木炭吸附色素實驗的再設計與教學創新

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

[4][7][13]陳培亮.活性炭吸附色素實驗的改進方案比較[J].實驗教學與儀器，2012（5）：25-26

[5][8][17][18]胡綺妙.例談初中化學趣味實驗的設計與應用[J].化學教學，2015（6）：58-60

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[9]李少坤.木炭具有吸附性的實驗改進[J].化學教學，2005（1-2）：16

[10]姚志紅.木炭吸附色素—實驗的創新設計[J].發明與創新·中學生，2017（4）：49

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[12]劉四方.木炭吸附作用演示實驗的改進[J].教學儀器與實驗，2002（8）：16

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[15]高銳升.對活性炭（或木炭）吸附實驗裝置的改進[J].中學化學教學參考，2019（15）：51

[16]楊寶權.讓實驗改進回歸教學原點[J].化學教學，2020（1）：47

[19]宋開慧.木炭吸附作用實驗的探究與改進[J].北學教學，2012（9）：46