初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究

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摘要:對初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的實(shí)踐研究進(jìn)行了綜述，內(nèi)容涉及人教版初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法、藥品、儀器、步驟等，可為今后初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與應(yīng)用提供參考．

關(guān)鍵詞:初中化學(xué);實(shí)驗(yàn);改進(jìn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在當(dāng)今的教學(xué)過程中仍然是一個(gè)相對薄弱的環(huán)節(jié)，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)是提高教師綜合素養(yǎng)的一種很有效手段，因此如何優(yōu)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)并引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對化學(xué)教育者而言具有重要的意義．人教版義務(wù)教育階段化學(xué)教材中提到的有些實(shí)驗(yàn)方法并不能夠達(dá)到最佳的實(shí)驗(yàn)效果，有研究者找出了一些實(shí)驗(yàn)方案的不足之處，然后從綠色化、微型化、提高成功率、縮短反應(yīng)時(shí)間、現(xiàn)象更明顯等角度對各個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析，有目的地進(jìn)行改進(jìn)，并動(dòng)手實(shí)踐改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的效果［1］．本文從以下7個(gè)方面概括了研究相對較深入的一些案例．

1藥品用量的改進(jìn)

在文獻(xiàn)［2］中《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》這一章中，“分子在不斷運(yùn)動(dòng)”這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)中是用小燒杯裝氨水，所用藥品量大，易造成浪費(fèi)．為節(jié)約藥品、減少環(huán)境污染，有研究者利用可密封的塑料瓶(或塑料管)代替燒杯、用滴有酚酞溶液的濾紙代替加有無色酚酞試劑的小燒杯、將氨氣分子和滴有無色酚酞試劑接觸瞬間變色改為依據(jù)滴有酚酞溶液的濾紙自下而上逐漸變紅，從而證明分子在不斷運(yùn)動(dòng)．此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)在于藥品用量更少，污染小，氨水和用過的藥品都可以重復(fù)利用，凸顯了分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的痕跡，趣味性強(qiáng)．并且廢物利用，體現(xiàn)了環(huán)保理念，但比教材上的裝置復(fù)雜，不利于學(xué)生自己組裝實(shí)驗(yàn)裝置．在節(jié)約與環(huán)保的前提下如果能對此實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行簡化，效果會更好．

2綠色化的改進(jìn)

測定空氣中氧氣的含量這個(gè)實(shí)驗(yàn)，書中仿照拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)原理，在實(shí)際的教學(xué)中所用的藥品—紅磷是在集氣瓶外部點(diǎn)燃的，也就是說紅磷會先和空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，而其產(chǎn)物五氧化二磷有毒，有腐蝕性，可能會對實(shí)驗(yàn)者及周圍的學(xué)生造成傷害［3］．因此有研究者對該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，首先將白磷放在集氣瓶底部，集氣瓶上通過玻璃管連接小氣球，另外將集氣瓶與裝有紅墨水的量筒通過帶有夾子的橡膠管相連，然后將集氣瓶置于熱水中，利用熱水加熱白磷．這個(gè)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)在于白磷是在裝置內(nèi)部通過水浴加熱而被點(diǎn)燃的，這樣能夠防止反應(yīng)產(chǎn)物擴(kuò)散到空氣中，從而達(dá)到了節(jié)約資源、減少污染，消除安全隱患的目的，并且裝置的氣密性較好．但是白磷有毒，而且在常溫下白磷與空氣接觸也會發(fā)生氧化而冒白煙，因此，做演示實(shí)驗(yàn)用白磷并不安全．本實(shí)驗(yàn)用白磷代替紅磷來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并不合適，紅磷的著火點(diǎn)為240℃，在保證裝置氣密性良好以及環(huán)保的前提下，可以嘗試選用此改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置．但選用油浴加熱．

3實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

3．1粉塵爆炸演示實(shí)驗(yàn)

按課本上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，裝置易漏氣，實(shí)驗(yàn)也易失?。虼擞醒芯空邔@個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟是把研細(xì)后的干面粉裝入干燥的空瓶內(nèi)，接著用保鮮膜蒙住瓶口，再用橡皮筋將瓶口繞緊;然后在瓶蓋內(nèi)側(cè)滴滿蠟油以防裝置漏氣，然后用力搖勻，使粉塵浮游在瓶內(nèi)，接著快速用粘有熱的蠟燭液的瓶蓋蓋住瓶口，再觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象［4］．采用此方法做實(shí)驗(yàn)，不僅成功率很高，能夠觀察到明顯的爆炸現(xiàn)象，而且實(shí)驗(yàn)裝置基本是廢物利用，達(dá)到了環(huán)保的目的．但實(shí)驗(yàn)過程不安全，在用力搖勻的過程中可能瓶子會爆炸．本實(shí)驗(yàn)可以采用此改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置，但通過連接小型打氣筒對其打氣，而不是用力搖勻使粉塵充滿整個(gè)裝置．

