構建微型化學實驗培養學生創新意識研究

沈怡，潘倩影，凌雨平，陳迪妹

摘 要：文章以“氯氣的制取與性質檢驗”為例，對構建微型化學實驗、培養學生創新意識進行研究。在化學實驗教學設計中，教師要注重回顧舊知，拓展思維，注重引導學生牢固掌握實驗原理，貼近學生生活實際，保持開放的實驗態度。要滲透綠色化學理念，通過改進與創新氯氣的制取與性質檢驗方法，構建微型化學實驗，以培養學生創新意識，提高學生合作動手能力和創新思維能力。

關鍵詞：微型化學實驗；創新意識；創新能力；教學設計；氯氣的制取與性質檢驗

中圖分類號：G421；G633.8 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2018）01-0006-02

一、問題的提出

新課程改革要求教師轉變傳統的教學方法，課堂教學要以學生為中心，體現“以學生為主體，教師為主導”的教學理念。化學實驗是科學探究不容忽視的重要手段，有利于培養學生的合作、探討、創新及實踐動手能力。在蘇教版教材《化學（必修1）》中，“氯氣的制取與性質檢驗”設計雖然能夠較好地讓學生了解實驗室制取氯氣的原理及其氯氣性質，但還存在著以下問題：氯氣的產生難以控制且往往量大造成環境的污染和藥品的浪費，裝置較為煩瑣導致氣密性欠佳，實驗設計具有連續性不利于課時調控等。微型實驗解決了該實驗的絕大部分問題，而且微型實驗具有耗能少、時間短、現象明顯、環保安全的特點，更有助于探究教學的進行。

二、設計思路

“氯氣的制取與性質檢驗”是蘇教版教材《化學（必修1）》專題2第一單元第1、2節內容，在學生掌握了氯氣的制取與性質檢驗理論知識之后，教師要引導學生進行實驗，讓學生通過實驗更好地理解理論知識。

【教學目標】1）知識與技能。要讓學生通過實驗現象，了解氯氣的化學性質。2）過程與方法。要通過引導學生觀察、分析實驗現象，提升學生觀察和分析問題的能力；讓學生學會從多媒體材料和文本材料中篩選信息，并進行交流；讓學生能夠應用所學的理論知識，解決一些簡單的實際問題。3）情感態度與價值觀。要讓學生樹立關心生活、關心社會的態度，具有環境保護意識；讓學生體會實驗中的相互合作，學會與他人進行合作學習。

【教學重點】學生合作進行微型化學實驗。

【教學難點】微型化學實驗的創新。

【教學思路】本課通過氯氣制取原理知識的回顧和拓展，啟發學生針對不同的實驗裝置選擇不同的制取方案，同時創設情境，引導學生在實踐中分辨不同氣體制備方案的優缺點。在實際實驗操作中，要讓學生體會微型化學實驗的優點，通過性質實驗的改進，深入了解氣體性質。在交流討論中，引導學生歸納總結，讓學生形成氯氣的制取與性質檢驗的整體化思維。

