改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn) 創(chuàng)新器材使用

石偉偉

摘 要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材是開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的載體。在新課程理念下，需要對原教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，而在這個過程中，同時(shí)需要對實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行創(chuàng)新化使用。結(jié)合實(shí)例論述了基于化學(xué)組合實(shí)驗(yàn)、對比實(shí)驗(yàn)、擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)及替代實(shí)驗(yàn)的儀器及裝置的改進(jìn)策略。

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

新課改講究創(chuàng)新教學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)課要想實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，往往會牽扯到實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)裝置的改變。教師通過組合、對比、擴(kuò)充以及替代等途徑來進(jìn)行整合實(shí)驗(yàn)以及拆分實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，那么在這個過程中不可避免地需要對實(shí)驗(yàn)的儀器加以改變，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的完成。這樣的實(shí)驗(yàn)可以有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。針對實(shí)驗(yàn)儀器以及實(shí)驗(yàn)裝置方面的研究，要求教師具備良好的觀察能力以及靈活思考的能力，從實(shí)驗(yàn)儀器中提取新的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)在腦海中將這些儀器進(jìn)行解構(gòu)與重組，并形成新的實(shí)驗(yàn)儀器組合。結(jié)合具體教學(xué)實(shí)踐，筆者介紹自己在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)常用到的幾種實(shí)驗(yàn)儀器及裝置的創(chuàng)新策略。

一、基于“組合實(shí)驗(yàn)”儀器及裝置的改進(jìn)

組合實(shí)驗(yàn)是指根據(jù)具體的化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將兩個或者多個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行組合，從而變成一個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。這樣一來，將多個實(shí)驗(yàn)變成一個連續(xù)性實(shí)驗(yàn)，從而取得更好的實(shí)驗(yàn)效果，一方面可以有效地節(jié)約實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，讓學(xué)生有更多的時(shí)間對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考與總結(jié)，另一方面可以有效培養(yǎng)學(xué)生的觀察、邏輯思維與綜合分析等多種能力，并且對于學(xué)生處理問題的能力也有積極推動作用。在進(jìn)行組合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的過程中，我們會通過新的實(shí)驗(yàn)與舊的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比，在組合之后的實(shí)驗(yàn)過程中我們不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)效果的對比性有所加強(qiáng)，而且更加“綠色化”。而在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行組合實(shí)驗(yàn)的過程中，對原有的實(shí)驗(yàn)儀器及裝置進(jìn)行整合改進(jìn)是十分重要的，這樣才能讓組合實(shí)驗(yàn)更有效。

例如，教材中關(guān)于“一氧化碳化學(xué)性質(zhì)”的實(shí)驗(yàn)，這一個實(shí)驗(yàn)在開展的過程中便面臨著多種問題：首先，實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器較多，導(dǎo)致裝置比較復(fù)雜，同時(shí)也需要消耗大量藥品;其次，一氧化碳要想實(shí)現(xiàn)“早出晚歸”，那么必須要在加熱前利用一氧化碳將其玻璃管內(nèi)的其他氣體排出，會造成浪費(fèi)，并且假如點(diǎn)燃尾氣，那么便會有爆炸的危險(xiǎn)，假如不點(diǎn)燃尾氣，又會污染環(huán)境。鑒于此，筆者在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了組合，并且對原有的實(shí)驗(yàn)儀器及裝置進(jìn)行了整合，主要借助于澄清的石灰水來吸收一氧化碳，進(jìn)而按照以下步驟引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)操作：①將橡皮塞的上下兩端銅絲利用酒精燈進(jìn)行灼燒。灼燒的過程中，讓學(xué)生去觀察銅絲的變化，尤其是顏色變化，并讓學(xué)生思考變化的原因。②在下端的銅絲變黑之后快速地將其置入一氧化碳容器中。短時(shí)間的等待之后，振蕩整個錐形瓶，此時(shí)觀察瓶內(nèi)的石灰水的變化，并讓學(xué)生思考變化的原因。③讓學(xué)生點(diǎn)燃瓶內(nèi)的一氧化碳，并讓學(xué)生觀察火焰的顏色，同時(shí)讓學(xué)生去觸摸瓶壁感受。

這樣，通過改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器與裝置以后，有以下優(yōu)點(diǎn)：①有毒的一氧化碳不會泄露至空氣中，而是始終在錐形瓶中，從而避免了空氣的污染。②令整個實(shí)驗(yàn)過程更加簡單，涉及并使用到的藥品量也有所減少，可操作性提升。③組合之后的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了一套裝置進(jìn)行還原性、可燃性、尾氣處理三個實(shí)驗(yàn)的結(jié)合。④最終的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，易于觀察，同時(shí)還可以形成對比。多樣化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中感受到了美，同時(shí)也讓學(xué)生有了更濃厚的興趣去主動探索，提高了實(shí)驗(yàn)課的有效性。

