例談對選擇傳統與新型化學器材的思考

田長明

摘要： 隨著社會的發展，新型的化學器材層出不窮，面對教材中化學實驗仍使用傳統的實驗器材的現狀，化學教師應該從實驗的目的性、觀察性和拓展性三方面綜合考慮，選擇相應的實驗器材。以天平的使用、合金熔點的驗證、中和反應的探究、蠟燭燃燒產物的驗證等實驗為案例，闡述教師在教學中應在兩者之間進行合理的選擇和應用，充分發揮化學實驗的教學功能。

關鍵詞： 化學器材; 天平使用; 合金熔點; 中和反應; 蠟燭燃燒產物

文章編號： 10056629（2019）9008304? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： B

隨著社會的發展和技術的進步，越來越多的新型化學器材進入學校的實驗室，甚至有些辦學條件比較好的學校已經有了數字化實驗室。但各版本的初中教材中，化學實驗所使用的還都是傳統的化學器材，在傳統化學器材和新型化學器材之間，我們初中化學教師應如何選擇？對于這個問題，筆者有以下三點思考。

1? 基于實驗的目的性

化學實驗的目的是通過觀察化學現象，認識物質變化，學會分析和推理，加深對知識的理解，也是為了培養學生的觀察能力和動手能力，學會使用各種化學器材以及各種規范操作，培養學生的安全意識。

每個實驗，選擇何種實驗器材一定要有兩方面的考慮，一方面要滿足實驗的要求，另一方面，也要考慮實驗本身的目的。以托盤天平和電子天平的使用為例。

電子天平（如圖1）的使用現在已經非常普遍了，它是用電磁力平衡被稱物體重力，具有操作簡單方便、稱量準確可靠、顯示快速清晰的特點。

托盤天平（如圖2）是測定物質質量的儀器，在初中化學中，探究化學反應中的質量關系、配制一定溶質質量分數的溶液和粗鹽的初步提純中都需要用到托盤天平。托盤天平使用比較復雜，先要將托盤天平放平，然后將游碼歸零，調節天平的平衡螺母使之平衡。稱量時左物右碼，加減砝碼和移動游碼必須使用鑷子。測量完畢，物體和砝碼取下，游碼歸零，墊上墊圈。

有教師很疑惑，既然電子天平在日常生活中使用如此普遍，實驗室為什么還使用托盤天平？托盤天平相對于電子天平來講，缺點是顯而易見的，操作繁瑣、精度不高且砝碼容易生銹，不易存放等。

有教師認為使用托盤天平，可能是因為托盤天平價格便宜。表1是筆者在淘寶網上查到的兩者的價格。

表1中小型電子天平規格100g、 200g、 500g的精度為0.01g，規格1000g的精度為0.1g。通過對表1中兩者價格的對比可以發現，認為托盤天平價格便宜顯然是沒有道理的，那是什么原因呢？筆者認為，教材中仍采用托盤天平作為稱量用具，主要是托盤天平可以培養學生的動手能力。“配制一定溶質質量分數的溶液”和“粗鹽的初步提純”都屬于八個基礎實驗，這兩個實驗目的之一是要求學生掌握實驗的流程，目的之二就是要培養學生動手操作的能力。正因為托盤天平操作過程復雜，且每一步都有嚴格的操作要求，有利于培養學生的實驗操作能力，如果選用電子天平，這方面的能力訓練將會大大削弱。

但對于一些實驗精度要求比較高的實驗，電子天平有其優越性，如“探究化學反應中的質量關系”時，有教師設計了銅粉加熱前后質量比較的實驗，若用托盤天平稱量加熱前和加熱后的銅粉的質量，發現托盤天平的讀數相等，原因是加熱前后銅粉質量的變化很小，沒有超過托盤天平的感量，因此選擇精度高的電子天平進行稱量就比較好。

2? 基于實驗的觀察性

化學實驗現象易于觀察、實驗結果更加直觀，對學生正確認識和理解化學知識有直接的影響，因此對于教材中的每個實驗教師都應精心設計，使實驗結果一目了然。在實驗過程中我們有時可以選擇新型化學器材。

滬教版九年級《化學》（上冊）第五章中關于“合金”的性質，有這樣的描述：“……多數合金的熔點低于組成它的成分金屬。”教材中只有結論，并沒有相關的實驗驗證，有教師就利用手機等器材進行了以下相關的實驗探究。

案例1? 比較錫塊、鉛塊和錫鉛合金塊的熔點

實驗1： 取一塊圓形的鐵片（直徑約15cm），在圓形鐵片的中央畫一個等邊三角形（邊長約為10cm），等邊三角形的三個頂點用鐵杵分別砸出一個圓形的坑。在圓坑內分別放等質量的錫塊（A1）、鉛塊（B1）和錫鉛合金塊（C1），在三種金屬塊上分別用釘上粘有紅（A）、綠（B）、黃（C）顏色的紙旗，紙旗上分別寫上Sn、 Pb、 SnPb等符號，教師的手機用手機支架固定在鐵架臺上。實驗裝置如圖3所示。

將裝置按圖3組裝好后，打開教師手機上的QQ或微信的視頻聊天功能，打開電腦中某位學生的QQ或微信的視頻聊天功能后，將電腦與大屏幕連接;調節教師手機攝像頭的角度和焦距。然后點燃酒精燈，對準圓形鐵片的中心位置加熱。

