初中化學綠色化演示實驗的設計

崔良浩

【摘要】 ?化學是一門以實驗為基礎的科學。初中化學有大量的演示實驗，在實驗過程中不乏會產生環境污染物，干擾課堂、危害師生健康、污染環境。因此，初中化學綠色化演示實驗設計就顯得尤為重要了。本文主要從人教版初中化學（2012年6月第1版）中的幾個化學演示實驗，結合自己的教學實況，從實驗裝置綠色化、實驗試劑綠色化、實驗操作綠色化、多媒體輔助演示實驗教學綠色化四個方面，對初中化學演示實驗進行綠色化設計。

【關鍵詞】 ?初中化學 演示實驗 綠色化 設計

【中圖分類號】 ?G633.8 ? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】 ?A ? 【文章編號】 ?1992-7711（2019）08-142-030

問題的提出：化學是一門以實驗為基礎的科學，通過實驗，學生不僅獲得知識，還可以培養實事求是、嚴肅認真的科學態度。而演示實驗在中學化學教學中是最常態的一種教學手段，可是，作為化學科的演示實驗，大多時候是要損耗儀器、藥品的，時常也會產生環境污染物，處理不好就會與“化學能使環境更美好”的理念相違背了，也會在潛移默化中讓學生失去環保意識。作為化學教師，我們應該樹立學生綠色化學理念和環境保護的意識當成自己的責任，讓學生認識綠色化學是對于保護環境具有重大意義，它不是污染了環境后才去治理，而是從源頭上消除污染物。

因此，我們教師在給學生做演示實驗時，首先應該以身作責，實驗設計的時候提倡綠色化。盡量在保證實驗效果的前提下讓實驗的損耗降到最低;化學反應技術的可持續性，即盡量利用自然界可再生的自然資源代替不可再生的資源，盡量利用自然界可再生的能源代替不可再生的能源;化學實驗所使用或產生的有害物質盡量能夠是零或向零靠攏，無法靠攏的應該盡可能密閉可控，達到不排或者少排污染物。也就是說要做好演示實驗的綠色化設計。下面筆者結合自己多年的教學經驗，從實驗裝置綠色化、實驗試劑綠色化、實驗操作綠色化、多媒體輔助演示實驗教學綠色等四方面，談談自己在演示實驗上的一些做法和心得。

一、實驗裝置綠色化設計

在日常的演示實驗教學中，做好實驗裝置的綠色化設計，可起到事半功倍的效果，還可以有效地減少環境污染。比如，教材33頁實驗2-3：硫分別在氧氣和空氣中的燃燒。如依教材實驗，裝置簡圖如圖1.該實驗教材已經作出要求應在通風櫥中進行，氧氣瓶中有預留溶解生成物二氧化硫的水，目的是為了防止實驗中生成有刺激性氣味的氣體二氧化硫擴散在課室干擾課堂、危害師生健康和讓生成的二氧化硫溶于水減少二氧化硫排放到空氣中污染空氣。結合我校實際，如教材實驗有三點不足：1、我校通風櫥建在藥品室一角，很難讓每個學生仔細、方便的觀察現象;2、通風櫥里進行實驗，泄漏的氣體直接被抽排到課室外面的空氣中，學生無法感知“刺激性”氣味這一實驗現象，而這個實驗是需要學生感知這一現象的;3、這個實驗硫在氧氣瓶中燃燒時，在空氣中點燃硫伸入集氣瓶中后教師還要繼續集中精力操作燃燒匙和玻璃片，而且這個實驗體系不是密閉的，在實驗過程中仍會有二氧化硫氣體逸出瓶外造成更多污染物排放到空氣中。

因此，筆者對本實驗裝置進行了綠色化設計（如圖2）：實驗在原裝置的基礎上，取消用玻璃片蓋集氣瓶，改為用雙孔膠塞來代替玻璃片塞住集氣瓶，雙孔膠塞的一個孔插盛硫的燃燒匙，一個孔插綁有氣球的玻璃管（便于緩解集氣瓶內因硫燃燒放出的熱量使瓶內空氣膨脹產生沖力導致膠塞被沖出）。

