高中化學教學中微型實驗的開發與研究

◇ 甘肅 交巴才旦

化學教學中最重要的是實驗,因為實驗能將枯燥的教材知識生動地表現出來,可激發學生學習的主動性．但是教材中有些化學實驗比較煩瑣,且有一定危險性,需要改進．基于此,教師要多進行微型實驗開發與運用的教研,令實驗過程更加環保、簡單、安全,彌補當前教學中的不足．

1 微型實驗的開發原則

1.1 科學性原則

科學性是設計高中化學實驗的第一步,也是確定微型實驗是否成功的主要依據．實驗設計主要依靠實驗現象與記錄結果,最終得出科學的結論．例如,檢驗苯酚的微型實驗設計中,可以用苯酚鈉與人們呼出的二氧化碳反應進行測試．實驗過程為:往苯酚鈉溶液中吹氣,實驗現象為溶液可能變渾濁．雖然此實驗也能觀察到實驗現象,但是因為課堂教學時間有限,有些教師將實驗進行了改進:吹氣前用吹氣玻璃管接觸苯酚鈉溶液,再蘸少量稀鹽酸,然后再吹氣,發現苯酚鈉溶液立刻變渾濁,此過程雖然效果明顯,但是此實驗沒有遵循科學性原則,即稀鹽酸溶液影響實驗結果,且改進后的實驗只能說明苯酚是弱酸,不能說明其酸性比碳酸弱．

1.2 安全性原則

化學微型實驗的設計,需以安全為前提,要保障師生的安全、實驗環境的安全．教師設置實驗的時候,要多考慮實驗過程是否存在危險,并采取措施盡量避免這些危險．另外,還要禁止一些可能發生危險的操作．例如,稀釋濃硫酸的時候,要嚴格按照實驗要求操作,要將濃硫酸緩緩傾倒入水中,嚴禁順序發生變化,否則會出現危險,令實驗者受傷．再如實驗過程中需檢測氣體純度,不能不檢驗純度就直接點燃氣體,否則會有爆炸的危險．

2 微型實驗的開發案例

2.1 離子檢測的微型實驗設計

高中教材中關于二價與三價鐵離子的描述較多,涉及各自的性質、轉換和除雜等內容也較多．關于此知識點考查的題型有很多,如涉及化學方程式、離子方程式、實驗過程與現象等．有文字方面的描述,也有實驗操作方面的內容．且這一知識點在高考中頻頻出現,不但是因為鐵元素在化學領域中占有重要的位置,還因為鐵在生活生產中有舉足輕重的作用．所以教師可以設計關于Fe2＋和Fe3＋的微型實驗．

圖1為檢驗Fe2＋和Fe3＋的常規實驗,通過沉淀法進行檢測,Fe2＋和OH－反應,產生Fe(OH)2沉淀,因為Fe2＋還原性很強,且容易被氧化,因此產生的白色沉淀在空氣中很快就會變成紅褐色．此為傳統實驗的缺陷,很多教師為了解決這一問題,在課堂教學中對實驗做了簡單的改進,例如,在反應前,在氫氧化鈉溶液中加入苯,因為苯不溶于水且密度小于水的特點,在實驗中起阻隔空氣的作用．但是本次實驗關于Fe2＋的性質檢驗比較單一,如果要繼續討論Fe2＋和Fe3＋的檢測與鑒別,還要使用其他藥品和實驗儀器．為了保障學生實驗的安全性,保證實驗科學性,教師可讓學生自主合作,完成微型實驗的設計與改進,進而更好地激發學生的學習興趣,讓學生在化學實驗過程中,感受化學的魅力．本次改進實驗需要的藥品有稀H2SO4溶液、FeSO4溶液、NaOH 溶液、氨水、鐵粉、煤油及KSCN 溶液．實驗儀器有試管、導管、膠頭滴管等,實驗裝置如圖2 所示．實驗步驟:第1 步,組裝儀器,在A 試管中加入FeSO4溶液,同時加入少量的鐵粉防止二價鐵離子被氧化,接著使用三孔膠塞塞好．在B試管中裝入煤油與KSCN 溶液．第2步,在A 試管中滴入稀硫酸排出試管中的空氣,然后滴入NaOH 溶液觀察實驗現象,此過程產生白色沉淀,然后觀察試管B的顏色變化．實驗結束后再向試管B 中滴入氯水,觀察顏色變化．

