


摘要:指導學生通過查閱文獻,對木炭吸附色素的改進進行了實踐驗證和分析,重新設計一個適合演示和分組的簡易裝置,并進行教學創新。
關鍵詞:木炭;吸附色素;改進;教學創新
文章編號:1008-0546(2021)07-0093-03 中圖分類號:G632.41 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.024
人教版上冊教材第107頁實驗6-1:木炭的吸附性實驗“在盛有半瓶水的小錐形瓶里加入一滴紅墨水,使水略顯紅色。投入幾塊烘烤過的木炭(或活性炭),輕輕振蕩,觀察現象。”按該方案來實驗,若投入木炭塊狀過大,木炭浮在水面,不能與紅墨水充分接觸,所需時間長,脫色不明顯;若木炭過碎,脫色顯著,但造成溶液呈現黑色渾濁,不便于觀察。基于實驗操作簡單、耗時少、綠色化的原則,筆者指導學生通過查閱文獻對該實驗的改進方案進行比較、實踐驗證、討論分析等進行再設計。
一、文獻分析與實踐
中國知網搜索“木炭吸附實驗改進”,檢索到1983-2019年共23篇文獻,其中木炭吸附二氧化氮氣體的改進共11篇,木炭吸附色素的改進共12篇。對這12篇文獻逐篇閱讀進行分析和驗證。其中,岳強[1]、蔣風斌[2]兩位老師的改進涉及到要在試管壁或底部開孔,過于繁雜;郭桂俠[3]老師嘗試用濃硫酸與蔗糖反應后的碳“發糕”代替木炭進行實驗,考慮碳“發糕”的取得有一定的污染。這3個改進我們沒有嘗試。其他的幾個改進實驗的實踐與分析如下(表1):
從實踐情況進行分析,我們發現:
改進1和2,實際是過濾操作,使用了濾紙,一是減緩了紅墨水通過木炭層的速度,使其有充分的接觸時間;二是小顆粒的木炭粉得到了充分的過濾,幾乎沒有殘留。因此褪色明顯。
改進3、4、5、6,實際是過濾操作的變形,用棉花代替了濾紙,普遍提高了速度,但在短時間內褪色效果不明顯。
改進7,微型化設計。滴管中流出的2-3滴溶液要觀察褪色有點困難,不適合演示;另外,往滴管中加人或實驗結束時取出棉花、木炭等操作繁瑣,也不適合分組實驗。
在上述的實踐過程中,我們發現要得到又快又好的褪色效果,要注意以下2點:
①裝置方面:要保證木炭在紅墨水中浸泡要有一定的時間,至少需1分鐘的充分接觸;要除去懸浮在紅墨水中的木炭粉便于觀察。
②藥品方面:木炭需要烘烤,活性炭的效果比木炭好。活性炭清洗后用微波爐低火烘烤2分鐘,冷卻使用(清洗是盡可能的減少了碳粒上附著的碳粉,烘烤是盡可能的趕走殘留在多孔中的空氣、水分等);
二、實驗改進
基于以上考慮,我們設計如下的改進裝置(如圖1):
該改進有以下的優點:
①現象明顯。紅墨水褪色明顯,黑色炭粉殘留少,便于觀察;
②耗時少。U型管剛好可以滿足紅墨水與木炭充分接觸(在相同流量情況下,水自下而上通過活性炭層的凈化效果好于水自上而下通過活性炭層);且U型兩端的現象對比明顯,很好地體現對比實驗;
③實用、制作簡單,可以多次重復使用,節約資源,可用于課堂演示或分組實驗。
三、教學創新
實驗改進僅僅關注儀器裝置與操作技術的改進是不夠的,應該回歸教學原點,實現實驗功能的增值,突破教學難點,挖掘實驗內涵,剖析知識原理[16]。在木炭吸附性的教學中,筆者嘗試以下教學創新:
1.實施完整課時的教學設計
本實驗的教學內容是人教版九年級化學“單元6金剛石、石墨、C60”的內容。教師們的教學的筆墨大多數集中在這三種碳單質的結構、性質、用途的學習,而且木炭吸附色素的理解也不難,因此,教師們對木炭的吸附性的這一知識點的教學往往一帶而過。筆者認為,應該進行完整1課時的設計,重點突破從“結構→性質→用途”認識木炭的吸附性。
