例談初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

彭毅

摘要：實(shí)驗(yàn)教學(xué)在初中化學(xué)教學(xué)中具有重要地位，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)是否能順利、成功地進(jìn)行與實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過程中是否合理、恰當(dāng)密切相關(guān)，在教學(xué)實(shí)踐中摸索并總結(jié)了一些在實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過程中的創(chuàng)新改進(jìn)措施，收到了良好的效果。

關(guān)鍵詞：初中;化學(xué)實(shí)驗(yàn);創(chuàng)新改進(jìn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。在初中化學(xué)教學(xué)中教師要通過各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)來引領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)豐富多彩的化學(xué)世界，所以實(shí)驗(yàn)教學(xué)在初中化學(xué)教學(xué)中具有舉足輕重的地位。化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊袢〉贸晒εc化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置是否合理，實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)是否恰當(dāng)密切相關(guān)，實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)置和搭配的好與差，簡與繁，操作是否簡便，往往直接對實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否清楚明了產(chǎn)生重大影響。筆者在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中，以教材基本實(shí)驗(yàn)、化學(xué)常規(guī)儀器裝置為基礎(chǔ)，為達(dá)到實(shí)驗(yàn)裝置的易用和實(shí)用、裝置的簡練、易制作且實(shí)驗(yàn)效果良好的目的，對一些實(shí)驗(yàn)的操作過程進(jìn)行了細(xì)化和優(yōu)化，對一些實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了改進(jìn)和創(chuàng)新的嘗試，取得了良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

一、制氣裝置的創(chuàng)新改進(jìn)

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳通常使用①錐形瓶長頸漏斗裝置;②錐形瓶分液漏斗裝置;③大試管簡易裝置;④大試管長頸漏斗有孔塑料板裝置;⑤啟普發(fā)生器裝置等，如圖1所示：

這些裝置各有優(yōu)缺點(diǎn)，比如①裝置常規(guī)簡單，能方便添加反應(yīng)液，制取氣體較多，但不能控制反應(yīng)速率和不能做到隨開隨用隨關(guān)隨停;⑤裝置雖能做到隨開隨用隨關(guān)隨停，但不能控制反應(yīng)速率且裝置復(fù)雜昂貴，耗用藥品較多等。而筆者在教學(xué)實(shí)踐中，從實(shí)用、易制作和裝置簡練角度對該實(shí)驗(yàn)裝置做了以下改進(jìn)和創(chuàng)新。

取塑料網(wǎng)紗（比如廢舊塑料網(wǎng)紗蚊帳、塑料窗紗、裝水果或雞蛋用的塑料網(wǎng)紗袋等）一塊，將塊狀大理石或石灰石適量（根據(jù)反應(yīng)容器、所需的制氣量做調(diào)整）用塑料網(wǎng)紗包好，用細(xì)銅絲捆扎結(jié)口，并將包好的小包系在一端彎了一小鉤的粗銅絲上，將多余的網(wǎng)紗剪除。將粗銅絲另一端在酒精燈火焰上燒紅熱，趁熱從單孔橡皮塞小端刺穿至橡皮塞大端，冷卻后可通過推拉調(diào)整粗銅絲上固體包的位置，將該橡皮塞裝在大試管或錐形瓶上，制氣裝置制作完成。制作完成的裝置如圖2。

相對于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，此實(shí)驗(yàn)裝置的主要優(yōu)點(diǎn)包括：（1）改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)器材取自日常生活中常見的物品，取材簡單，幾乎不需要任何費(fèi)用，而且制作比較容易;（2）改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)的操作流程比較簡單，學(xué)生容易掌握;（3）改進(jìn)后，實(shí)驗(yàn)藥品利用率高、浪費(fèi)少;（4）可以通過抽拉銅絲使固液接觸或分離以達(dá)到隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生或停止的效用，還可以細(xì)致控制固體包被反應(yīng)液浸沒的程度（少量浸沒，半浸沒，完全浸沒等），以此來達(dá)到在一定程度上較好地控制反應(yīng)速率的目的。如圖3：【尤其是筆者曾在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)“碳化鈣與飽和食鹽水的反應(yīng)”中用細(xì)銅紗網(wǎng)代替塑料網(wǎng)包好碳化鈣固體（此反應(yīng)是劇烈的放熱反應(yīng)，塑料網(wǎng)紗要用銅絲或鐵絲網(wǎng)紗代替），通過控制固體與液體浸沒的程度，取得了特別良好的控制反應(yīng)速率的效果。】