3．2對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究實(shí)驗(yàn)

對于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，蘭琴英［5］利用廢棄的飲料瓶等改裝成實(shí)驗(yàn)裝置，既能利用廢物，又能向?qū)W生滲透化學(xué)就在我們身邊以及微型實(shí)驗(yàn)的理念，對于初三的學(xué)生來說，他們剛接觸化學(xué)，這樣的改進(jìn)能夠極大地提高他們的學(xué)習(xí)興趣、探究欲望和參與度．

3．3實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳

實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳這個(gè)實(shí)驗(yàn)教材所選用的方法是向錐形瓶中加入石灰石或者大理石，然后通過長頸漏斗向錐形瓶中注入稀鹽酸，最后，用向上排空氣法收集二氧化碳．這套裝置所采用的全部是玻璃儀器，而玻璃儀器往往易損易碎，并且課本上所示裝置沒有考慮到反應(yīng)前后藥品的分離、反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氣體量的控制這兩個(gè)方面［6］．所以有研究者針對這兩個(gè)不足對這兩套裝置進(jìn)行了改進(jìn):利用礦泉水瓶、黃沙、塑料袋，橡皮塞等一些很常見的塑料制品設(shè)計(jì)了兩套裝置．這兩套裝置全部設(shè)計(jì)了液體藥品和固體藥品的分離放置，從而節(jié)約藥品，這樣改進(jìn)的裝置不僅適合于課堂演示，而且也適合學(xué)生在課外自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，優(yōu)點(diǎn)突出．楊景明［7］等也對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，對該裝置進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)．他們所采用的裝置的創(chuàng)新之處在于能夠控制反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生隨時(shí)停止，固液能徹底分離、制作材料來源廣泛且所用儀器不是易碎品、安全性較高，相對來說更適合義務(wù)教育階段的學(xué)生使用．

3．4木炭還原氧化銅實(shí)驗(yàn)

