徐明波，呂洪杰

(1.湖北師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 黃石 435002；2.湖北省十堰市東風(fēng)高級(jí)中學(xué),湖北 十堰 442008)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科的教學(xué)中起到不可替代的作用。新教材在實(shí)驗(yàn)設(shè)置、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)數(shù)量以及實(shí)驗(yàn)形式等方面與之前相比都有了很大的改變，實(shí)驗(yàn)教學(xué)也應(yīng)隨著新課程的實(shí)施進(jìn)行相應(yīng)的改革和創(chuàng)新。

1 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新的原則

總的來(lái)講，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和創(chuàng)新要遵循科學(xué)性、簡(jiǎn)約性、直觀性、安全性、環(huán)保性和創(chuàng)新性等原則。在對(duì)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們既要注意其合理性和可行性，還要注意實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的明顯程度。

1.1 科學(xué)性原則

實(shí)驗(yàn)原理準(zhǔn)確無(wú)誤，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)合理，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象到本質(zhì)的推理科學(xué)嚴(yán)密，實(shí)驗(yàn)操作要符合要求，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)所蘊(yùn)含的功能可切實(shí)達(dá)到本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，這是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)成功的主要標(biāo)志。

1.2 安全性原則

安全大于一切，所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)要能預(yù)見(jiàn)可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)，并有相應(yīng)的防范措施。若危險(xiǎn)確實(shí)無(wú)法避免，可以考慮改用其它的形式來(lái)呈現(xiàn)。

1.3 可行性原則

即所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)室或?qū)嶋H生活中確實(shí)可行，具有可操作性，而不是設(shè)計(jì)者的憑空想象。

1.4 簡(jiǎn)約性原則

實(shí)驗(yàn)所需儀器和藥品為實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)或生活中易得的，裝置簡(jiǎn)潔、流暢、操作方便、實(shí)驗(yàn)耗時(shí)短，這是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)成功的標(biāo)志。

1.5 規(guī)范性原則

實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，能達(dá)到教育的目的。

1.6 綠色化原則

實(shí)驗(yàn)方案環(huán)保，無(wú)有毒氣體泄漏和污染，保證師生的身心健康。

1.7 直觀性原則

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要明顯，便于觀察，有趣味性，這是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)具有生命力的保障。

1.8 創(chuàng)新性原則

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路、實(shí)驗(yàn)功能、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)裝置等有所突破和創(chuàng)新。

2 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新和改進(jìn)的角度

在長(zhǎng)期的教學(xué)中，通過(guò)不斷的思考和摸索，可以對(duì)教材中的部分實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，這里以在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)的《氨氣的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)》為例進(jìn)行說(shuō)明。

2.1 對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)和創(chuàng)新

氨氣的制取與性質(zhì)是高中化學(xué)一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)。教材使用了三個(gè)演示實(shí)驗(yàn)分別介紹了氨氣的制取和性質(zhì)，但存在以下缺陷：1)制取NH3實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)；2)預(yù)先準(zhǔn)備好的NH3容易泄漏，導(dǎo)致噴泉實(shí)驗(yàn)效果不理想；3)NH3暴露在空氣中，污染環(huán)境，不符合綠色化學(xué)的理念。針對(duì)以上問(wèn)題，特對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了以下改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)NH3的制備、收集和物理、化學(xué)性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的一體化(裝置如圖1)。

圖1 NH3的制備與性質(zhì)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)裝置

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置由兩部分組成，左邊是NH3的制備裝置，右邊的球形干燥管是NH3的收集裝置(同時(shí)作為NH3溶于水時(shí)的防倒吸裝置)，干燥管下面的青霉素瓶更是一個(gè)多用途的裝置，既可通過(guò)滴有酚酞的水是否變紅的現(xiàn)象來(lái)檢驗(yàn)NH3是否收集滿，也可作為NH3的尾氣處理裝置，還可為噴泉實(shí)驗(yàn)提供足夠的水源。

實(shí)驗(yàn)原理：采用濃氨水和固體NaOH為原料來(lái)制取NH3，再用向下排空氣法將NH3收集在球形干燥管中。當(dāng)NH3收集滿后關(guān)閉止水夾(輸液管上的調(diào)速器)，NH3通過(guò)下端導(dǎo)管直接與水接觸，溶于水使得導(dǎo)管中的壓強(qiáng)減小，產(chǎn)生壓力差，青霉素瓶?jī)?nèi)的溶液被倒吸進(jìn)入導(dǎo)管中，在球形干燥管中產(chǎn)生噴泉現(xiàn)象。

操作步驟：首先檢查裝置的氣密性，往外拉動(dòng)注射器的活塞，可以看到右端玻璃導(dǎo)管內(nèi)液面上升，且停止拉動(dòng)注射器時(shí)液面不下降，說(shuō)明氣密性良好。然后向裝置中注入濃氨水，可以看到兩邊的青霉素瓶中都產(chǎn)生大量氣泡，同時(shí)滴有酚酞的水溶液慢慢變紅，說(shuō)明NH3已收集滿，此時(shí)整個(gè)裝置中已經(jīng)充滿了NH3，且NH3通過(guò)導(dǎo)管直接與水接觸(此時(shí)未出現(xiàn)噴泉現(xiàn)象是因?yàn)樽筮呌休^大的氨氣氣流過(guò)來(lái))。關(guān)閉止水夾，可觀察到青霉素瓶中的溶液快速地進(jìn)入導(dǎo)管，并在干燥管中產(chǎn)生了美麗的噴泉現(xiàn)象，可以說(shuō)是“自動(dòng)引發(fā)”而形成的。接著利用左邊青霉素瓶中剩余的氨氣來(lái)進(jìn)行NH3與氯化氫的反應(yīng)，用注射器向瓶?jī)?nèi)擠入少許濃鹽酸，看到青霉素瓶?jī)?nèi)產(chǎn)生大量白煙。最后還可以利用注射器中剩余的濃鹽酸來(lái)吸收多余的NH3.