另外此裝置還可用于其他固液常溫型的反應(yīng)：如將固體換成鋅粒可用于實(shí)驗(yàn)室制氫氣;將固體替換成用防水紗紙包好的二氧化錳粉末（比如用袋泡茶的紙紗袋裝好二氧化錳粉末）或水泥負(fù)載二氧化錳小球（水泥和二氧化錳混合制成的小球），酸液換成雙氧水可用于實(shí)驗(yàn)室制氧氣。另外，如果需要制氣的量少，用大試管即可，需要制氣的量多則改用錐形瓶。

使用含固體包的粗銅絲穿過的單孔橡皮塞和大試管的組合，裝置自身的余留空間小，首次開始反應(yīng)到產(chǎn)出純凈氣體的時(shí)間短，藥品浪費(fèi)少;實(shí)驗(yàn)中固體往往充足，液體反應(yīng)物往往容易不足，看似不方便添加反應(yīng)液，其實(shí)拔出橡皮塞，倒出廢舊的反應(yīng)液，加入新反應(yīng)液的操作并不復(fù)雜，況且可以避免殘留廢舊的反應(yīng)液對新加的反應(yīng)液濃度稀釋而產(chǎn)生反應(yīng)速率變慢的影響，相比長頸漏斗或分液漏斗易添加液體藥品的裝置反而具有格外的優(yōu)勢。

當(dāng)然此實(shí)驗(yàn)中的塑料網(wǎng)紗也可用扎有許多小孔的塑料小瓶、塑料網(wǎng)兜、耐酸的不銹鋼網(wǎng)紗或網(wǎng)兜代替，只要滿足其材料不與反應(yīng)物或生成物發(fā)生反應(yīng)，不被反應(yīng)物或生成物破壞強(qiáng)度即可。在筆者的教學(xué)實(shí)際中，最常運(yùn)用的方法是將扎了多個(gè)小孔（底部也有小孔）的廢舊塑料小瓶固定在粗銅絲下端替代塑料網(wǎng)紗包，其優(yōu)點(diǎn)：可反復(fù)使用，補(bǔ)裝固體省時(shí)省力，如圖4所示：

在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中，如果用塑料網(wǎng)紗包裹固體時(shí)要注意包裹固體不能包裹得太緊。其原因主要有以下幾個(gè)方面：首先，如果包得太緊會(huì)使得固體包不容易變形，如果固體包直徑比較大可能難以裝進(jìn)大試管或錐形瓶，但如果包得松一些，則可以通過輕輕擠壓改變固體包形狀成細(xì)長形就可以順利裝進(jìn)容器內(nèi);其次，通常情況下為了保證網(wǎng)紗包能被裝進(jìn)大試管或錐形瓶，包住的固體藥品量往往比較少從而不利于制出足夠量的氣體，而通過適當(dāng)多包一些固體藥品來保證用量，再包得松一些保證能通過變形而裝進(jìn)反應(yīng)容器;然后，固體包得過緊，反應(yīng)中也容易因各種原因使固體撐破網(wǎng)紗包，導(dǎo)致需要重新制作固體網(wǎng)紗包，使實(shí)驗(yàn)過程變得耗時(shí)又煩瑣。

二、鐵生銹的條件對比實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

滬科版化學(xué)教材九年級上冊第5章第3節(jié)“一、鋼鐵的銹蝕及其防護(hù)”“活動(dòng)與探究——鐵釘銹蝕”實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生要分別記錄：立即觀察、1天后，3天后、1周后的現(xiàn)象來對比鐵生銹的過程，分小組提前1周在課外進(jìn)行，隔天記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如教材所示圖5-12：且不說提前1周分組實(shí)驗(yàn)隔天記錄的教學(xué)實(shí)際難度，對學(xué)生用文字實(shí)際記錄下來的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果不直觀，效果差;即便老師用拍照的方式記錄了鐵生銹前后變化過程，用照片進(jìn)行對比時(shí)仍然不直觀，效果一般。我在實(shí)際教學(xué)過程中改用五組實(shí)驗(yàn)，在同一展示板上同時(shí)展示，取得了非常好的效果。具體實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備過程如下：兩周前準(zhǔn)備1組實(shí)驗(yàn)，用完全同樣的實(shí)驗(yàn)器材在1周前、3天前、1天前、上課時(shí)分別準(zhǔn)備其他幾組實(shí)驗(yàn)，放在同一展示板上對比觀察，這就實(shí)現(xiàn)了同一時(shí)間可以同時(shí)對比觀察不同時(shí)間長度、不同條件下鐵生銹的情況，對比清晰，效果良好，如圖5（上課時(shí)立即觀察的實(shí)驗(yàn)組展示板略;另附展示板實(shí)物圖：正面、側(cè)面、背面）。