通過教學實踐，這一個實驗的改進，充分地體現了綠色化設計優點：該實驗由原來的非封閉體系變為封閉體系，點燃紅磷只要把膠塞塞入集氣瓶后不用再擔心二氧化硫會泄漏到空氣中。同時這樣改進增加了更多的教學附加值：1、節省操作精力。紅磷點燃塞入集氣瓶后不用管接下來的操作了，老師可以解放雙手和操作的精力，把精力用到引導學生觀察、描述實驗現象和思考實驗問題上來;2、裝置可靈活移動。可放在講臺學生最佳觀察的位置，也可移動到課室中間學生最佳觀察的位置，讓每個學生都能充分的觀察到實驗現象;3、通過改進可以把實驗放到課室里來做，老師控制好硫在空氣里燃燒的時間，讓學生在觀察到硫在空氣里燃燒的現象的同時，又讓學生得到二氧化硫氣休刺激性氣味感知，進而讓學生認識到環保的重要性，體會到實驗綠色化設計的重要性。

二、實驗試劑綠色化設計

在實驗中對試劑的選擇上，筆者對試劑綠色化設計堅持的原則是：在保證實驗效果的前提下，讓實驗的損耗降到最低;在消耗性資源選擇上，盡量用可再生性資源代替不可再生性資源。

比如，教材49頁實驗：分子運動現象。如依書本（如圖3）操作，有以下不足：1、氨水用量大。按一個班四十人、每四人一組計需要分成十組，則需要十份氨水，需要的氨水量相對較大。雖然氨水可以回收，但它揮發性強，經多次回收的氨水濃度不斷下降，影響后續班級的使用效果;2、對環境污染大。十組實驗同時進行，大量氨氣揮發在實驗室空氣里，嚴重污染環境;3、對師生健康危害大。氨氣氣味特別刺激，而且它有毒，對眼、鼻和皮膚有刺激性和腐蝕性，人體吸入氨氣后對肺有很大的刺激，嚴重的可引起喉頭水腫而窒息甚至死亡（百度信息）;4、對課堂干擾大。實驗過程中會有大量刺激性氣味的氨氣揮發在實驗室空氣中，干擾學生實驗觀察和思考;5、結論較單一。就圖3的操作，可以得到的結論僅是分子在不斷的運動。

綜合上述不足，加上本實驗重點是觀察、分析現象得結論，筆者將學生探究實驗改為演示實驗并對裝置綠色化設計（如圖4、圖5）：用硬質大試管代替圖3大燒杯，用透明聯排十孔塑料小試管（規格長寬高分別約5cm、0.4cm、0.5cm）代替圖3小燒杯。實驗時，將硬質大試管如圖4、圖5架夾好，再在聯排小試管第一和第二個孔分別滴入兩滴濃氨水，第三至第十個孔分別滴入兩滴酚酞溶液，然后快速將聯排小試管塞入大試管（有氨水的一端靠膠塞）并立即塞上膠塞。

本實驗改進后有兩組相似實驗裝置，是為了便于對比。在教學中，教師演示無氣球的一組（圖4），再找一個學生上講臺跟著老師同時完成有氣球的一組（圖5），操作區別在于教師組不加熱大試管而學生組用風筒加熱試管，其它操作及過程一致。（學生組裝置加裝帶氣球的導管，目的是為防用風筒加熱大試管時管內空氣膨脹使膠塞沖脫試管，故加裝氣球緩沖）。

筆者對此實驗進行這樣的改進設計，雖然兩組實驗使用的濃氨水和酚酞溶液量都極少，但是實驗現象卻很快，實驗效果很明顯;這體現了“保證實驗效果的前提下讓實驗的損耗降到最低”的綠色化實驗理念。

此外，這樣的設計既符合學生的發展認知規律，又凸顯其獨特的優點：1、能讓學生通過實驗現象，得出化學本質規律。比如觀察到第三至第十個小試管中酚酞按先后順序變紅，學生自然而然就能得出“分子是由近及遠運動”的特性。2、學生也能從兩組操作的現象差別，小結出“溫度越高分子運動越快”的特性。3、設計后的裝置由于可以靈活的移動，所以教師在演示時可以把這一套裝置輕而易舉地展現在每一個同學面前，更好地促進了學生對實驗現象的觀察、思考和討論。4、濃氨水是完全在密閉的狀態中進行實驗的，因此，不用操心盡快去回收濃氨水，也不用擔心氨氣會泄漏到課室空氣中去。這樣同學們就可以用更多的精力，邊觀察邊思考，促進對知識的深度學習。

