通過自制化學教具培養學生質疑探究精神的有效策略

劉麗美 周同學

化學教具是開展研究性學習，培養學生質疑和創新精神，提升學生化學素養的有效載體。雖然化學教具多種多樣，但一般性的教具在某些特定環境下并不能夠充分發揮其作用。這時，便需要自制教具，或對原來的教具進行改進和完善。在教學實踐中，筆者通常先指導學生運用教材設計的教具進行實驗探究，并在探究過程中引導學生發現已有裝置的不足之處，然后鼓勵學生自制教具，使其在解放大腦和多種感官的同時，體驗創新研究的獨特魅力，提高設計能力和探究能力，激勵質疑和創新精神。在此，以“探究白磷在空氣中燃燒前后的質量有無變化”的實驗為例，探討通過自制教具培養學生質疑和探究精神的策略。

一、實踐反思激發質疑

愛因斯坦曾說，提出一個問題比解決一個問題更重要。提問是探究的前提，因此，在“探究白磷在空氣中燃燒前后的質量有無變化”的實驗教學中，筆者首先指導學生運用教材中設計的實驗教具進行研究，通過觀察和體驗，反思、交流其中的優缺點，培養問題意識。

教材中提供了一種設計：由錐形瓶、細沙、橡皮塞、玻璃棒組成密封裝置，用灼熱的玻璃棒點燃白磷。學生通過反復觀察和思考發現，玻璃棒在火焰上的受熱時間不能少于5秒，否則就會溫度太低，同時移動過程又會散失少許熱量，可能導致白磷不能被點燃。因此，使用該裝置做實驗雖然用時很短，但存在四點不足之處。一是如果白磷用量過大，燃燒放熱過多，可能引起瓶內氣體體積膨脹，使瓶塞鼓開導致實驗失敗;二是要用到細沙，刷洗儀器麻煩;三是如果用力稍大可能將白磷捅入沙內，導致無法點燃;四是觀察不到白磷受熱熔化、冒白煙、再劇烈燃燒的變化過程。

教材中還提供了另一種設計：由錐形瓶、細沙、橡皮塞、玻璃導管、小氣球組成密封裝置，用酒精燈墊上石棉網間接加熱錐形瓶點燃白磷。學生通過反復實驗和觀察發現，加熱大約1分20秒時白磷才會冒出幾縷白煙，加熱1分30秒時白磷開始燃燒。這種設計的優點是氣球能緩沖瓶內壓強，缺點是加熱時間過長，觀察不到白磷受熱至燃燒之間的變化過程，同時實驗中也用到細沙，刷洗儀器比較麻煩。

面對教材中的設計，學生親自實踐，親歷過程，反思分析，了解問題和不足，激發了問題意識，提高了質疑能力。

二、實踐研究培養創新

教師在指導學生通過實踐發現了教材中的實驗裝置存在的不足后，繼續鼓勵學生集思廣益激發智慧，另辟蹊徑大膽創新，設計出兩套新的裝置，以及點燃白磷的兩種新方法。

1.銅條導熱點燃法

創新裝置1由錐形瓶、橡皮塞和銅條組成（見圖1），銅條的一端被砸成一個小勺，用來盛放白磷。實驗設計的原理是：銅具有良好的傳熱性能，可以通過加熱銅條的一端，將熱量傳遞到另一端點燃白磷。在完成設想后，教師組織學生開展了實踐檢驗。

首先是制作反應裝置。指導學生選擇直徑分別為2mm、1mm和0.7mm的三根銅條開展對比實驗，測定設計的可行性。以直徑為2mm的銅條為例，先將一根約80mm長的銅條一端慢慢彎曲卷成一個直徑約20mm的銅圈，以增大受熱面積，使單位時間內傳遞熱量更多，以加快點燃白磷的速率;再將銅條的另一端旋轉插入并穿過6號橡皮塞，在瓶塞上部留出約20mm的銅條，使銅盤被彎平時能與瓶塞保持一定距離，以防止加熱時燒到橡皮塞;然后，將插入錐形瓶內的銅條一端彎曲卷成一個小圈，再用錘子捶打成一個小勺，用來盛放白磷;最后，將帶有銅條的橡皮塞安裝到125ml的錐形瓶上，就組裝成了觀察白磷在空氣中燃燒的密封裝置。同理，分別用直徑為1mm和0.7mm的兩根銅條組成相應的密封裝置。

接下來，要測定加熱點燃白磷所需要的時間。第一步，分別在三個反應裝置的小銅勺上放置半顆綠豆粒大小的白磷，然后探入錐形瓶，并將橡皮塞塞緊;第二步，用同一盞250ml的酒精燈，在保持火焰大小基本相同的前提下，先后加熱直徑為2mm、1mm和0.7mm的銅條卷成的銅盤，直到銅盤所傳遞的熱量點燃白磷。最終測定所用時間分別是1分23秒、3分12秒、14分59秒，由此證明直徑為2mm銅條的實驗效果最好。該實驗裝置的優點是點燃白磷所需時間合理，使用儀器少，整理和刷洗方便，且便于學生清楚地觀察到白磷從受熱至燃燒的一系列變化過程，即固體先軟化變形，然后慢慢熔化成一團，接著冒出縷縷白煙，隨后燃燒發出明亮的火焰，并產生大量的白煙。

2.電熱絲點燃法

創新裝置2由錐形瓶、橡皮塞、燃燒匙和電熱絲組成（見圖2）。首先選取初中物理測定發熱時所使用的直徑為0.5mm的鎳鉻合金絲10cm，將它纏繞成緊密的螺旋狀，以增大單位發熱面積并減少占用空間，更便于放在燃燒匙內。通過物理實驗測知該鎳鉻合金絲的電阻為1Ω。將電熱絲置于燃燒匙內，一端固定在燃燒匙的鐵條上，另一端固定在一根細鐵絲上，將燃燒匙的鐵條和細鐵絲分別穿過6號橡皮塞，用于連接電源的正負極。最后，將帶有燃燒匙、細鐵絲的6號橡皮塞安裝到125ml的錐形瓶上，組成白磷在空氣中燃燒的密封裝置。

在測定點燃白磷的時長時，指導學生先取半顆綠豆粒大小的白磷放在燃燒匙的電熱絲上，并將橡皮塞塞緊;再接上3v電源，使電熱絲發熱。這種裝置點燃白磷的時間為5.03秒，用時最短。該裝置設計的優點是節省時間，組裝和刷洗儀器非常方便，但來不及觀察白磷從受熱至燃燒的一系列變化過程。

三、總結

綜上，通過自制教具，帶領學生經歷觀察、體驗、感悟和反思的過程，使學生通過實踐，體驗了質疑和創新的過程，進一步激發了探究的動力，培養了質疑和創新的意識，同時也提高了設計能力，促進了多種思維的發展。

（責任編輯? ?姚力寧）