孔雪霞 楊寶權(quán)

（邗江中學(xué)北區(qū)校維揚(yáng)中學(xué) 江蘇 揚(yáng)州 225012）

新課程標(biāo)準(zhǔn)提出，要“樹(shù)立人與自然和諧共生的科學(xué)自然觀和綠色發(fā)展觀”，教學(xué)中要樹(shù)立環(huán)保意識(shí)，進(jìn)行綠色化教學(xué)活動(dòng)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方式，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，有很多化學(xué)實(shí)驗(yàn)生成刺激性氣味的氣體，有的還會(huì)生成一些有毒煙霧。很多學(xué)生膽怯害怕，不敢進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。因此老師要因地制宜地選擇一些友好溫和的藥品；改成微型實(shí)驗(yàn)裝置，減少試劑用量，節(jié)約藥品，從而達(dá)到節(jié)能減排，減少實(shí)驗(yàn)廢棄物的目的；將多個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行串聯(lián)，能減少實(shí)驗(yàn)流程的重復(fù)，形成知識(shí)間的聯(lián)系，建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，加深學(xué)科知識(shí)理解，強(qiáng)化學(xué)生能力。

一、燃燒實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀

1.教材中的設(shè)計(jì)方法及存在的問(wèn)題

滬教版九年級(jí)《化學(xué)》教材中燃燒的三個(gè)條件，通過(guò)“交流與討論”欄目引出。現(xiàn)在孩子缺乏基本的生活經(jīng)驗(yàn)，有些孩子甚至沒(méi)使用過(guò)火。滬教版中沒(méi)有具體的演示實(shí)驗(yàn)，孩子缺少直觀印象，課堂上啟而不發(fā)?！坝^察與思考”欄目中教師演示“燒不壞的手帕”實(shí)驗(yàn)，視覺(jué)效果炫酷，但通過(guò)該實(shí)驗(yàn)只比較了酒精和棉布的著火點(diǎn)，只能得出燃燒的條件之一，溫度要達(dá)到可燃物的著火點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)論單一。

人教版九年級(jí)《化學(xué)》教材中探究燃燒條件的演示實(shí)驗(yàn)，是在開(kāi)放的裝置中做白磷和紅磷的燃燒實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，體現(xiàn)了控制變量和對(duì)比的思想，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)燃燒的條件及本質(zhì)。但該實(shí)驗(yàn)中燃燒產(chǎn)生有毒的五氧化二磷，污染很大。因此，教材中特別注明該實(shí)驗(yàn)需要在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，有些學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件簡(jiǎn)陋，很多教師經(jīng)常在普通教室里演示該實(shí)驗(yàn)，或者某些教師干脆就在黑板上講實(shí)驗(yàn)和放視頻。弱化實(shí)驗(yàn)功能，很難給學(xué)生留下直觀深刻的印象。

圖1 人教版教材中的實(shí)驗(yàn)裝置

燃燒和滅火是相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，滬教版中對(duì)滅火的方法也只介紹了原理，沒(méi)有安排具體的實(shí)驗(yàn)，人教版中沒(méi)有將兩實(shí)驗(yàn)串聯(lián)，顯得零散，沒(méi)能讓學(xué)生建立思維聯(lián)系。

2.現(xiàn)有研究中的設(shè)計(jì)方法及存在的問(wèn)題

針對(duì)以上問(wèn)題，很多老師對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了創(chuàng)新改進(jìn)，在實(shí)驗(yàn)綠色化方面做出了努力，取得了較好的效果。主要概括起來(lái)有以下兩種類(lèi)型改進(jìn)。

（1）對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)。

陸春華［1］設(shè)計(jì)了第一種方案，將白磷、紅磷放在相對(duì)密閉的多功能瓶（圖2）里反應(yīng)，注入水處理白煙。第二種是在密閉的試管中引燃白磷以及氫氧化鈉處理白煙的一體裝置（圖3）。