圖1 常規實驗裝置

圖2 微型實驗改進裝置

在實驗過程中有很多細節值得學生深思,經常引導學生對實驗進行改進,是對其化學學習能力的培養,可以順利將新知識運用于實際解決問題的過程中,加強對知識的運用與理解．該實驗中值得深思的細節有:1)為什么在A 試管中加入鐵粉? (為了避免二價鐵離子被氧化．)2)該實驗中的Fe2＋和Fe3＋的轉化,為什么先加入KSCN 溶液的目的是確定B 試管中是否有三價鐵離子,然后加入氯水(為了觀察二價鐵離子是否被氧化)．3)B 試管中為什么要放入煤油? (是為了使實驗更科學、嚴謹,避免空氣進入影響實驗效果．)改進后的實驗,不但能檢測鐵離子,還能實現二價與三價鐵離子之間的轉換,提升學生思考的整體性．另外多種藥品的使用便于學生思考多種物質間的反應,還能節省藥品,讓學生在實驗中養成節約的意識,發揮微型實驗設計的環保性．若站在知識的傳輸方面,此類實驗的設計,也便于學生更好地學習Fe2＋和Fe3＋的性質與轉化．

2.2 性質檢測的微型實驗設計

以“氯氣的制取與性質”為例,教學目標為:學生通過實驗與學習,了解氯氣的性質;在實驗中提升學生的探究興趣,提升學生的學習能力,養成正確的學習方法,并為后期學習元素周期表提供基礎．氯元素對學生來說很熟悉,在生活中經常遇到,如食用鹽中主要元素就是氯,所以在學習前,學生會對此部分內容產生親切感,能有效降低探究難度．另外高中生已經有自己一套獨特的學習方法與思路,且具備一定實驗能力,對于教師教學很有幫助．氯氣在人們生活中有重要的利用價值,但是氯氣自身有毒,所以為了保證師生安全,教學過程中關于此部分的實驗都是通過播放實驗視頻或者教師單方面的演示完成的,這樣使學生學習積極性降低．所以開發設置相關微型實驗很有必要．圖3是制取與探究氯氣性質的常規裝置,可以訓練學生基礎儀器與藥品的使用．但是從整體實驗裝置上分析,裝置過于煩瑣,藥品用量大,產生尾氣過多,在實驗過程中還會有危險性．

圖3 制取氯氣與性質探究常規實驗裝置

教師往往將本次實驗課設置為演示課,雖然在課堂教學中教師反復強調基本操作步驟,但是學生不能很好地提升操作技能．因此設計微型實驗,彌補了這一缺點,且通過操作簡單、直觀、安全等優勢,鍛煉學生的動手能力．微型實驗中需要的藥品為:濃鹽酸、紅紙條、高錳酸鉀、淀粉KI試紙、溴化鈉試紙、石蕊試紙、氫氧化鈣顆粒等,實驗裝置如圖4所示．

圖4

實驗步驟為:首先,教師帶領學生組裝實驗裝置,并加入藥品．找1個250mL的空飲料瓶,清洗干凈并干燥后,在瓶蓋處打2 個小孔,先裝入50 mL Ca(OH)2溶液,并挑選長度適合的玻璃棒,一側穿入小孔中,玻璃棒固定后,從上往下以此粘貼試紙(濕潤紅紙條、淀粉KI試紙、溴化鈉試紙與石蕊試紙．瓶蓋的另一個小孔放置裝有濃鹽酸的膠頭滴管．另取一只試管,裝入5g高錳酸鉀,并固定在空飲料瓶中,將瓶蓋擰緊．其次,學生捏膠頭滴管,令其中的濃鹽酸滴出,發生化學反應,產生黃綠色的氣體,隨著氣體量的增多,逐漸逸出試管,進入飲料瓶,此時觀察玻璃棒中多個試紙的顏色變化．最后,將試紙的變化記錄下來,實驗后產生過量的氯氣,通過瓶中的氫氧化鈣吸收,完成尾氣的處理．

高中化學課堂教學中,經常出現這樣一種情況,就是教師傳遞的知識與學生可以接受的內容失衡,進而使得本來就“死氣沉沉”的化學課更加雪上加霜．借此,在課堂中運用實驗,并讓學生動手操作,可以優化教學方法,活躍課堂氛圍．本次微型實驗設計的優點有:1)學生可以參與到傳統實驗裝置的改進中,在形成新的實驗裝置圖時,培養了學生的創新與動手能力．2)微型實驗課令學生更直觀觀察實驗現象,進而深刻記憶氯氣的化學性質,便于運用．3)隨著實現現象明顯地呈現出來,便于學生以小組的形式分析并討論,以此加強對氧化還原反應的理解．4)經過本次微型實驗的優化,保證氯氣不會外漏,更加安全環保．

微型實驗的設計與運用,需要每名學生都參與其中,進而令化學課堂不再“死氣沉沉”,而是“其樂融融”,在生生之間、師生之間有更好的交流與溝通．以此鍛煉學生的化學思維,做到真正的教學相長．