四個初中化學演示實驗的改進與創新研究

宋凱珊 董炎權

【摘要】化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗教學是化學課程教學的重要組成部分，它能夠激發學生的學習興趣，進而加深對化學知識的理解。筆者通過對課本演示實驗的的改進與創新研究，優化了現人教版教材中實驗設計方案，改進了實驗裝置的不足以及創造出新的簡便化、綠色化的實驗裝置，進一步提高本校的化學教學質量。

【關鍵詞】初中化學;核心素養;演示實驗;創新實驗

隨著課程改革的不斷深入，核心素養的培養成了教學當中的重點教學內容。2017版的《高中化學課程標準》就清晰的指出了高中化學核心素養，即“變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、宏觀辨識與微觀探析、科學精神和社會責任、科學探究與創新意識”。其中初中化學作為化學學習的啟蒙階段，對學生化學核心素養的形成有著重要的影響。尤其是化學實驗教學，不僅能夠鍛煉學生的動手操作能力，夯實學生的理論基礎知識，對于學生科學觀念的養成與自主學習能力的形成也有重要幫助。但是筆者在實際教學中發現，教材中的部分演示實驗存在實驗裝置設計不夠理想、演示效果不明顯、實驗用時過長等缺點。正所謂“工欲善其事必先利其器”，因此有必要對課本部分演示實驗進行裝置的改進與創新研究。

一、《金屬與酸反應》演示實驗的改進與創新設計研究

《金屬與酸反應》實驗出自化學人教版九年級下冊第10頁，是第八單元課題2《金屬化學性質》中重要的實驗之一，其作用不僅是要學生通過分析鎂、鋅、鐵、銅分別與稀鹽酸、稀硫酸反應的情況，獲得金屬活動性順序的知識，更重要的是要引導學生主動參與知識的獲取過程，學習科學探究的方法。因此，在該探究實驗中，結論的可靠性是很重要的。實驗中控制相似的實驗條件，以及對實驗現象的正確對比和分析，是獲得可靠結論的重要保證。然而，課本中的探究設計（如圖一所示）卻存在著明顯的缺陷：1.不可能控制金屬同一時間開始與稀鹽酸或稀硫酸接觸。2.金屬分別為鎂帶、鋅粒、鐵釘和銅片，金屬的大小形狀不一，不能保證金屬與酸接觸的表面積相同。為此，筆者對該實驗進行了改進與創新設計，以更好的做到控制相似的實驗條件和對實驗現象進行的正確對比和分析。

（一）《金屬與酸反應》實驗改進與創新

《金屬與酸反應》實驗改進與創新可分為實驗藥品改進和實驗裝置改進兩部分。

1.實驗藥品改進

在實驗中舍棄教材中使用的鎂條、鋅粒、鐵釘與銅片，改用大小相同的四種金屬片（鎂、鋅、鐵、銅），以保證金屬與酸的接觸面積相等。

2.實驗裝置的改進與創新

《金屬與酸反應器》的創新裝置主要分為底座與支架、可升降塑料板、材料放置盒三大部分（如圖二所示）。實驗時，首先把4段等長的鎂片、鋅片、鐵片和銅片分別固定在條形板夾上;然后，往試管中加入等高（量）的稀鹽酸（1：1）;接著向下移動塑料板，使金屬同時浸泡在稀鹽酸中，觀察四種金屬與酸反應的情況。觀察完畢后，可以用燃著的小木頭放在試管口，檢驗生成的氣體。

（二）實驗改進的意義

1.改進后的實驗，在實驗過程中使用的金屬大小相同，且四種金屬同時與酸接觸，既使到實驗現象得以同時呈現，對比效果明顯，且在實驗過程中確保了在探究實驗中僅存在一個變量，使實驗結論真實可靠。

2.改進后的實驗不需要多次添加金屬和酸液，只需要降下塑料板，就可以實現同時加入金屬，操作簡便，節約了課堂時間，提高了課堂效率。

二、《二氧化碳的制取及性質探究》演示實驗改進與創新設計研究

《二氧化碳的制取與性質探究》實驗出自化學人教版九年級上冊第六單元課題3《二氧化碳和一氧化碳》，實驗教學的內容主要是介紹二氧化碳的性質，如二氧化碳的密度比空氣大，不支持燃燒，不能燃燒，能與水發生化學反應，能使澄清石灰水變渾濁等。但教材呈現的實驗（如圖三所示）存在著以下不足：1.實驗繁瑣，需要提前制備多瓶二氧化碳，導致課前準備壓力較大，且提前制取的二氧化碳在搬運的過程中易逸散，難以保證實驗效果，從而影響課堂效率。2.整節課實驗較多，需要時間較長，教學時容易因課堂時間不足導致對實驗解釋的削弱。就此，筆者對課本的實驗進行了整合與創新設計，大大節約了實驗的時間，提高了實驗的成功率。