二、基于“對比實(shí)驗(yàn)”儀器及裝置的改進(jìn)

在實(shí)驗(yàn)開展的過程中，某些化學(xué)現(xiàn)象在單獨(dú)實(shí)驗(yàn)的過程中不易進(jìn)行分辨，因此要通過對比實(shí)驗(yàn)來完成，從而提升實(shí)驗(yàn)效率。再比如有些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要從其實(shí)質(zhì)著手進(jìn)行對比，這也需要對比完成。因此，基于這些“對比實(shí)驗(yàn)”的開展，也需要對實(shí)驗(yàn)儀器及裝置進(jìn)行改進(jìn)。

1.通過改進(jìn)提升實(shí)驗(yàn)的明顯性

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對于一些對比實(shí)驗(yàn)在儀器及裝置上的改進(jìn)，可以有效地提升實(shí)驗(yàn)的明顯性，這樣就能夠更加有效地突顯實(shí)驗(yàn)的效果，引導(dǎo)學(xué)生自主參與到實(shí)驗(yàn)中去，從而提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。

比如“氫氧化鈉的水溶性”這一實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，實(shí)驗(yàn)只有一個溶于水的實(shí)驗(yàn)，我在教學(xué)的過程中進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合易溶性與溶解放熱引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)對比。在這個過程中是這樣對實(shí)驗(yàn)儀器及裝置進(jìn)行改進(jìn)，并引導(dǎo)學(xué)生按照以下步驟進(jìn)行的：①拿出兩支試管，并注入等量冷水，引導(dǎo)學(xué)生觸摸管壁來感受此時(shí)的試管溫度。②在兩支試管中加入不同量的氫氧化鈉與氫氧化鈣，其中前者要求量多，后者量少，并分別進(jìn)行振蕩靜置;讓學(xué)生觀察兩支不同的試管中的液體最后呈現(xiàn)出的渾濁度的不同，同時(shí)觸摸外壁，感受兩支試管的溫度不同。

通過以上的實(shí)驗(yàn)學(xué)生便可以更加輕松地得出結(jié)論：在同量同溫的水中加入多量氫氧化鈉與少量氫氧化鈣，兩支試管中，加入氫氧化鈉量多的全部溶解，最終得到無色的透明溶液，試管壁發(fā)燙，這些現(xiàn)象都表明，氫氧化鈉具有易溶性質(zhì)的同時(shí)，還會大量放熱。放少量氫氧化鈉的試管卻無法全部溶解，同時(shí)得到的是渾濁液體，試管壁也未發(fā)燙，這說明氫氧化鈣具有微溶性質(zhì)。在教學(xué)的過程中，當(dāng)學(xué)習(xí)到氫氧化鈉與氫氧化鈣兩者都可以與二氧化碳產(chǎn)生相關(guān)化學(xué)反應(yīng)時(shí)，我對同學(xué)進(jìn)行提問：假如我們要檢驗(yàn)二氧化碳，我們應(yīng)該采用哪種試劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？假如我們要吸收二氧化碳，要采用哪種試劑來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？原因是什么？學(xué)生在實(shí)驗(yàn)對比中明白：澄清石灰水可以用來對二氧化碳進(jìn)行檢驗(yàn)，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其變渾濁;如果要吸取二氧化碳，則需要用氫氧化鈉溶液，因?yàn)樗哂幸兹苄裕哂懈鼜?qiáng)的吸收力。通過實(shí)驗(yàn)對比，可以讓學(xué)生從中整理學(xué)習(xí)到的知識，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與組織能力。

2.通過改進(jìn)提升實(shí)驗(yàn)的安全性

有一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在一定的安全隱患，在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對于一些對比實(shí)驗(yàn)在儀器及裝置上的改進(jìn)，可以有效地提升實(shí)驗(yàn)的安全性。這樣就能夠確保學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行安全化的操作。

例如，“濃硫酸的稀釋實(shí)驗(yàn)”是初中化學(xué)中的一個常規(guī)實(shí)驗(yàn)。對于這一實(shí)驗(yàn)，教材中的設(shè)計(jì)是把濃硫酸沿著燒杯壁緩慢倒入水中，在這個過程中同時(shí)用玻璃棒慢慢地在燒杯中進(jìn)行攪拌，從而讓濃硫酸快速地溶解于水，并且在這個過程中釋放出的大量熱量。但是，這樣的操作是置于開放化的燒杯中的，因此，存在很大的安全隱患。因此，對于這一實(shí)驗(yàn)，要從實(shí)驗(yàn)儀器上進(jìn)行改進(jìn)，為了使“濃硫酸的稀釋實(shí)驗(yàn)”更加安全，把燒杯加上一個“蓋子”進(jìn)行封閉化處理，這樣就能夠確保整個實(shí)驗(yàn)的安全性。