此裝置改進(jìn)后把教材中的三個(gè)實(shí)驗(yàn)合而為一，裝置簡(jiǎn)潔、流暢，操作輕松便捷，現(xiàn)象明顯，課堂耗時(shí)短(這套實(shí)驗(yàn)可在一分鐘內(nèi)完成)。

2.2 對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品的選定和創(chuàng)新

教材中氨氣的制取采用的是氯化銨固體和氫氧化鈣受熱反應(yīng)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)雖然容易完成，但試管的破損率較高，后經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，查找資料，找到了原因：用氯化銨固體和氫氧化鈣受熱反應(yīng)制取氨氣時(shí)生成的氯化鈣在試管中冷卻時(shí)，氯化鈣迅速吸收周圍的水分，形成溶液并放熱，恒溫在28℃左右，若環(huán)境溫度低于28℃時(shí)(在冬季我國(guó)大部分地區(qū)平均溫度都低于這個(gè)值)離它較遠(yuǎn)的玻璃溫度繼續(xù)下降，在較小的范圍內(nèi)產(chǎn)生較大的溫差，由于玻璃的膨脹系數(shù)較大，脆性又強(qiáng)，因而使玻璃試管在加熱的部位出現(xiàn)裂紋式破損，造成浪費(fèi)。故我在設(shè)計(jì)時(shí)選用了濃氨水和固體氫氧化鈉為原料，放出氣體的速度較快，且不需要加熱，又避免了試管的破損，為學(xué)校節(jié)約了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

2.3 對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)和創(chuàng)新

教材中的噴泉實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)要先擠壓右邊的膠頭滴管，使膠頭滴管中的水進(jìn)入燒瓶中，使燒瓶中的部分氨氣溶于水，導(dǎo)致燒瓶中的壓強(qiáng)減小，產(chǎn)生壓強(qiáng)差， 再打開(kāi)左邊的止水夾，以引發(fā)噴泉。這樣操作起來(lái)比較麻煩。本實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到氨氣是極易溶于水的，若將氨氣直接通入水中很容易形成倒吸，故將氨氣的收集裝置和噴泉的引發(fā)裝置合二為一，使氨氣直接與水接觸，自動(dòng)引發(fā)噴泉。

另外教材中對(duì)于氨氣和氯化氫的反應(yīng)采用的方法是用兩支玻璃棒直接蘸取濃氨水和濃鹽酸并相互靠近，這樣操作觀察到的現(xiàn)象并不是很明顯，且揮發(fā)的氣體擴(kuò)散到空氣中產(chǎn)生污染，不符合綠色化學(xué)的理念。所以我在設(shè)計(jì)時(shí)把反映環(huán)境改為在封閉的青霉素瓶?jī)?nèi)進(jìn)行，避免了污染，并利用濃鹽酸來(lái)中和產(chǎn)生的氨氣和多余的氯化氫，很好地解決了尾氣處理的問(wèn)題。

2.4 對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)和創(chuàng)新

本實(shí)驗(yàn)中利用廢棄的青霉素瓶替代了反應(yīng)裝置，用醫(yī)用注射器替代膠頭滴管，用輸液管替代導(dǎo)氣管，這些替代品既物美價(jià)廉，又簡(jiǎn)單易得，為探究式教學(xué)提供了方便，為學(xué)生的綜合實(shí)踐活動(dòng)開(kāi)辟了新天地。但在設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮度的問(wèn)題，如學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)若注射器太多是否安全等。

2.5 對(duì)儀器再利用的改進(jìn)和創(chuàng)新

球形干燥管在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中多用于氣體的干燥，一旦破損多數(shù)人直接將其丟棄，比較可惜，本實(shí)驗(yàn)中則采用下端破損的球形干燥管經(jīng)簡(jiǎn)單的加工后用于氨氣的收集和噴泉實(shí)驗(yàn)的產(chǎn)生裝置，實(shí)現(xiàn)了廢物再利用。再比如滴定管一般用于酸堿中和滴定中，其一大優(yōu)點(diǎn)就是液體的流速好控制，可快可慢。而在乙炔的制取實(shí)驗(yàn)中，由于碳化鈣和水反應(yīng)比較劇烈，故加水的速度一定要慢，這個(gè)時(shí)候若改用滴定管來(lái)加水，可實(shí)現(xiàn)一滴一滴的加入，非常方便，操作也很簡(jiǎn)單。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力的有效途徑。學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新思維，養(yǎng)成良好的科學(xué)習(xí)慣和學(xué)習(xí)正確的科學(xué)方法等， 是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新的本質(zhì)目的，在教學(xué)中，以實(shí)驗(yàn)為載體，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)從以知識(shí)為本向以學(xué)生發(fā)展為本的轉(zhuǎn)變，達(dá)到提高學(xué)生整體素質(zhì)的目的，這才是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和創(chuàng)新的要義所在。

參考文獻(xiàn):

[1]蓋立春.化學(xué)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)方式的含義、類型和功能[J].化學(xué)教育,2008,(1):60～62.

[2]九年義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書[M].北京:人民教育出版社,2001.