（一）《二氧化碳制取及性質探究》實驗裝置的整合與創新

《二氧化碳制取與性質》創新實驗裝置分為制取與性質檢驗兩大部分（如圖四所示）。

1.二氧化碳的制取：將塑料瓶打孔，放入大理石，并將塑料瓶和裝在橡膠塞上的注射器連接起來，在錐形瓶中加入稀鹽酸，調節塑料瓶的高度，即可制得二氧化碳。

2.二氧化碳性質探究：①在玻璃瓶中加入氯化鈣，連接發生裝置，對制得的二氧化碳氣體進行干燥。②在玻璃管中間放入一個帶有導管的塑料片，在玻璃管的左端放入干燥的紫色石蕊試紙，在玻璃管的右端放入濕潤的紫色石蕊試紙，與氯化鈣干燥裝置連接起來。當二氧化碳通過玻璃管時，就可以對二氧化碳能否與水反應進行探究。③在瓶蓋有小孔的玻璃瓶中放入高低不同的蠟燭，蓋上瓶蓋，將玻璃瓶與玻璃管連接起來。點燃蠟燭，通入二氧化碳，就可以對二氧化碳密度及是否支持燃燒進行探究。④在下方的小試管中分別加入適量的水和澄清石灰水，并在實驗時用微型溶液導電實驗器對液體進行檢驗，即可以進行二氧化碳能否與水、澄清石灰水反應進行探究。

（二）實驗改進的意義

1.改進后的實驗是將大理石放入帶有小孔的塑料瓶中，通過注射器直接控制反應的發生和結束，能充分利用二氧化碳，避免造成浪費和增加對環境的負擔;無需提前準備多瓶氣體，無需儲存氣體，氣體所需量少。

2.改進后的實驗用干燥及石蕊的石蕊試紙代替課本四朵小花的實驗，實驗同時進行，現象明顯，對比效果明顯增強;

3.改進后的裝置增加利用微型溶液導電實驗器測定二氧化碳與水反應前后溶液的導電性實驗，能很好的提升學生對二氧化碳與水反應的微觀本質的理解，且將裝置中把微型溶液導電實驗器設計成彎頭，方便了學生的觀察。

4.改進后的實驗裝置在進行實驗時，只需要將注射器向下按壓，就可以實現二氧化碳的系列性質實驗同時探究，操作簡便。

三、《分子運動現象》演示實驗的改進與創新設計研究

《分子運動現象》實驗出自化學人教版九年級上第49頁，第三單元課題1《分子和原子》，其演示目的是幫助學生進一步認識和理解微觀粒子（如分子）及其運動特點，實驗裝置如圖五所示，實驗通過酚酞溶液變紅的事實，說明了分子是在不斷運動的。但是該實驗裝置的設計存在著較大不足：1.實驗中大燒杯的容積較大，氨水擴散所需的時間長，短時間內實驗現象不明顯，影響課堂效率。2.實驗中氨水用量大，既浪費藥品，又會因為氨氣的逸出污染空氣。為此，筆者對該實驗進行了改進與創新設計。

（一）《分子運動現象》裝置的改進與創新

《分子運動現象》創新裝置材料有小針筒、廣口瓶、橡皮塞、塑料片，裝置如圖六所示。實驗時，把小針筒連同橡皮塞取出，在針筒中內裝入一定量的濃氨水，并在針筒外面貼上用酚酞溶液潤濕過的濾紙，用帶有多個小方孔的塑料片固定，然后把小針筒連同橡皮塞放回廣口瓶。按下針筒活塞，慢慢滴入濃氨水，靜置。一段時間后，可觀察到小方孔中的濾紙由下而上變紅。

（二）實驗改進的意義

1.改進后實驗現象明顯，濃氨水用量較教材實驗裝置少、用時也較短，能有效提高課堂效率。

2.改進后的實驗裝置為密閉裝置，能有效控制因氨氣揮發所產生的空氣污染，符合綠色化學的環保理念，也有利于開展學生的分組實驗。

四、《活性炭吸附》演示實驗的改進與創新設計研究

《活性炭吸附》實驗出自化學人教版九年級上冊第107頁，第六單元課題1《金剛石、石墨、C60》，實驗過程如圖七所示，。其作用為展示活性炭的吸附性，引導學生體會物質的性質和用途之間的關系。但是若按該步驟進行實驗，實驗時由于活性炭質量小，不容易沉淀下來，對溶液顏色的觀察造成了較大的影響。針對該情況，筆者對該實驗進行了改進與創新設計。

（一）《活性炭吸附》演示實驗裝置的改進與創新

《活性炭吸附》創新裝置材料有小針筒、U型管、橡皮管，裝置如圖八所示。實驗前，用膠水把活性炭固定在U型管的底端，把針筒和U型管用橡皮管連接，在針筒內裝入紅墨水。實驗時，擠壓針筒的活塞，紅墨水進入U型管，與活性炭接觸。一會后，觀察到U型管另一端流出的水變成了無色。

（二）實驗改進意義

1.改進后的裝置簡單，可操作性強，實驗時間短，且吸附效果好，現象明顯。

2.活性炭能循環使用，節約藥品，符合綠色環保理念。

五、結束語

實驗教學作為初中化學教學的一個重要的組成部分，對學生的學科素質的培育起著關鍵作用。實驗教學要獲得最佳的教學效果，需要廣大教師發揮創新意識，善于思考、勤于動手，從實際教學出發，從學生的認知出發，不斷的對化學實驗教學進行實踐研究，為實驗教學增加趣味性、簡易性、探究性和可行性的內容。

參考文獻：

[1]龔翠梅.金屬與稀鹽酸、稀硫酸反應實驗的改進[J].實驗教學與儀器，2016（2）：29.

[2]黃秀珍.人教版九年級下學期化學“金屬和酸反應”的實驗改進[J].化學教與學，2011（5）：9.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）.北京：北京師范大學出版社，2011年：1-63.

[4]課程教材研究所等編著.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級，上冊）.北京：北京教育出版社，2012.

[5]課程教材研究所等編著.義務教育課程標準實驗教科書·化學（九年級，下冊）.北京：北京教育出版社，2012.