可見，通過這樣的實(shí)驗(yàn)儀器改進(jìn)，就能夠讓“濃硫酸的稀釋實(shí)驗(yàn)”更加安全，才能夠有效避免學(xué)生在操作的過程中出現(xiàn)危險(xiǎn)。

三、基于“擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)”儀器及裝置的改進(jìn)

“擴(kuò)充實(shí)驗(yàn)”是指將實(shí)驗(yàn)儀器的潛在功能進(jìn)行挖掘，借助于新的實(shí)驗(yàn)手段，對實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行延伸的實(shí)驗(yàn)方法。通過這樣的儀器及裝置的改進(jìn)，能夠有效地優(yōu)化實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象，調(diào)動學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的積極性。

比如，“酸與金屬氧化物之間的反應(yīng)”這一實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容，我們的教材中安排的實(shí)驗(yàn)是用鹽酸與硫酸除鐵銹，這兩個實(shí)驗(yàn)需要消耗大量時(shí)間，因此在實(shí)驗(yàn)的過程中，我加入了一個環(huán)節(jié)，利用酒精燈進(jìn)行加熱，與此同時(shí)，還加入了硫酸與氧化銅的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在觀察實(shí)驗(yàn)的過程中，他們發(fā)現(xiàn)鹽酸可以與鐵銹反應(yīng)并生成黃色透明溶液，而硫酸與氧化銅進(jìn)行反應(yīng)之后生成了藍(lán)色透明溶液，通過自己親眼所見的奇麗景象，學(xué)生興趣大增，因此對于實(shí)驗(yàn)原理的探尋也更加專注。

可見，奇麗多彩、變化多端的化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅可以讓學(xué)生學(xué)習(xí)到理論知識，還可以讓學(xué)生感受到美，讓學(xué)生感受到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力所在，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師要基于學(xué)生的視角對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行儀器和裝置上的改進(jìn)，這樣才能優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

四、基于“替代實(shí)驗(yàn)”儀器及裝置的改進(jìn)

“替代實(shí)驗(yàn)”是指針對原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一個新的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行替代，將一些效果有待提升的實(shí)驗(yàn)所選擇的材料換成其他的材料，同時(shí)也可以將儀器裝置進(jìn)行替換。在實(shí)踐過程中最常用的是將一些廢品利用到實(shí)驗(yàn)中去，這種模式既可以節(jié)約材料，同時(shí)又可以進(jìn)行家庭實(shí)驗(yàn)。

例如，“熟石灰的制作”實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的過程是將少量生石灰置于蒸發(fā)皿內(nèi)，注入少量冷水。這一實(shí)驗(yàn)存在一定的弊端：①實(shí)驗(yàn)結(jié)果現(xiàn)象表現(xiàn)不夠明顯;②消耗時(shí)間比較長，而且無法很好地控制。在教學(xué)的過程中，我將這個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，改為用50℃～80℃的熱水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此，不需要消耗太多時(shí)間便可以看到蒸發(fā)皿四周的熱氣與白霧，而生石灰開始不斷變化，體積膨脹，最后疏松為粉末狀，在這個過程中還有“吱吱聲”。這樣明顯而劇烈的化學(xué)反應(yīng)吸引了學(xué)生的興致。我適時(shí)地讓大家來分析這些現(xiàn)象，學(xué)生輕松總結(jié)出來：生石灰與水之間產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng)并放熱，而生石灰塊變成了熟石灰粉末。

在化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用品中，潔白的濾紙經(jīng)常被用到，它可以有效地吸載液體，因此很多實(shí)驗(yàn)都可以以它為載體進(jìn)行操作，尤其是一些需要觀察顏色變化的微型實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用濾紙來開展實(shí)驗(yàn)有其優(yōu)勢：①清晰地看到顏色的變化;②只需要少量試劑;③實(shí)驗(yàn)操作不復(fù)雜，不危險(xiǎn)。比如在講授酸與堿之間反應(yīng)的課程時(shí)，在課堂開始之前，我便通過小實(shí)驗(yàn)引入課堂，用“清水”寫出“紅字”，并且又用“清水”將“紅字”消除。這樣的小實(shí)驗(yàn)激發(fā)了學(xué)生主動探究的興趣。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是初中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及裝置是開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的載體。初中化學(xué)教師對教材中的原實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)是十分重要的，而在這個過程中對化學(xué)實(shí)驗(yàn)器材及裝置也需要同步進(jìn)行創(chuàng)新使用，這樣才能讓初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)更高效，才能引導(dǎo)學(xué)生以一種積極的學(xué)習(xí)狀態(tài)投入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)中去。

編輯 高 瓊