木炭吸附色素實(shí)驗(yàn)的再設(shè)計(jì)與教學(xué)創(chuàng)新

摘要：指導(dǎo)學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)，對木炭吸附色素的改進(jìn)進(jìn)行了實(shí)踐驗(yàn)證和分析，重新設(shè)計(jì)一個(gè)適合演示和分組的簡易裝置，并進(jìn)行教學(xué)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：木炭;吸附色素;改進(jìn);教學(xué)創(chuàng)新

文章編號(hào)：1008-0546（2021）07-0093-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.024

人教版上冊教材第107頁實(shí)驗(yàn)6-1：木炭的吸附性實(shí)驗(yàn)“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(xiàn)象。”按該方案來實(shí)驗(yàn)，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(shí)間長，脫色不明顯;若木炭過碎，脫色顯著，但造成溶液呈現(xiàn)黑色渾濁，不便于觀察。基于實(shí)驗(yàn)操作簡單、耗時(shí)少、綠色化的原則，筆者指導(dǎo)學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)對該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案進(jìn)行比較、實(shí)踐驗(yàn)證、討論分析等進(jìn)行再設(shè)計(jì)。

一、文獻(xiàn)分析與實(shí)踐

中國知網(wǎng)搜索“木炭吸附實(shí)驗(yàn)改進(jìn)”，檢索到1983-2019年共23篇文獻(xiàn)，其中木炭吸附二氧化氮?dú)怏w的改進(jìn)共11篇，木炭吸附色素的改進(jìn)共12篇。對這12篇文獻(xiàn)逐篇閱讀進(jìn)行分析和驗(yàn)證。其中，岳強(qiáng)[1]、蔣風(fēng)斌[2]兩位老師的改進(jìn)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(yīng)后的碳“發(fā)糕”代替木炭進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，考慮碳“發(fā)糕”的取得有一定的污染。這3個(gè)改進(jìn)我們沒有嘗試。其他的幾個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐與分析如下（表1）：

從實(shí)踐情況進(jìn)行分析，我們發(fā)現(xiàn)：

改進(jìn)1和2，實(shí)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(shí)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(jìn)3、4、5、6，實(shí)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(shí)間內(nèi)褪色效果不明顯。

改進(jìn)7，微型化設(shè)計(jì)。滴管中流出的2-3滴溶液要觀察褪色有點(diǎn)困難，不適合演示;另外，往滴管中加人或?qū)嶒?yàn)結(jié)束時(shí)取出棉花、木炭等操作繁瑣，也不適合分組實(shí)驗(yàn)。

在上述的實(shí)踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)要得到又快又好的褪色效果，要注意以下2點(diǎn)：

①裝置方面：要保證木炭在紅墨水中浸泡要有一定的時(shí)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(shí)驗(yàn)改進(jìn)

基于以上考慮，我們設(shè)計(jì)如下的改進(jìn)裝置（如圖1）：

該改進(jìn)有以下的優(yōu)點(diǎn)：

①現(xiàn)象明顯。紅墨水褪色明顯，黑色炭粉殘留少，便于觀察;

②耗時(shí)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(xiàn)象對比明顯，很好地體現(xiàn)對比實(shí)驗(yàn);

③實(shí)用、制作簡單，可以多次重復(fù)使用，節(jié)約資源，可用于課堂演示或分組實(shí)驗(yàn)。

三、教學(xué)創(chuàng)新

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)僅僅關(guān)注儀器裝置與操作技術(shù)的改進(jìn)是不夠的，應(yīng)該回歸教學(xué)原點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)功能的增值，突破教學(xué)難點(diǎn)，挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)涵，剖析知識(shí)原理[16]。在木炭吸附性的教學(xué)中，筆者嘗試以下教學(xué)創(chuàng)新：

1.實(shí)施完整課時(shí)的教學(xué)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容是人教版九年級化學(xué)“單元6金剛石、石墨、C60”的內(nèi)容。教師們的教學(xué)的筆墨大多數(shù)集中在這三種碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的學(xué)習(xí)，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(shí)點(diǎn)的教學(xué)往往一帶而過。筆者認(rèn)為，應(yīng)該進(jìn)行完整1課時(shí)的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)突破從“結(jié)構(gòu)→性質(zhì)→用途”認(rèn)識(shí)木炭的吸附性。

