杜嘯紅

(湖北省武漢市漢南區(qū)紗帽中學(xué)湖北武漢430090)

創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展
——中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)之我見

杜嘯紅

(湖北省武漢市漢南區(qū)紗帽中學(xué)湖北武漢430090)

文章先簡(jiǎn)述了中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的意義,然后借助幾個(gè)成功的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例,逐步分析中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的發(fā)展趨勢(shì)。發(fā)展趨勢(shì)為：裝置簡(jiǎn)單化、操作便捷化;進(jìn)程快速化、現(xiàn)象顯著化;體驗(yàn)趣味化、過程安全化;用品生活化、場(chǎng)所家庭化;規(guī)模微型化、排放綠色化;組合系統(tǒng)化、功能全面化。

中學(xué)化學(xué);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;發(fā)展趨勢(shì)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)除了可以幫助學(xué)生獲取基本的化學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)基本技能以外，在激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、教會(huì)學(xué)生科學(xué)的探究方法、養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)方面，有著其他教學(xué)方式不可替代的功能。然而現(xiàn)行教材所涉及的有些實(shí)驗(yàn)存在著不足，如果對(duì)它們進(jìn)行科學(xué)地改進(jìn)和創(chuàng)新，不僅能夠大大地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件，而且還能進(jìn)一步地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多角度、深層次的理性思維，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑權(quán)威的批判精神和銳意創(chuàng)新的意志品質(zhì)。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新，不能為了創(chuàng)新而創(chuàng)新，而應(yīng)該在不違背科學(xué)原理的前提下，優(yōu)于原有的實(shí)驗(yàn)，這樣才能促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高學(xué)科的課堂教學(xué)效率。筆者透過以下幾個(gè)成功的案例，總結(jié)出中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的幾大發(fā)展趨勢(shì)。

一、裝置簡(jiǎn)單化、操作便捷化

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為化學(xué)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)服務(wù)的，所以對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，必須有利于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備，方便學(xué)生的組裝和操作，容易獲取明顯而直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

例如：對(duì)新人教版初中化學(xué)教材里白磷在熱水中燃燒的實(shí)驗(yàn)，有老師改進(jìn)成直接將空的冷試管倒插入熱水中，罩住杯底的白磷，利用受熱膨脹從管口溢出的空氣，使白磷在水下燃燒起來（如圖1所示）。這樣省去了制取氧氣的裝置和操作，簡(jiǎn)便易行，而且現(xiàn)象明顯，在保證原有的實(shí)驗(yàn)效果的前提下，提高了課堂效率。

二、進(jìn)程快速化、現(xiàn)象顯著化

現(xiàn)行的人教版化學(xué)教材中，有的實(shí)驗(yàn)由于原理和條件上的限制，要么條件苛刻導(dǎo)致耗費(fèi)時(shí)間過長，要么成功率不高或者現(xiàn)象不夠明顯。

圖1 白磷在水下燃燒

例如：點(diǎn)燃蠟燭熄滅后的白煙的實(shí)驗(yàn)中，由于吹滅蠟燭導(dǎo)致白煙散開，再用打火機(jī)去點(diǎn)火，成功率很低。可改進(jìn)為：用較粗的銅絲繞成一厘米左右長短、直徑合適的螺旋圈從上往下，緩慢地罩住蠟燭的火焰，由于銅圈吸熱使?fàn)T火的溫度降到著火點(diǎn)以下而熄滅，此時(shí)產(chǎn)生濃厚的白煙，用打火機(jī)一點(diǎn)就著，成功率極高。

再如新人教版教材中木炭還原氧化銅的實(shí)驗(yàn)，不僅要加熱到高溫，耗時(shí)較長，而且黑色粉末中出現(xiàn)紅色固體的現(xiàn)象不夠明顯。湖北武漢的周召兵老師將其改進(jìn)成如圖2所示：將膠頭滴管折成帶有橡膠乳頭的玻璃彎管，事先用膠頭滴管吸水后，如能形成一段穩(wěn)定的水柱，則說明氣密性良好。再用鋁槽把木炭粉與氧化銅按1∶2的體積比配制好的藥品較集中地鋪在玻璃橫管的中央，固定已加入石灰水的試管，使試管與桌面成45°角，將玻璃彎管的尖嘴部分插入試管中，調(diào)節(jié)高度，用酒精燈的外焰加熱玻璃彎管的藥品部位。片刻就會(huì)觀察到試管內(nèi)澄清的石灰水變渾濁，彎曲的滴管內(nèi)壁亮紅色的固體生成。這樣改進(jìn)后，裝置簡(jiǎn)單而不失科學(xué)：通過提高熱量的利用率，從而達(dá)到反應(yīng)所需的條件，而且用時(shí)少，現(xiàn)象明顯，操作容易，既符合初中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)心理，也能提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