三、教學過程

1. 回顧舊知，拓展思維——“氯氣制取原理”的擴充

師：在上兩節課中，我們學習了氯氣的生產原理和氯氣的性質，其中主要學習了兩種制取氯氣的方法。請問是哪兩種方法呢？生：氯堿工業（電解飽和食鹽水）、用濃鹽酸和二氧化錳反應制備氯氣。師：現在請同學們合上課本，拿出自己的筆記本，先寫出兩種氯氣制取方法的原理，然后畫出對應的實驗裝置圖。請兩位同學在黑板上展示他們的答案，其他同學則在完成自己的任務之后扮演糾錯者的角色，看看臺上兩位同學有沒有熟練掌握上節課的內容。師：通過糾錯，我們發現臺上的同學在畫電解飽和食鹽水的裝置時，將鐵棒和石墨棒畫反了。那么問題來了，我們可以調換它們的順序嗎？生：不能，陽極不允許使用鐵棒，不然會發生鐵失電子的情況，而陰極可以使用石墨棒。師：剛剛我們請其他同學扮演了糾錯者的角色，現在我們請臺上兩位同學扮演提問者的角色，提問幾個關于這兩個實驗的重要問題。生：一是如何檢驗氯堿工業產生的氫氣（點燃，若有爆鳴現象則證明有氫氣生成），二是在濃鹽酸與二氧化錳反應制取氯氣的裝置中，氫氧化鈉溶液的作用是什么（除去氯化氫）。師：今天，我們還要了解一種制取氯氣的方法。大家可以看到，在以四人為小組的實驗桌上，有氯酸鉀和濃鹽酸兩種藥品。聯系之前講過的歸中反應，請同學們自己在紙上寫下反應方程式。師：請同學們從價態、實驗條件等方面對比一下，針對制取氯氣，濃鹽酸和二氧化錳反應、氯酸鉀和濃鹽酸反應這兩種方法各有什么優劣之處。生：使用氯酸鉀和濃鹽酸不需要加熱，但歸中反應會產生多種中間價態的產物，使得氯氣最后混有多種雜質。

【設計意圖】通過學生自主回顧的形式檢驗知識儲備，再借助對氧化還原反應的認識拓展化學反應的探索，創設情境，讓學生感受不同實驗裝置和不同實驗方法的優缺點，增強理論與實踐的轉化和聯系，這有利于培養學生的創新實踐能力。

2. 舊知延伸，細節整體化——“氯氣的性質檢驗”的擴充

投影展示實驗裝置：氯氣的發生裝置——飽和食鹽水——濕潤的淀粉碘化鉀試紙——濕潤的pH試紙——濕潤的有色布條——干燥的有色布條。師：現在請一位同學回答一下當氯氣制備出來以后這個裝置里的物質會發生怎樣的變化。生：濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍后褪色，濕潤的pH試紙先變紅后褪色，濕潤的有色布條褪色，干燥的有色布條不褪色。師：說得基本正確，但在實際的實驗過程中我們發現，最后那個干燥的有色布條也褪色了，這是為什么呢？有什么改進的方法？生：應該是制備出來的氯氣經過飽和食鹽水以后還是潮濕的，導致布條褪色，我們可以在干燥的有色布條之前放一個干燥裝置，比如放一個內含氯化鈣的干燥器。