在準(zhǔn)備這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，筆者還對一些實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行了創(chuàng)新，這些創(chuàng)新有的使實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備或?qū)嶒?yàn)操作變得更加簡單，有的使實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對比和觀察變得更加便捷，有的使實(shí)驗(yàn)的結(jié)果更加準(zhǔn)確可信。具體如下：

1.教材原實(shí)驗(yàn)圖①試管中，將干燥劑放入試管底，干燥劑上方放棉花，棉花上方放鐵釘，這樣使得①中鐵釘與其余四支試管中的鐵釘不在同一高度，雖不影響對比，但不整齊。筆者改成將鐵釘放入試管底，將干燥劑包人紗布包，將干燥劑塞在試管口位于鐵釘上方，既保證了效果，又使鐵釘高度與其他試管整齊一致，對比效果更好。

2.實(shí)驗(yàn)室買的鐵釘大多經(jīng)過鍍鋅處理，不打磨影響實(shí)驗(yàn)效果，若打磨，手工打磨的工作量很大，且釘柄處很難打磨出好的效果;若使用酸溶解鍍鋅層，酸溶后的鐵釘表面會(huì)發(fā)暗發(fā)黑，沒有光澤，難以體現(xiàn)出田夏）試管中不生銹仍然光亮的效果。筆者改用手工打磨粗的長鐵絲，打磨工作量比打磨鐵釘少多了，且效果好，打磨好后再剪切成相同長度的鐵絲段代替鐵釘。

3.②試管中將粗鐵絲放入冷沸水中，再蓋上橡皮塞。看似簡單的操作，其實(shí)在實(shí)際操作中有一些困難。將試管中放入光亮的經(jīng)過打磨的粗鐵絲，再加滿冷沸水，直接蓋橡皮塞，很容易留有氣泡，或者即便不留小氣泡，橡皮塞也很難蓋緊。我的改進(jìn)措施是：在橡皮塞上事先穿刺好注射器針頭，再旋蓋在裝滿冷沸水的試管口，橡皮塞可以輕松旋緊且不留丁點(diǎn)細(xì)小的氣泡，最后拔下注射器針頭。筆者的實(shí)踐證明：如果不采用此法，②試管中鐵釘在2-3周后就會(huì)開始生銹;而在采用此創(chuàng)新方法的實(shí)驗(yàn)中，試管②中，2、3年前實(shí)驗(yàn)的鐵釘仍未生銹。另外值得注意的是，在此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中注射器針頭穿刺橡皮塞時(shí)，針頭細(xì)管中事先插入一根細(xì)鐵絲，否則穿刺中針頭孔會(huì)被橡皮碎屑堵住，導(dǎo)致操作失敗。

三、切咸菜的鐵菜刀不同處置部位生銹情況的對比實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新改進(jìn)

同樣在“鋼鐵的銹蝕及其防護(hù)”一課中，教材中還安排了一個(gè)探究活動(dòng)。該活動(dòng)與探究實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容為：在切過咸菜的鐵質(zhì)菜刀同一面上選相近的三處進(jìn)行下列實(shí)驗(yàn)：第一處用濕棉球潤濕;第二處用干布擦干;第三處用干布擦干后涂上一層食用油。放置一晝夜，觀察菜刀三處表面發(fā)生的變化。

按教材中的原實(shí)驗(yàn)方案做出的效果為（如圖6）。

用家庭中日常所見的菜刀進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)具有取材方便，便于組織家庭實(shí)驗(yàn)，能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)探究等方面的優(yōu)點(diǎn)。但是教師如果要在課堂上演示該實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，就具有攜帶不便，有安全隱患等不利因素;此外由于家庭用的菜刀一般經(jīng)過長時(shí)間使用后本身可能具有銹跡、油漬等使得實(shí)驗(yàn)結(jié)果不易觀察。