三、實驗操作過程綠色化設計

教師不僅是知識的傳授者，更是喚起學生環保意識的倡導者，因此，在進行化學實驗綠色化設計上，對實驗操作過程進行綠色化設計也是不可缺少的一部分。

比如教材27頁中實驗2-1：測定空氣里氧氣的含量。該實驗如依教材進行（如圖6），有以下幾個不足：1、紅磷要先在空氣中點燃，然后再將膠塞塞入集氣瓶中。這一過程既會造成紅磷在空氣中燃燒時釋放大量白煙（五氧化二磷）而污染空氣。2、膠塞塞入集氣瓶過程中部分瓶中空氣因受熱膨脹逸出集氣瓶，使實驗產生誤差。3、紅磷熄滅、等集氣瓶冷卻打開止水夾吸水后，玻璃管中會滯留有水產生實驗誤差。4、止水夾夾住膠管一端，與集氣瓶相連的這段導管中，會含有一定體積的空氣，造成實驗科學性誤差。

因此，筆者對這一實驗操作過程進行綠色化設計（如圖7、圖8、圖9），具體操作如下：

取一硬質大試管，按試管體積五等份均分，并在試管外面做好五等份的標識。然后在大試管中放入足量（通常黃豆大一粒即可）吸干水的白磷，并立即在試管口套上一個盡量排盡空氣的大氣球，用棉線綁緊，以防止實驗過程中氣球脫落。如圖7。

在實驗開始時，將底部有白磷的試管浸入紙約80℃熱水，學生很清晰地看到白磷迅速燃燒，氣球剛開始時脹大，隨后燃著的白磷熄滅、氣球縮小，并在完全冷卻時氣球一部分被吸入試管中的現象。待試管冷卻后，將試管口朝下，浸入盛有常冷水（為使容易觀察可將常溫水染紅）的大燒杯中。教師在水中取出氣球并引導學生觀察，學生可以清晰看到：水倒吸入試管并約占試管體積的五分之一（如圖7、圖8、圖9）。

本實驗綠色化設計的優點在于：1.白磷燃燒過程在密閉體系中進行，生成的五氧化二磷不會泄漏空氣中污染空氣，達到了實驗向零污染靠近的進擊目的。2.學生能清晰的看到氣球從脹大到縮小直至部分倒吸入試管，感官上直接感知到試管內氣體減少，進而更就好的幫助學生理解和分析實驗現象。3.操作便捷，現象明顯。4.可以減少實驗誤差。

四、多媒體輔助演示實驗教學綠色化

在日常教學中進行演示實驗時，難免會遇到一些危險性大、污染嚴重的實驗。基于對師生安全和環境污染問題的影響，可利用多媒體技術輔助進行實驗教學。利用多媒體演示實驗操作過程，讓學生有“身臨其境”的感覺，可以更好加深學生對實驗的理解和認識。

比如下冊教材53頁實驗10-4：濃硫酸稀釋。這個實驗強調的是規范正確的操作。因此，筆者在實際教學中，會演示正確的稀釋操作，也會讓學生通過觸碰燒杯外壁感知現象。但錯誤的操作不做演示，因為太不可控。這樣學生就體會不到錯誤操作導致的真實后果會是怎樣。如果不做處理，學生只能通過書本的文字和圖片了解相關的知識，而這樣的認知方式通常讓學生無法印象深刻。很多學生學完后，過一段時間，就會記不清到底是將水注入濃硫酸中還是將濃硫酸注入水中。

因此，在本實驗教學過程中，筆者首先通過多媒體輔助教學，引導學生通過觀察動畫模擬濃硫酸稀釋錯誤操作演示的過程，并進行探討和交流，認識不恰當的操作會帶來嚴重的后果。然后，教師再進一步在講臺上演示正確的濃硫酸稀釋操作步驟，這樣，學生就可更加深刻地領悟正確的操作方法以及它的重要作用。

本實驗用多媒體輔助實驗，讓學生通過觀看多媒體演示動態效果，對實驗操作有了正確和錯誤對比，進而更深刻地理解了：為什么不能把水倒入濃硫酸而應把濃硫酸倒入水進行稀釋的原因，從而達到“百聞不如一見”的效果，讓學生更深層次的理解和掌握化學知識。

結語

演示實驗是利用演示功能，讓學生通過觀察實驗現象去分析思考獲得知識或驗證原理的。在整個演示過程中，教師的一舉一動都會給學生帶來潛移默化的影響。所以在演示實驗教學中，教師必須身體力行，對會或可能會造成環境污染的化學實驗做好綠色化設計，讓污染變為零或向零靠攏，同時更要把防止環境污染的理念傳輸給學生，讓學生懂得保護環境得從一點一滴做起，每個人做起。這是我們對化學演示實驗綠色化設計的最終目的和最大愿望。

[ 參 ?考 ?文 ?獻 ]

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