【設計意圖】通過常見實驗裝置的展示與氯氣性質的思考簡化實驗裝置，這有利于深化學生的微型實驗思維。

3. 創新實驗，微型化實驗裝置

師：大家可以看到，自己小組的實驗桌上有注射器、透明硅膠管、橡膠塞、燒杯、脫脂棉、氫氧化鈉溶液、濃鹽酸、氯酸鉀、蒸餾水、品紅試紙、高錳酸鉀、pH試紙以及淀粉碘化鉀試紙。我們今天要做的微型創新實驗，要用到這些實驗材料。這個微型實驗，分為氯氣的制備和檢驗兩個部分。大家可以看PPT上的實驗裝置圖（實驗在透明硅膠管中進行）。師：這個裝置是利用注射器來制備氯氣，請大家先思考一下，然后分享自己的想法。生：先把氯酸鉀放到注射器里，然后再用注射器吸入適當的濃鹽酸。師：這樣的做法很好，可以通過控制鹽酸的量來控制反應進度。如果能夠用脫脂棉來固定氯酸鉀，是不是會更好呢？大家可以看一下，改進后的操作過程是這樣的：在注射器中放入一個包著適量氯酸鉀的脫脂棉，并把活塞推到針管底部。制取氯氣時，從注射器的針頭吸入濃鹽酸浸沒脫脂棉，馬上可以觀察到黃綠色的氯氣產生。立刻將針尖扎到橡膠塞上，氯氣慢慢充滿注射器。待活塞不再上升，反應結束，氣體的制備完成。師：氯氣的制備已經完成。我們看一下實驗裝置圖中的硅膠管，它是由一種新型的高分子彈性材料制成的，有極好的耐高溫（250℃～300℃）、耐低溫以及耐腐蝕性能，而且能夠經受多次苛刻的消毒，具有極佳的回彈性。大家再看一下實驗裝置圖，在實驗裝置圖中，左邊放的是什么？生：濕潤的淀粉碘化鉀試紙、濕潤的pH試紙、濕潤的品紅試紙。師：這些試紙的順序其實是可以調換的，如果按照這位同學說的，那依次檢驗的是什么？生：氧化性、酸性、溶于水的漂白作用。師：在實驗裝置圖中，右邊教師用字母標出來的是什么？大家做一下填空題，并且分享一下放這種物質的理由。生：a是飽和食鹽水，用來吸收濃鹽酸；b是包有固體氯化鈣的脫脂棉，用來干燥氯氣；c是氫氧化鈉溶液稀釋過的棉花團，用來處理氯氣尾氣。師：完整而又正確。這個改進后的實驗，其實就是以前實驗裝置的創新與微型化。大家觀看PPT，記住實驗的幾個注意點：一是微量實驗取用藥品的量不宜過多，大約0.3g～0.5g。二是在使用注射器制備氣體時，吸取液體的量也不宜過多，只需剛好浸沒脫脂棉即可。待反應結束之后，要防止使用注射器取用氣體時使液體噴濺，應先將注射器內反應后的廢液注入NaOH溶液中，保留氣體待用。三是氯氣具有強氧化性，在進行性質實驗時，硅膠管中只需注入少量氯氣。注射時要緩慢，這樣能夠減緩實驗現象，方便觀察，避免浪費。四是在性質實驗中，要防止有毒氣體進入空氣中。待整個實驗完成，可吸入堿液進行處理。現在請大家按照分組一起來嘗試做這個實驗，實驗時注意安全，特別是濃鹽酸的使用要格外注意。師：實驗做得差不多了，我們請每個小組總結一下自己對這個實驗的看法，或者在這個實驗中遇到的問題。生：這樣的實驗設計還可以適用于二氧化硫的制取和性質檢驗等。師：這樣的微型實驗，利用的還是我們熟悉的實驗原理，只是量上縮小了，在實驗器材上經常會使用生活中常見的材料。

【設計意圖】小組實驗的形式，增強了學生的動手能力和合作精神，微型創新實驗有利于加深學生對綠色實驗、節約型實驗的認識。實驗之后的反思，體現了學生在課堂中的主體地位。學生積極反映存在的問題并切實地去解決，提高了自身的創新實踐能力。

四、教學反思

整節課的教學設計，體現以學生為主體的教學理念和創新的微型實驗理念，培養了學生的創新意識。綜合來看，該教學設計具有以下特點。

1. 先分后合，從掌握實驗原理入手

微型實驗的設計與探究，必須建立在學生牢固掌握實驗原理的基礎上。本次教學設計將氯氣的制取與檢驗分成兩個部分，先以引導為主要方式讓學生對原理的各個細節進行探討，然后再進入實驗部分。這樣，能夠發散學生的思維，促使學生更加深入地理解實驗的改進之處，并且提出更多的意見與建議。

2. 貼近生活，走近身邊的化學

生活離不開化學，化學與生活息息相關。在微型實驗中用到了硅膠管、注射器等生活中常見的物品，學生會對此產生濃厚的實驗興趣。通過相關實驗的設計和自主探究，學生可以受到啟發并產生強烈的求知欲，從而主動地探索生活中更多實驗的可能性。

3. 由一生多，保持開放的實驗態度

本次微型化學實驗創新整合了氯氣的制取與檢驗，實驗細節相對來說較多，由此可生出的變化也更多。本節課中教師對細節有足夠多的引導，力求多方面促使學生自主思考與自主進行實驗操作，即實驗形式是多樣的，實驗態度較為開放。這樣的微型創新實驗教學，可以激發學生進一步探索的欲望，有助于學生創新思維和創新能力的培養。

參考文獻：

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