教學(xué)流程設(shè)計(jì)（如圖2）：

2.利用影視視頻創(chuàng)設(shè)情境，巧妙的設(shè)問推進(jìn)課程

在課的開篇，播放影視《大長今》約50秒節(jié)選，該視頻涉及到木炭吸附醋和醬油中異味的知識(shí)點(diǎn)。

視頻中的主要對話截屏（如圖3），以此激發(fā)興趣，創(chuàng)設(shè)情境，引出課題。筆者據(jù)此視頻設(shè)計(jì)了如下幾個(gè)問題推進(jìn)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(fā)現(xiàn)上面有許多小小的洞。事實(shí)上，肉眼難于觀察到上面的小洞。你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明木炭里有許多小孔隙嗎？（目的：通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到木炭疏松多孔的結(jié)構(gòu)）

問題3：因?yàn)槟咎康氖杷啥嗫椎慕Y(jié)構(gòu)，木炭能吸附某些氣體分子或像醋、醬油中有異味物質(zhì)的分子。木炭除了吸附氣體、異味外，還能吸附其他物質(zhì)嗎？（目的：引出木炭吸附色素的實(shí)驗(yàn)）

通過以上幾個(gè)問題，把零散的知識(shí)點(diǎn)串起來，授課脈絡(luò)清晰，學(xué)生的興趣高。

3.吸納學(xué)生參與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的是幫助學(xué)生更好地掌握所學(xué)知識(shí)，單純的只是教師參與儀器改進(jìn)及趣味化表現(xiàn)固然可以強(qiáng)化演示效果。但若讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的實(shí)踐中，通過模仿、體會(huì)和領(lǐng)悟，點(diǎn)點(diǎn)滴滴，潛移默化，逐步形成讓他們終身受益的科學(xué)精神、態(tài)度和行為習(xí)慣，無疑加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能。在本課的設(shè)計(jì)上，分2步吸納學(xué)生參與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

第一步，引導(dǎo)學(xué)生通過“查閱文獻(xiàn)。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。討論分析→改進(jìn)創(chuàng)新”參與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)查閱文獻(xiàn)進(jìn)行探究，并在課堂上安排小組代表發(fā)言，介紹實(shí)驗(yàn)成果，暢談感想;

第二步，啟發(fā)學(xué)生以文獻(xiàn)資料為基礎(chǔ)，通過實(shí)驗(yàn)對比和不斷的試驗(yàn)，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，提高木炭吸附效果，使學(xué)生感受到科學(xué)探究是一個(gè)不斷完善、不斷發(fā)展的過程。事實(shí)上，就是學(xué)生運(yùn)用組合的方法創(chuàng)新該實(shí)驗(yàn)裝置，一步步的改進(jìn)而達(dá)到最佳效果[17]。

吸納學(xué)生參與改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生體會(huì)到運(yùn)用突破常規(guī)的思考方式進(jìn)行創(chuàng)造性思考的樂趣，從而激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造性思維的自覺性。學(xué)生從中獲得的認(rèn)識(shí)比教師直接演示實(shí)驗(yàn)要深刻，能達(dá)到“1+1>2”的教學(xué)效果[18]。

4.增加一些簡單易行的實(shí)驗(yàn)

以教科書中的[實(shí)驗(yàn)]為基礎(chǔ)，利用生活中的教學(xué)資源，增加一些簡單易行的實(shí)驗(yàn)（如表2），拓展了教學(xué)資源，充分發(fā)揮了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能[19]。

表2 教學(xué)中插入的實(shí)驗(yàn)

5.利用豐富多彩的圖片，加強(qiáng)“化學(xué)與生活”的聯(lián)系

木炭的吸附性在生產(chǎn)、生活中本就有大量的素材（如表3），充分利用這些例子，加強(qiáng)“化學(xué)與生活息息相關(guān)，生活中處處有化學(xué)”效果，激發(fā)學(xué)生熱愛化學(xué)的情感。

在這個(gè)案例中，以教材的演示實(shí)驗(yàn)中遇到的問題為切入口，通過文獻(xiàn)檢索、實(shí)驗(yàn)對比，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，提高木炭吸附色素的效果。在課的設(shè)計(jì)中，通過實(shí)驗(yàn)、視頻、圖片等資源，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。特別是引導(dǎo)學(xué)生去分析問題、強(qiáng)化科學(xué)探究意識(shí)，不僅解答了學(xué)生在學(xué)習(xí)上的疑問，還讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)探究的過程，從而獲得實(shí)驗(yàn)成功及通過實(shí)驗(yàn)解決問題的喜悅，使學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣朝定向、持久的方向發(fā)展。

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