教學流程設計(如圖2):
2.利用影視視頻創設情境,巧妙的設問推進課程
在課的開篇,播放影視《大長今》約50秒節選,該視頻涉及到木炭吸附醋和醬油中異味的知識點。
視頻中的主要對話截屏(如圖3),以此激發興趣,創設情境,引出課題。筆者據此視頻設計了如下幾個問題推進課程:
問題1:為什么木炭能使食醋、醬油等的味道變甘醇呢?(目的:引出本課題)
問題2:劇中大長今說:敲碎木炭后,發現上面有許多小小的洞。事實上,肉眼難于觀察到上面的小洞。你能設計實驗證明木炭里有許多小孔隙嗎?(目的:通過實驗認識到木炭疏松多孔的結構)
問題3:因為木炭的疏松多孔的結構,木炭能吸附某些氣體分子或像醋、醬油中有異味物質的分子。木炭除了吸附氣體、異味外,還能吸附其他物質嗎?(目的:引出木炭吸附色素的實驗)
通過以上幾個問題,把零散的知識點串起來,授課脈絡清晰,學生的興趣高。
3.吸納學生參與改進實驗
化學實驗的主要目的是幫助學生更好地掌握所學知識,單純的只是教師參與儀器改進及趣味化表現固然可以強化演示效果。但若讓學生參與實驗改進的實踐中,通過模仿、體會和領悟,點點滴滴,潛移默化,逐步形成讓他們終身受益的科學精神、態度和行為習慣,無疑加強了實驗教學的功能。在本課的設計上,分2步吸納學生參與改進實驗。
第一步,引導學生通過“查閱文獻。實驗驗證。討論分析→改進創新”參與改進實驗,學會查閱文獻進行探究,并在課堂上安排小組代表發言,介紹實驗成果,暢談感想;
第二步,啟發學生以文獻資料為基礎,通過實驗對比和不斷的試驗,改進實驗裝置,提高木炭吸附效果,使學生感受到科學探究是一個不斷完善、不斷發展的過程。事實上,就是學生運用組合的方法創新該實驗裝置,一步步的改進而達到最佳效果[17]。
吸納學生參與改進實驗,使學生體會到運用突破常規的思考方式進行創造性思考的樂趣,從而激發了學生創造性思維的自覺性。學生從中獲得的認識比教師直接演示實驗要深刻,能達到“1+1>2”的教學效果[18]。
4.增加一些簡單易行的實驗
以教科書中的[實驗]為基礎,利用生活中的教學資源,增加一些簡單易行的實驗(如表2),拓展了教學資源,充分發揮了化學實驗的教學功能[19]。
表2 教學中插入的實驗
5.利用豐富多彩的圖片,加強“化學與生活”的聯系
木炭的吸附性在生產、生活中本就有大量的素材(如表3),充分利用這些例子,加強“化學與生活息息相關,生活中處處有化學”效果,激發學生熱愛化學的情感。
在這個案例中,以教材的演示實驗中遇到的問題為切入口,通過文獻檢索、實驗對比,改進實驗裝置,提高木炭吸附色素的效果。在課的設計中,通過實驗、視頻、圖片等資源,激發學生學習化學的興趣。特別是引導學生去分析問題、強化科學探究意識,不僅解答了學生在學習上的疑問,還讓學生體驗到科學探究的過程,從而獲得實驗成功及通過實驗解決問題的喜悅,使學生學習化學的興趣朝定向、持久的方向發展。
參考文獻
[1]岳強.木炭吸附性演示實驗的改進[J].中學化學教學參考,1995(8-9):33
[2]蔣風斌.活性炭吸附性實驗的改進[J].中學化學教學參考,2012(8):49
[3]郭桂俠.巧做木炭吸附實驗[J].實驗教學與儀器,1998(12):20
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