初三化學教師實驗操作比賽中引發的思考與建議

黎宙 湯韜 黃晏萍

【摘要】本文通過十五位初三化學教師參加的實驗操作比賽中出現的問題進行探討，并結合比賽選手的表現提出一些今后教學的建議，以提高這個實驗的教學效果。

【關鍵詞】教師;實驗操作比賽;問題;探討

2020年底，有幸成為初三化學教師實驗操作比賽的評委，評比的內容是《測定空氣里氧氣的含量》，要求比賽教師用說課等形式在12分鐘內一邊做實驗一邊分析實驗，得出空氣里氧氣含量的結論。參加比賽的選手大部分是青年教師，也有經驗豐富的中年教師。儀器藥品由比賽地點學校提供，參賽選手抽簽確定比賽序號后，按序號提前組裝儀器，然后進行比賽。對于初三化學教師來說，《測定空氣里氧氣的含量》是比較簡單的實驗，參賽老師己經進行了相關內容的教學設計比賽，有心理準備，應該說是一次比較輕松的比賽。但比賽的結果卻讓人大跌眼鏡，實驗的成功率不到30%，大部分的選手沒有做到集氣瓶內水面上升到約1/5處，無法通過現象得出氧氣占空氣體積的1/5的結論。經粗略統計：成功實驗約3至4人，水面上升超過1/5的約1人，有2位老師因為緊張忘記關閉彈簧夾造成失敗，另有1位老師因把時間浪費在如何把集氣瓶水面上的空間進行五等分導致沒有時間做實驗外，另有7人的實驗水面上升遠遠少于1/5，或者說幾乎沒有水流進燒杯。實驗失敗的原因是什么呢？這個問題引起了我的極大興趣，作為初三化學的任課教師，因為緊張少數人出現失誤是可以理解的，但大面積的實驗失敗肯定是存在問題的。我認真觀察選手們的實驗操作和歸還的實驗裝置與藥品，并與選手簡單交流，檢查使用過的儀器裝置的氣密性，發現幾個問題值得探討，下面逐一進行敘述。

一、水面上升距離1/5還有較大差距的問題

1.根據教輔資料和多年經驗，《測定空氣里氧氣的含量》有許多影響因素，如：導管中還滯留有水、集氣瓶中的氧氣沒有完全消耗、點燃的紅磷伸入集氣瓶時造成氣體膨脹逸出，這些因素在本實驗中互相制約，互相抵消影響后水面能上升到約為1/5處。因此，按課本的要求進行實驗，只要不出現諸如：紅磷量不足、裝置漏氣、集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾等錯誤操作，水面上升約占空氣體積的1/5是沒有問題的。較多的選手出現水面上升離1/5還有較大差距，這是什么原因呢？通過觀察選手們的操作，紅磷的量都取得非常多，一般都是蓋滿燃燒匙，實驗結束后紅磷還有大量剩余，因此，紅磷的用量不是失敗的原因。集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾這一現象確實出現在少數選手身上，因為時間只有12分鐘，做實驗前鋪墊過多，就會造成時間緊張，聽到結束提示音后，提前打開彈簧夾，導致流入的水過少，但后續沒有觀察到燒杯中的水繼續流入集氣瓶這一現象。歸根到底實驗失敗的主要原因還是氣密性不好，造成紅磷燃燒后空氣進入瓶內，使瓶內壓強接近大氣壓，燒杯中的水不能流入集氣瓶。比賽前選手要準備儀器裝置，應該會預先檢查氣密性，那么問題究竟出在哪里？我把比賽過程中觀察到的一些較為反常的現象聯系起來分析：

反常現象1：一位男選手在橡皮塞和導管、燃燒匙的連接處用濕紙巾包住，解釋說是防止裝置漏氣，從教幾十年，第一次見到這樣的操作，以為是橡膠塞上的孔太大，玻璃管和橡膠塞之間有松動，造成氣密性不好。