三、體驗(yàn)趣味化、過程安全化

“興趣是最好的老師”。許多學(xué)生對(duì)化學(xué)產(chǎn)生濃厚的興趣源自于實(shí)驗(yàn)。各種“新”、“奇”、“特”的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，不僅可以引導(dǎo)學(xué)生步入化學(xué)之門，還能激發(fā)他們強(qiáng)勁而持久的學(xué)習(xí)熱情。所以對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，必須增強(qiáng)其趣味性。同時(shí)更要提高實(shí)驗(yàn)過程的安全性，這樣使趣味性和安全性兼?zhèn)?，增?qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的親切感，體現(xiàn)出化學(xué)的人性化發(fā)展方向。以下是筆者對(duì)“氫氣驗(yàn)純”和“氫氣爆炸”的改進(jìn)——“巧用泡泡水，改進(jìn)氫氣的實(shí)驗(yàn)”

圖2 木碳還原氧化銅實(shí)驗(yàn)

之一：火探水泡（檢驗(yàn)氫氣的純度）

向蒸發(fā)皿里倒入適量的泡泡水，然后將發(fā)生器中產(chǎn)生的氫氣通入泡泡水中，待產(chǎn)生幾個(gè)氫氣泡時(shí)，停止通入氫氣并移開導(dǎo)管及發(fā)生裝置。立刻用電子點(diǎn)火槍點(diǎn)燃?xì)錃鈿馀?，如果聽到較大的“嘭”的爆鳴聲，就證明氫氣不純，如果產(chǎn)生的爆鳴聲極小，幾乎聽不到，則氫氣純凈，現(xiàn)象對(duì)比明顯。（見圖3）

圖3 檢驗(yàn)氫氣的純度

之二：飛泡撲火（氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)）

將鐵圈調(diào)整到合適的高度，放上鐵絲網(wǎng)，再在鐵絲網(wǎng)上放幾支燃著的小蠟燭，然后套上蘸有足量的泡泡水的吹嘴，在鐵絲網(wǎng)的正下方約10厘米左右吹氫氣的氣泡，當(dāng)脫離吹嘴的氣泡上升至鐵絲網(wǎng)處時(shí)即破，氫氣溢出后與空氣混合并被燭火點(diǎn)燃，發(fā)生爆炸同時(shí)發(fā)出“砰”的爆炸聲，現(xiàn)象非常明顯。（見圖4）

圖4 氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)

這樣改進(jìn)以后，以氣泡代替盛放氫氣的試管和紙筒，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)裝置和操作步驟，而且現(xiàn)象明顯，成功率高。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，氫氣都是在一個(gè)開放的空間內(nèi)點(diǎn)燃，不會(huì)出現(xiàn)爆炸導(dǎo)致容器或者其碎片傷人的危險(xiǎn)，安全性高。而且趣味性也更強(qiáng)，在實(shí)驗(yàn)過程中，隨著爆炸聲響起，部分蠟燭被炸熄滅后，有時(shí)又會(huì)被后來氫氣爆炸時(shí)產(chǎn)生的火焰重新引燃，學(xué)生做起來興致盎然。

四、用品生活化、場(chǎng)所家庭化

著名的教育家陶行知說過：“生活即教育”。所以，積極地鼓勵(lì)學(xué)生大膽地選用生活用品替代專門儀器，組建自己的家庭實(shí)驗(yàn)室，完成科學(xué)的、安全的實(shí)驗(yàn)探究，正是“從生活走進(jìn)化學(xué)”的理念在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的具體體現(xiàn)。

例如：人教版中紅磷燃燒法“測(cè)量空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)，將其做出如圖5的改進(jìn)：用注射器代替廣口瓶及盛水的燒杯，用食品包裝袋中的脫氧劑代替紅磷，先用雙面膠把潮濕的脫氧劑固定在針筒的內(nèi)壁，再將活塞推入一個(gè)合適的刻度，然后立即用膠皮管和彈簧夾封緊針頭，最后讀出活塞停止時(shí)所指示的刻度。這樣改進(jìn)后，不僅裝置簡(jiǎn)單，操作便捷，現(xiàn)象明顯，而且測(cè)量數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，還特別適合學(xué)生在家里自行完成。很好地體現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的生活化、家庭化的發(fā)展方向。

圖5

五、規(guī)模微型化、排放綠色化

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的廢棄物，也是環(huán)境污染物之一，而且有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中原本就會(huì)放出有毒有害的氣體（如：氨氣、二氧化硫、一氧化碳等等），對(duì)師生的身體健康造成危害。因此，在不影響實(shí)驗(yàn)效果的前提下，盡可能地減少藥品的用量，減少污染物的排放，甚至不排放出有毒有害物質(zhì)，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行微型化、綠色化的改進(jìn)顯得尤為迫切。

