廣東省佛山市南海區(qū)鹽步初級中學(xué)(528247) 李青年

廣東省佛山市教育局教學(xué)研究室(528000) 潘 紅

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著重要作用，一個(gè)趣味性強(qiáng)和現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)，不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還能更好地幫助學(xué)生掌握和理解理論知識，提高學(xué)生動手和小組合作的能力[1]。探究分子運(yùn)動現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)是對學(xué)生“微粒觀”“運(yùn)動觀”啟蒙的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)。如果通過現(xiàn)象明顯、對比性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)裝置來證明分子是不斷運(yùn)動的，就有利于幫助學(xué)生直觀可視化地理解微觀粒子的運(yùn)動行為，同時(shí)也可以培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)思維”和“科學(xué)探究與實(shí)踐”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

1 實(shí)驗(yàn)背景

人教版義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級上冊第3單元課題1“分子和原子”中探究分子運(yùn)動現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)(見圖1)：利用濃氨水有揮發(fā)性，揮發(fā)出的氨分子運(yùn)動到酚酞溶液中使其變紅，從而證明了分子是不斷運(yùn)動的。

圖1 教材實(shí)驗(yàn)裝置

但是教材實(shí)驗(yàn)有以下不足：

(1)原實(shí)驗(yàn)裝置不是密閉的，會對環(huán)境造成污染并損害人體健康。

(2)藥品用量比較多，不僅浪費(fèi)，也不符合“綠色化學(xué)”的理念。

(3)實(shí)驗(yàn)操作較為繁瑣，不適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，而用于教師的演示實(shí)驗(yàn)，又缺少了對學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的訓(xùn)練和科學(xué)探究的情感體驗(yàn)。

(4)實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長、現(xiàn)象不明顯，大大降低了課堂教學(xué)效率。

(5)實(shí)驗(yàn)對比性不夠強(qiáng)，不能很好地讓學(xué)生理解使酚酞變紅的是什么物質(zhì)。

(6)實(shí)驗(yàn)功能性單一，不能同時(shí)驗(yàn)證溫度對分子運(yùn)動的影響和不同分子運(yùn)動速率是不同的。

筆者基于以上不足進(jìn)行創(chuàng)新，在生活中“取材”，利用吸管、棉簽、筆筒等自制了一款微型裝置，實(shí)驗(yàn)效果明顯、實(shí)用性更強(qiáng)，能為理解分子運(yùn)動的課堂教學(xué)提供新的參考。

2 教具制作

2.1 儀器和試劑

(1)儀器：透明吸管、棉簽、透明筆筒(中性筆制)、標(biāo)簽紙、濾紙條、2只小燒杯、熱水。

(2)試劑：濃氨水、蒸餾水、酚酞溶液、濃鹽酸。

2.2 制作原理

濃氨水具有很強(qiáng)的揮發(fā)性，揮發(fā)出來的氨分子溶于水形成氨水，氨水電離呈堿性，能使無色酚酞溶液變?yōu)榧t色；濃氨水揮發(fā)出來的氨分子與濃鹽酸揮發(fā)出來的氯化氫分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氯化銨白色固體，形成白煙。

2.3 制作方法

制作思路：將教材實(shí)驗(yàn)中的大燒杯改為透明吸管、小燒杯改為棉簽(見圖2)；用常見中性筆的透明筆筒作為加速分子運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵裝置。

圖2 改進(jìn)裝置用到的器材

具體方法：取數(shù)支透明吸管，每一支都剪成約5 cm的長度。取其中一支吸管，兩端分別貼上“水”和“酚酞”的標(biāo)簽；另取三支吸管，兩端分別貼上“酚酞”和“濃氨水”的標(biāo)簽；再取一支吸管，兩端分別貼上“濃鹽酸”和“濃氨水”的標(biāo)簽。透明筆筒的制作：取兩支中性筆，去掉筆芯，拔出上端筆蓋和下端筆帽。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)1：取一支棉簽，在其一端滴加酚酞溶液，置于空氣中30 s，棉簽不變色，放進(jìn)透明吸管貼有“酚酞”標(biāo)簽的一端；再取一支棉簽，一端滴加蒸餾水后，放進(jìn)同一支透明吸管貼有“水”標(biāo)簽的一端；使兩支棉簽接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