反常現象2：比賽期間天氣嚴寒，氣溫100C以下。比賽的選手介紹說，由于天氣比較寒冷，手比較涼，須用熱毛巾來做氣密性檢查。根據我的經驗，冬天做氣密性檢查用手捂集氣瓶的效果是非常明顯的。用熱毛巾捂和用酒精燈微熱是在夏天氣溫高的時候的做法，因為手表面的溫度與空氣的溫度相差不大。用熱毛巾捂，能使氣體迅速膨脹而產生氣泡，對于輕微漏氣是檢測不出來的。后面陸陸續續還有六七位選手這樣操作，但氣密性檢查還是不理想，有兩三位選手甚至沒做氣密性檢查，這是出現問題的節奏啊。

反常現象3：選手做過實驗的橡膠塞上與集氣瓶口接觸的地方都有損壞，是一條深深的劃痕，并出現少量橡皮脫落現象。我們知道，集氣瓶口里面是光滑的，便于與橡膠塞緊密貼合，光滑面是不可能造成橡膠塞損壞的。

根據以上三種反常現象，可以得出實驗失敗的原因就是氣密性不好造成的。氣密性不好的原因是集氣瓶的質量問題造成的，集氣瓶口有向內突出的邊鋒造成瓶塞損壞而漏氣。比賽地點學校提供的儀器中，300mL的集氣瓶有兩種，大部分是新的集氣瓶，瓶口處有向內突出的邊鋒，用手摸能夠明顯感覺得到。選手們做過實驗后橡皮塞都出現了表皮損壞，就是瓶口突出的邊鋒造成的;另一種是舊集氣瓶，發現不多，其中一個是比賽選手從外校帶來。舊集氣瓶瓶口內表面光滑平整，用過的橡膠塞表面沒有損壞，檢查氣密性時沒有使用熱毛巾，并且有非常明顯的氣泡。橡膠塞都是9號塞，稍大一點，使用時只有少量橡膠塞能塞進集氣瓶，大部分橡膠塞暴露在瓶外，當時選手們做實驗時，把燃燒匙伸入集氣瓶中時都是用力向下壓，因為準備階段橡膠塞就被新集氣瓶口內突出的邊鋒損壞，向下壓沒有讓橡膠塞與突出的邊鋒嵌合緊密，導致漏氣。

因此，教師平時演示紅磷燃燒測量空氣中氧氣含量的實驗要注意以下幾點：

1.導管和燃燒匙與橡膠塞之間如果松動確實會出現漏氣現象，解決方法是涂抹凡士林進行密封，在橡膠塞上包濕紙巾的操作不適合科學實驗，只能當作應急處理。

2.橡膠塞與集氣瓶之間出現漏氣是因為嵌合不好，注意要找瓶口標準的集氣瓶，橡膠塞不要使用老化的橡膠塞，剛塞進集氣瓶時要旋緊，防止氣體受熱膨脹使橡膠塞彈出。

3.大多數選手把燃燒匙伸入集氣瓶時都用力壓橡膠塞，實際上橡膠塞伸入集氣瓶后最好是旋緊，能更好的防止氣體膨脹時造成瓶塞松脫漏氣。包括橡膠塞塞入試管制取氧氣的實驗，塞入橡膠塞后也是旋緊，而不是壓緊。曾經到一些學校調研，許多學生用試管裝藥品后拼命壓橡膠塞而不是采用旋緊的方法，真擔心壓裂試管口，造成手部受傷。

二、水面上升超過1/5的問題

最后一位選手沒有使用比賽地點學校提供的實驗儀器，用自帶的儀器裝置做紅磷燃燒測量空氣中氧氣含量的實驗，檢查氣密性和操作都非常順利，并且還預先在導管中充滿水，防止水滯留在導管中。但打開彈簧夾卻發現水面上升超過1/5，約為1.5/5，比賽選手還分析了超過1/5的原因是：①燃燒匙伸入集氣瓶時彈簧夾未夾緊橡膠管，造成氣體通過橡膠管逸出，②燃燒匙伸入集氣瓶過慢，造成瓶內空氣逸出，因此有較多的水流進集氣瓶。但比賽選手的導管預先充滿水并夾緊彈簧夾，還把導管口浸入水中，未發現有氣泡逸出;比賽選手操作實驗還是比較迅速的，伸入速度慢也不是主要原因，哪么，原因是什么？