過一段時間后，從大屏幕上學生可以非常清楚地觀察到插在錫鉛合金塊上的黃色小紙旗先倒下，其次是插在錫塊上的紅色小紙旗倒下，最后是插在鉛塊上的綠色小紙旗倒下，這說明錫鉛合金的熔點在三者中最低，其次是錫，而鉛的熔點是最高的，可見驗證了合金的熔點一般低于組成它的成分金屬。

借助大屏幕、電腦和手機完成化學實驗，學生就能從大屏幕上非常清楚地觀察到相關實驗現象，大大增強了化學實驗的可觀察性[1]。

3? 基于實驗的拓展性

拓展性實驗是開闊學生視野、培養學生思維、探究知識本質的一種重要手段。但在實際教學中我們常碰到一些問題，有些實驗使用傳統的化學器材并不能很好地完成，但我們如果借助于一些新型的化學器材，能夠很方便地解決這一問題。

案例2? 中和反應的探究

在滬教版九年級《化學》第七章“中和反應”中有如下的“活動與探究”。

實驗2： 在盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，滴加2～3滴酚酞溶液，插入一支溫度計，測量溶液的溫度。用膠頭滴管吸取鹽酸逐滴加入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，邊滴邊用玻璃棒攪拌。當燒杯中溶液剛好變成無色時，停止加入鹽酸。在實驗過程中，溶液的堿性發生了什么變化？溶液的溫度有什么變化[2]？

這個實驗加入酸堿指示劑酚酞，通過觀察溶液顏色的變化來判斷溶液酸堿性;通過溫度計測量反應前后溫度的變化，判斷反應是放熱還是吸熱。但在反應過程中溶液的pH是如何變化的？反應過程中溫度在什么時候達到最高？有教師利用溫度和pH傳感器設計了下列實驗。

實驗3： 將溫度傳感器和pH傳感器連接到數據采集器上，數據采集器連接計算機，在計算機上打開相關軟件。取20mL NaOH溶液于250mL燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加入稀鹽酸并固定在鐵架臺上，將溫度傳感器和pH傳感器插入燒杯溶液中。開啟磁力攪拌器，滴加稀鹽酸，采集實驗過程中溫度和pH變化數據并繪制曲線[3]。實驗裝置如圖5所示。

實驗繪制的曲線見圖6。通過圖6，我們能很精確地看到反應過程中溶液pH和溫度的變化趨勢，便于學生進一步理解中和反應的過程和本質。

案例3? 蠟燭燃燒產物的探究

滬教版九年級《化學》（上冊）第一章中關于“化學研究物質的性質與變化”的內容，設計了蠟燭的燃燒實驗，部分實驗過程如下。

實驗4： 點燃蠟燭，在蠟燭火焰上方罩一個干冷的小燒杯，觀察燒杯內壁的變化。向上述小燒杯中加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現象。實驗過程如圖7所示。

該實驗能驗證蠟燭燃燒產生水和二氧化碳，實驗現象也非常明顯，但蠟燭燃燒有沒有一氧化碳產生呢？這個實驗是無法驗證的，為了驗證蠟燭燃燒是否有CO產生，有教師借助CO報警器設計了如下實驗。

實驗5： 先將CO報警器固定在銅絲上，然后將銅絲插入橡皮塞，吸有澄清石灰水的膠頭滴管、燃燒匙也插入橡皮塞中，再將插有膠頭滴管和CO報警器的橡皮塞旋入三頸瓶，最后在燃燒匙上固定好蠟燭，點燃蠟燭并放入三頸瓶中，旋緊橡皮塞。實驗裝置如圖8所示。

通過觀察，我們可以發現三頸瓶內壁上有水霧出現，CO報警器上會顯示CO的濃度數據，到達一定濃度后，CO報警器會自動報警，將膠頭滴管內的澄清石灰水擠入三頸瓶，振蕩后發現澄清石灰水變渾濁。這個實驗不僅能驗證蠟燭燃燒會產生CO2和水，同時能驗證蠟燭在供氧不足時燃燒會產生CO2、 CO和水，實驗操作簡單，現象明顯。

傳統化學器材和新型化學器材各有自己的優點和不足，例如傳感器能直觀地看到溫度、pH、氣體濃度、溶液的電導率等變化的情況，但在使用過程中因為太靈敏，操作不易控制，往往會造成數據誤差比較大。因此我們在使用過程中一定要根據實際需要進行合理選擇，不必為了追求方便和創新，大量使用新型化學器材，也不必因為新型儀器有些地方還不太成熟而棄之不用，因噎廢食。只有將兩者有機融合，才能發揮它們的最大作用。

參考文獻：

[1]王建芬， 曹愛娟. 利用現代媒體技術增強化學實驗的可觀察性——以“比較錫、 鉛和錫鉛合金的熔點實驗”為例[J]. 化學教學， 2018， （3）： 68～69.

[2]中學化學國家課程標準研制組. 義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級下冊）[M]. 上海： 上海教育出版社， 2013： 48.

[3]陳學東，嚴西平. 利用多信道傳感技術探究酸堿中和反應的過程和本質[J]. 化學教與學， 2014， （9）： 89～90.