例如新人教版課本中，氨分子擴(kuò)散的實(shí)驗(yàn)，濃氨水的用量就很大，實(shí)驗(yàn)時(shí)氨氣的氣味濃烈而刺鼻。江蘇徐州的李德前老師對(duì)其作出如圖6所示的改進(jìn)：用小藥瓶裝濃氨水，塞上帶有導(dǎo)管的橡皮塞，兩個(gè)導(dǎo)管之間用內(nèi)含玻璃珠的軟膠管連接，連接好裝置后，由于軟膠管被玻璃珠堵塞，氨分子不能擴(kuò)散出來，滴有酚酞試液的紗布條不變紅。再用力擠捏玻璃珠，上下導(dǎo)管相連通，氨分子從小藥瓶擴(kuò)散到玻璃管里，可以觀察到紗布條自下到上逐漸變紅。這樣改進(jìn)后，小藥瓶里的濃氨水用量少不說，還可以重復(fù)使用多次，而且氨氣的排放量也很少，突顯了化學(xué)實(shí)驗(yàn)微型化和綠色化的發(fā)展趨勢(shì)。

圖6

六、組合系統(tǒng)化、功能全面化

現(xiàn)行教材上的物質(zhì)的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生在鮮活的現(xiàn)象中感知物質(zhì)的特性，但是大多都是分開逐一展現(xiàn)的，不僅加大了藥品的用量，而且耗時(shí)較長。如果我們將它們進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)組合，就能很好地解決這一問題，切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。

例如：李德前老師的“氯氣的制取和性質(zhì)集成化實(shí)驗(yàn)組合”（如圖7所示），巧妙地將氯氣的制取、各項(xiàng)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)以及尾氣處理實(shí)驗(yàn)有機(jī)地組合在同一實(shí)驗(yàn)裝置當(dāng)中，教師就可以通過這一次實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生全面地認(rèn)識(shí)氯氣的制取、各項(xiàng)性質(zhì)以及吸收方法。不僅Mg2+的化學(xué)平衡反應(yīng)方程式。通過Ca2+、Mg2+的添加，學(xué)生認(rèn)識(shí)到肥皂不在海水中起泡是因?yàn)楹Ｋ挠捕缺纫话愕乃|(zhì)要大。然而對(duì)于EDTA能夠使?jié)嵋喝芙獠a(chǎn)生泡沫感到驚奇并不可理解，有25%的學(xué)生認(rèn)為是EDTA直接與Ca2+、Mg2+之間的絡(luò)合。但事實(shí)上，EDTA作用是由于它能夠與沉淀CaCO3、MgCO3中的Ca2+、Mg2+離子形成可溶性絡(luò)合物。同理，不難推測(cè)實(shí)驗(yàn)6中的現(xiàn)象，EDTA將不溶的脂肪酸鹽轉(zhuǎn)化為其可溶性的鈉鹽形式。

不難看出，學(xué)生能較好地運(yùn)用以往知識(shí)來解釋現(xiàn)有的現(xiàn)象，但對(duì)軟化劑是什么，怎么作用并不了解，教師可以借洗滌液中的軟化劑成分，對(duì)作用原理加以介紹，利用學(xué)生的興趣引發(fā)他們對(duì)生活中的現(xiàn)象的深層次思考。綜合來看，肥皂泡的起泡效果與水的硬度和洗滌劑的成分都有關(guān)系。

四、結(jié)論

這個(gè)看似簡(jiǎn)單的試驗(yàn)結(jié)合了日常常見的生活現(xiàn)象，從肥皂泡引發(fā)的對(duì)于水硬度的思考引起了學(xué)生的廣泛興趣。這種使用安全、廉價(jià)的反應(yīng)物和簡(jiǎn)單裝置的實(shí)驗(yàn)，通過結(jié)合巧妙的教學(xué)設(shè)計(jì)能夠引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入更深層次的思考，不僅可以引發(fā)對(duì)化學(xué)原理的探討，如配合物的形成、離子交換等知識(shí)；更能夠激發(fā)學(xué)生思考更加廣泛的問題，包括水體污染、飲用水的軟化問題與方法、洗滌劑的研發(fā)等關(guān)于水的硬度的深層次的思考。實(shí)驗(yàn)的真實(shí)情景化教學(xué)與模擬實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，突出實(shí)驗(yàn)原理教學(xué)，讓實(shí)驗(yàn)教學(xué)不再局限于書本。

［1］王祖浩等.高中化學(xué)選修1《化學(xué)與生活》［M］.南京：江蘇教育出版社,2006

［2］Yappert,M.C.;DuPre,D.B.J.Chem.Educ.［J］.1997,74：1422-1423

1008-0546（2013）04-013-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.04.005