鑒于此，我對該演示實(shí)驗(yàn)做了如下改進(jìn)和創(chuàng)新，將鐵質(zhì)菜刀換成美工刀片，減小危險(xiǎn)器物在視覺上的負(fù)面效仿影響，將刀片封裝進(jìn)大試管內(nèi)，進(jìn)一步增大安全因素，減小可能的意外傷害。同時(shí)為了絲毫不影響實(shí)驗(yàn)效果，封裝刀片的大試管用帶短玻璃導(dǎo)管的單孔橡皮塞塞緊，以便刀片能與外界大氣相通;為了增強(qiáng)更為明顯的對比效果，我在三個(gè)區(qū)域間用油漆隔離帶隔開，對比效果更明顯。另外，潤濕區(qū)改用所切酸菜的酸菜汁潤濕，收到了更快速更明顯的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖7：

四、對比證明氫氧化鈉與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)使瓶變癟實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果：收集兩個(gè)同樣裝有二氧化碳的塑料瓶，分別加入等體積的水和氫氧化鈉溶液，旋緊瓶蓋振蕩，對比觀察：加水的塑料瓶略微變癟，而加氫氧化鈉溶液的塑料瓶變得更癟，從而證實(shí)二氧化碳確實(shí)與氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)。

該實(shí)驗(yàn)較為簡單，容易操作，看似沒有可改進(jìn)的地方。不過，采用實(shí)驗(yàn)室常規(guī)方法制取二氧化碳，從安裝調(diào)試儀器，氣密性檢查，裝藥品收集驗(yàn)滿，過程還是相對煩瑣復(fù)雜，耗費(fèi)時(shí)間長，前后集滿兩瓶二氧化碳大約需要15分鐘甚至更多的時(shí)間，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間偏長，增加了教師的工作量。筆者就此實(shí)驗(yàn)中耗時(shí)長的制取收集二氧化碳步驟做了如下改進(jìn)，極大地縮短了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，取得了良好的效果。

在兩塑料瓶中各加入等量的約3～4g固體碳酸氫鈉，再各加入等量的約3～4mL1：2的硫酸，不加蓋放正塑料瓶，約1分鐘后蓋好塑料瓶蓋，兩塑料瓶的二氧化碳即已制取收集好。課堂實(shí)驗(yàn)時(shí)，在一瓶中加入50mL水，另一瓶中加入50mL（8～10%）氫氧化鈉溶液，均旋緊兩瓶蓋振蕩，得到良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程和效果如圖8。

此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)看似并無新意可言，但實(shí)驗(yàn)改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中對藥品的選取卻是基于理論指導(dǎo)下的仔細(xì)推敲和反復(fù)的實(shí)驗(yàn)實(shí)際驗(yàn)證而得出的結(jié)果。制取等量的二氧化碳，所需碳酸氫鈉的質(zhì)量小、耗酸少且反應(yīng)快速充分;選用硫酸是因?yàn)榱蛩崾欠€(wěn)定的不易揮發(fā)的二元強(qiáng)酸，等量酸提供氫離子多，完全反應(yīng)所需酸的量少;選用1：2的硫酸，若太濃所需酸液體積過少，難以和碳酸氫鈉固體充分混合溶解后反應(yīng);太稀則所需酸液體積大，會(huì)對實(shí)驗(yàn)的后續(xù)步驟中加入液體得到瓶癟實(shí)驗(yàn)效果產(chǎn)生過大的干擾;還有碳酸氫鈉固體與1：2的硫酸溶液恰好完全反應(yīng)時(shí)，碳酸氫鈉質(zhì)量（9）的數(shù)值與1：2硫酸溶液的體積（mL）數(shù)值碰巧近似相等（理論上酸略微過量，更能保證固體的完全反應(yīng)），數(shù)值上的相等便于記憶和操作。本實(shí)驗(yàn)巧妙地運(yùn)用了向上排空氣法，二氧化碳在瓶底生成向上將原有的空氣排出，使得塑料瓶中充滿二氧化碳?xì)怏w。這樣的改進(jìn)，極大地縮短了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備時(shí)間，減輕了教師的工作負(fù)擔(dān)，取得了同樣良好的實(shí)驗(yàn)效果。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新有多種方向，比如化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量數(shù)字化顯得高大上，但對實(shí)驗(yàn)儀器的裝備要求高;化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新中的一體化，裝置儀器的制作本身復(fù)雜昂貴、易損壞且成本高;而筆者秉持的是化學(xué)實(shí)驗(yàn)常規(guī)裝置的優(yōu)化、常規(guī)操作細(xì)致化，以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的基本裝置為出發(fā)點(diǎn)，通過適宜的改進(jìn)和創(chuàng)新，以實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)用、易制作和最終裝置簡練且實(shí)驗(yàn)效果良好為最終目的，這也不失為化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的一個(gè)重要方向。

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編輯 王彥清