圖2 相對(duì)密閉的多功能瓶

圖3 密閉的試管

張儀軒［2］將白磷放置在密閉的球形干燥管（圖4）中，用注射器鼓入空氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

圖4 密閉的球形干燥管

謝小琴［3］將紅磷、白磷放在倒置的Y形管（圖5）中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并通過(guò)口部套上氣球進(jìn)行封閉和壓強(qiáng)調(diào)節(jié)。

圖5 密閉的Y形管

薛錦媛［4］設(shè)計(jì)了多套簡(jiǎn)約封閉裝置（圖6），燒杯套蓋，倒置試管，塞子加氣球等方式封閉。

圖6 簡(jiǎn)約封閉裝置

上述改進(jìn)將裝置設(shè)計(jì)成密閉裝置，減少或杜絕五氧化二磷逸散到空氣中，再利用水或氫氧化鈉溶液吸收五氧化二磷，減少了對(duì)環(huán)境的污染，但是沒(méi)有從源頭上減少污染，沒(méi)有充分體現(xiàn)綠色化的設(shè)計(jì)要求。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品的改進(jìn)。

李平［5］將紅磷、白磷改成木炭（圖7）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，利用石灰水吸收驗(yàn)證產(chǎn)物，從源頭上減少了污染，木炭著火點(diǎn)較高，在空氣中只能保持紅熱，現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需鼓入空氣、氧氣，操作要求高。

圖7 鼓入氣體木炭燃燒裝置

侯麗梅［6］利用實(shí)驗(yàn)室制氧氣裝置提供氧氣，并將白磷、紅磷換成了木炭（圖8）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，裝置相對(duì)復(fù)雜，藥品用量大。

上述實(shí)驗(yàn)中所用白磷屬于劇毒管制藥品，一般實(shí)驗(yàn)室難以獲取，且白磷、紅磷燃燒時(shí)都會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的五氧化二磷，產(chǎn)物有毒采取先污染再治理的措施，沒(méi)有從源頭上解決污染。而木炭著火點(diǎn)高，現(xiàn)象不夠明顯，實(shí)驗(yàn)易失敗。有些實(shí)驗(yàn)用常規(guī)裝置，藥品用量多，實(shí)驗(yàn)成本高，不利于節(jié)約化原則［7］。

二、體現(xiàn)綠色發(fā)展觀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.選擇環(huán)境友好型藥品

筆者選擇了鐵粉、銅粉、紙屑、木刨花、樹(shù)葉、艾葉等原料進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，最終選擇了對(duì)人體無(wú)害，對(duì)環(huán)境友好的艾葉。艾葉在揚(yáng)州地區(qū)來(lái)源廣泛，路邊經(jīng)常有零星生長(zhǎng)，易獲取，且燃燒時(shí)產(chǎn)生的氣味不僅對(duì)人體無(wú)害，且有益，氣味芳香愉悅，振奮精神，殺菌消毒，顛覆了部分學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室味道刺鼻，有毒危險(xiǎn)等的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

2.巧妙設(shè)計(jì)微型裝置

本實(shí)驗(yàn)器材中選擇球形干燥管和注射器進(jìn)行巧妙組裝（圖9），器材方便易得。在2 支球形干燥管的球形部分，只需分別放置極少量二氧化錳催化劑，大理石顆粒。注射器可精確控制需注入液體的體積，生成氣體過(guò)多內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大，浪費(fèi)且有一定的危險(xiǎn)，過(guò)少現(xiàn)象不明顯。只要產(chǎn)生的氣體能充滿(mǎn)球形干燥管即可，每個(gè)球型干燥管容積約20 mL，注射器收集到40 mL 氣體，則原裝置內(nèi)氣體已排凈。實(shí)驗(yàn)前可根據(jù)需要產(chǎn)生40 mL氧氣和二氧化碳時(shí)，計(jì)算出所需雙氧水和稀鹽酸的體積，都只需要約1～2 mL，用量極少，節(jié)約了藥品，同時(shí)減少了廢棄物的產(chǎn)生，使整個(gè)過(guò)程更綠色化。注射器注入液體時(shí)滴速可控、反應(yīng)速度可控，并能通過(guò)注射器的刻度，直觀觀測(cè)產(chǎn)生氣體的體積，不需要進(jìn)行驗(yàn)滿(mǎn)，實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)便。

