

[3]劉桂軍，荊嘯海.探究蠟燭燃燒產物實驗的改進[J].中國教育技術裝備，2014（3）：122-124.

[4]熊言林，李曉龍，金海蓮，等.蠟燭燃燒產物二氧化碳非常規滅火原因的實驗探究[J].化學教育，2011（8）：48-50.