整個(gè)過程未觀察到明顯現(xiàn)象(見圖3)，說明空氣和水都不能使酚酞溶液變色。

圖3 實(shí)驗(yàn)1實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)2：取一支棉簽，在其一端滴加酚酞溶液，放進(jìn)透明吸管貼有“酚酞”標(biāo)簽的一端；再取一支棉簽，滴加濃氨水后，放進(jìn)同一支透明吸管貼有“濃氨水”標(biāo)簽的一端；使兩支棉簽接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到滴有酚酞溶液的棉簽變紅色(見圖4)，說明濃氨水可以使酚酞溶液變紅色。

圖4 實(shí)驗(yàn)2實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)3：取一支棉簽，在其一端滴加酚酞溶液，放進(jìn)透明吸管貼有“酚酞”標(biāo)簽的一端；再取一支棉簽，滴加濃氨水后，放進(jìn)同一支透明吸管貼有“濃氨水”標(biāo)簽的一端；使兩支棉簽不接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到滴有酚酞溶液的棉簽變紅色(見圖5)，說明分子是不斷運(yùn)動的。

圖5 實(shí)驗(yàn)3實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)4：取一支棉簽，在其一端滴加酚酞溶液，晾干后，放進(jìn)透明吸管貼有“酚酞”標(biāo)簽的一端；再取一支棉簽，滴加濃氨水后，放進(jìn)同一支透明吸管貼有“濃氨水”標(biāo)簽的一端；使兩支棉簽不接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到滴有酚酞的棉簽未變色(見圖6)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)3中的現(xiàn)象，說明利用濃氨水探究分子不斷運(yùn)動的原理是氨分子運(yùn)動到酚酞溶液中，與酚酞溶液中的水化合成一水合氨，才使酚酞變紅，而不是氨分子直接使酚酞溶液變紅。

圖6 實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)5：取一支棉簽，滴加濃氨水，再取一支棉簽，滴加濃鹽酸，分別放進(jìn)透明吸管貼有“濃氨水”和“濃鹽酸”的一端；使兩只棉簽不接觸，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察到塑料管內(nèi)出現(xiàn)白煙，而且白煙比較靠近濃氨水一端(見圖7)，說明氨分子和氯化氫分子都在不斷運(yùn)動，同時(shí)也說明氯化氫分子的運(yùn)動速率比氨分子快。

圖7 實(shí)驗(yàn)5實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)6：在透明筆筒中塞進(jìn)濾紙條，滴加等量的酚酞溶液，使濾紙條充分吸收酚酞溶液，備用。向拔下的筆帽中滴加等量的濃氨水，迅速同時(shí)蓋上筆帽并分別放入裝有熱水與冷水的小燒杯中，一段時(shí)間后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

觀察發(fā)現(xiàn)：盛熱水的燒杯中，濾紙條變紅色的距離長，高度更高(見圖8)，說明溫度越高，分子運(yùn)動速率越快。

圖8 實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

4 裝置優(yōu)點(diǎn)

(1)從生活中“取材”來完成探究實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)材料廉價(jià)易得且可以重復(fù)利用，體現(xiàn)了“綠色化學(xué)”的設(shè)計(jì)理念。此外，還增加了課堂的趣味性，激發(fā)了學(xué)生聯(lián)系生活進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造的科學(xué)思維。

(2)實(shí)驗(yàn)裝置簡單、操作簡便，微型化的自制教具，不僅節(jié)約了藥品，還減少了氨氣和氯化氫氣體對環(huán)境的污染和對人體健康的傷害。

(3)設(shè)計(jì)了系列對比實(shí)驗(yàn)，很好地培養(yǎng)了學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)、對比分析的思維能力和控制變量的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。

(4)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯且實(shí)驗(yàn)時(shí)間更短，不僅提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的課堂效率，而且更好地幫助學(xué)生建立宏微結(jié)合的學(xué)科思維。

(5)實(shí)驗(yàn)材料易得，便于開展分組實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)。

5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)感悟

針對教材實(shí)驗(yàn)裝置的不足，筆者嘗試用“微型化”+“綠色化”+“從生活取材”的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想，結(jié)合“生本教育”理念進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，從而突破微觀粒子是不斷運(yùn)動的這一教學(xué)難點(diǎn)。

梳理本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教具的研究和開發(fā)歷程，發(fā)現(xiàn)“創(chuàng)新”不是個(gè)別人的專利，它源于教師對教學(xué)難題的深度思考，有了“教然后知困”的深度思考，每位教師皆可創(chuàng)新。此裝置在2021年廣東省中學(xué)化學(xué)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源征集評審活動中獲得了初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新優(yōu)秀作品一等獎(jiǎng)，具備推廣使用的價(jià)值。