圖9 改進(jìn)后綠色化裝置

3.無(wú)害化處理實(shí)驗(yàn)廢物

本實(shí)驗(yàn)的藥品簡(jiǎn)單易得，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的二氧化錳、大理石都很容易回收再利用，實(shí)驗(yàn)后的廢棄物艾葉灰燼，不需要無(wú)害化處理，可以直接充當(dāng)小盆栽的肥料，能廢物再利用，進(jìn)一步體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的綠色化［8］。

三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程

在學(xué)情分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了如下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程，如表1所示。

表1 綠色化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程

四、改進(jìn)后的反思

1.串聯(lián)多個(gè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)

該實(shí)驗(yàn)用到了控制變量法、對(duì)比法、觀察法、歸納法、分組探究法等多種學(xué)習(xí)方法，不僅探究了燃燒的多個(gè)條件，同時(shí)可直觀得出能助燃的氣體就是空氣中的氧氣，燃燒的劇烈程度與氧氣的濃度有關(guān)，二氧化碳不支持燃燒等衍生結(jié)論。還串聯(lián)了氧氣和二氧化碳的制取和性質(zhì)，聯(lián)系了前面所學(xué)知識(shí)，將燃燒的三個(gè)條件探究，串聯(lián)到一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，避免了重復(fù)實(shí)驗(yàn)，減少實(shí)驗(yàn)步驟，節(jié)約了藥品。整個(gè)過(guò)程中觀察到了不燃燒—燃燒—更旺—火星—復(fù)燃—熄滅現(xiàn)象，將燃燒與原有知識(shí)進(jìn)行了聯(lián)系，加深了學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和應(yīng)用，構(gòu)建完善了學(xué)生的新知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，更好地拓展了學(xué)生的思維方式，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、探究能力、思維能力，提高了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

2.可根據(jù)課堂情況靈活處理

課堂上，教師可以根據(jù)學(xué)生的能力水平，適當(dāng)引導(dǎo)或調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方式。如果時(shí)間充裕，可提前布置，通過(guò)查詢(xún)資料、書(shū)籍、網(wǎng)絡(luò)等方式，讓學(xué)生先分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，再小組交流補(bǔ)充擴(kuò)展，老師再適當(dāng)補(bǔ)充完善。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)必須綠色化，這是可持續(xù)發(fā)展的要求，是建立和諧社會(huì)的要求，化學(xué)教師必須樹(shù)立綠色化學(xué)意識(shí)，將綠色化貫穿于整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)的操作，實(shí)驗(yàn)后廢棄物的處理過(guò)程中，通過(guò)綠色化實(shí)驗(yàn)，啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，為建立和善友好型社會(huì)培養(yǎng)合格人才［9］。

3.實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的進(jìn)一步優(yōu)化

當(dāng)然筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了多次改進(jìn)，在失敗中一次次完善。該實(shí)驗(yàn)步驟較多，實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)要求高，液體注入時(shí)速度要快速一次推入，否則里面壓強(qiáng)增大后很難再加入液體，燃燒前需取下末端的注射器，防止燃燒時(shí)放熱，內(nèi)部壓強(qiáng)過(guò)大。需定量估算鹽酸、大理石、雙氧水的用量，不能超過(guò)量程，要多次使用酒精燈，注意實(shí)驗(yàn)操作安全。藥品要預(yù)處理，先將新鮮的艾葉用烤箱仔細(xì)烘干，密封于廣口瓶中，縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，方便多次取用。