此實(shí)驗(yàn)按課本的實(shí)驗(yàn)步驟得到的產(chǎn)物往往會呈現(xiàn)出暗紅色，并且混有沒反應(yīng)完的黑色固體，實(shí)驗(yàn)效果不好．張會玲［8］等對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn):事先在試管內(nèi)壁用毛筆抹上薄薄一層漿糊(漿糊的作用—使木炭和氧化銅反應(yīng)后的銅附著在試管壁上且面積較大，易于觀察;再者漿糊作為碳水化合物在高溫下碳化之后有部分細(xì)密的碳參與反應(yīng)，有利于銅的析出)．然后再將事先研好銅、木炭的混合物均勻粘在漿糊上，待干燥之后再進(jìn)行還原操作．張會玲等對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)之后，學(xué)生在試管壁上可清晰地看到有紫紅色的物質(zhì)出現(xiàn)，現(xiàn)象很明顯．但是這樣設(shè)計(jì)危險(xiǎn)性較高，如果漿糊沒有抹勻，在加熱過程中容易造成試管炸裂，且此實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長，待漿糊完全干燥之后才能進(jìn)行還原操作，不便于做演示實(shí)驗(yàn)．楊國安［9］也對木炭還原氧化銅這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，他首先對木炭粉和氧化銅的最佳反應(yīng)質(zhì)量比進(jìn)行了探究，先將干燥的木炭研至極細(xì)，然后按最佳質(zhì)量比即木炭與氧化銅的質(zhì)量比為1∶10～1∶12稱取反應(yīng)物，混合后繼續(xù)研磨，直到看不到小顆粒才停止研磨，取一定量的混合粉末置于試管底部之后將石棉絨均勻地鋪在粉末上．將一小段的鐵制彈簧螺旋插入試管并頂住石棉絨，再連接導(dǎo)管和一小段橡皮管，橡皮管上連有彈簧夾再連接漏斗，倒扣通入裝有澄清石灰水的燒杯中，然后開始用酒精噴燈給試管預(yù)熱并對準(zhǔn)存放藥品的部位加熱，當(dāng)反應(yīng)發(fā)生后即停止加熱，撤掉其防倒吸裝置，打開彈簧夾從試管中取出金屬銅．此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯、產(chǎn)率更高，適合作為演示實(shí)驗(yàn)．王明振［10］對該實(shí)驗(yàn)從試劑用量、反應(yīng)物比例、反應(yīng)條件、操作方法等方面作了探索和改進(jìn)，首先取一定量的木炭與銅的混合物放入試管中，平鋪于試管底部，連接導(dǎo)氣管，插入澄清的石灰水中，用酒精噴燈從遠(yuǎn)離硬質(zhì)試管底部一端開始加熱，至反應(yīng)物開始燃燒再隨燃燒部位向試管底部移動(dòng)酒精噴燈，直到反應(yīng)完全．撤掉裝置之后，停止加熱．冷卻后，取出試管中的固體，可以看到有紫紅色物質(zhì)生成．曾道康［11］對影響此實(shí)驗(yàn)效果的各個(gè)方面都進(jìn)行了探究，其改進(jìn)的特點(diǎn)主要是反應(yīng)條件降低了，不需要嚴(yán)格干燥和長時(shí)間研細(xì)，反應(yīng)現(xiàn)象明顯，成功率高，操作時(shí)間短，反應(yīng)迅速，適合教師進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)．但應(yīng)注意要在反應(yīng)物燃燒完畢之后，逐漸停止加熱，否則易使產(chǎn)物銅重新被氧化，同時(shí)在加熱過程當(dāng)中試劑不要集中在試管底部，否則易沖出．以上采用的裝置，反應(yīng)物一定要研細(xì)并且混勻，而且要用酒精噴燈或者用酒精燈加網(wǎng)罩以便達(dá)到反應(yīng)所需溫度，反應(yīng)時(shí)間較長，容易發(fā)生石灰水倒流現(xiàn)象［12］．於南香針對這些問題設(shè)計(jì)了改進(jìn)裝置，其主要是對發(fā)生裝置進(jìn)行了改進(jìn):取一根銅絲將其一端繞成環(huán)狀，將銅絲插入橡皮塞，取一定量的活性炭，裝入具支試管內(nèi)，先加熱銅絲至下端變?yōu)楹谏?，趁熱將黑色部分浸沒在炭粉內(nèi)，試管口加一團(tuán)棉花，然后搭建好實(shí)驗(yàn)裝置，用酒精燈加熱試管，當(dāng)澄清石灰水開始變渾濁后需要繼續(xù)加熱一會兒，然后取出帶銅絲的橡皮塞后置于冷水中冷卻，洗去粘在銅絲上的炭粉，則可看到紅色的反應(yīng)產(chǎn)物，整個(gè)反應(yīng)所用時(shí)間約4分鐘．此改進(jìn)采用銅絲而不是銅粉，無需進(jìn)行研磨，這樣操作簡便;這個(gè)實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)過程中是采用豎直向上加熱固體，這樣能夠減少石灰水倒流機(jī)會，同時(shí)反應(yīng)時(shí)間不到四分鐘，時(shí)間較短，便于教師在課堂上進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)．按課本上的實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)完成后如果先將導(dǎo)管從澄清石灰水中拿出來，再熄滅酒精燈，可以防止石灰水倒流到被加熱的反應(yīng)器內(nèi)，但很有可能導(dǎo)致新生成的銅與空氣中的氧氣接觸而發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，易造成實(shí)驗(yàn)失敗．反之，如果先熄滅酒精燈，再撤導(dǎo)管，則石灰水必然會倒流到反應(yīng)器內(nèi)，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)仍不能成功［13］．為此李雷等認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)有必要設(shè)計(jì)防止水倒流的保護(hù)裝置，從而解決這一問題．對于木炭還原氧化銅的演示實(shí)驗(yàn)，孫文利［14］則是從改變氧化銅和木炭粉末的接觸面積，使反應(yīng)更易發(fā)生的角度對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)．其采用的是酒精燈而不是酒精噴燈加熱，因?yàn)閷τ诔踔袑W(xué)生而言，其實(shí)驗(yàn)操作能力相對較弱，并且不熟悉酒精噴燈及其提供高溫的原理，采用酒精噴燈進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并不安全．木炭還原氧化銅這個(gè)實(shí)驗(yàn)，從反應(yīng)物的投入比例，發(fā)生裝置、吸收裝置、加熱裝置等均有研究者進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)在，這一實(shí)驗(yàn)已經(jīng)有成熟的做法．

4實(shí)驗(yàn)用時(shí)的改進(jìn)

化學(xué)教科書上的鐵釘銹蝕條件實(shí)驗(yàn)，需要的時(shí)間長，不利于課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)．朱紅杰［15］等采用集氣瓶，大燒杯，導(dǎo)氣管和乳膠管、稀釋后的紅墨水，食鹽水，干燥劑，潔凈光亮的釘鞋釘?shù)葘?shí)驗(yàn)用品，利用控制變量法重新設(shè)計(jì)了該實(shí)驗(yàn);改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，加快了實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，方便了課堂教學(xué)，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的連續(xù)性和有效性．但其所采用的實(shí)驗(yàn)裝置較課本上的裝置復(fù)雜，不利于學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)．

5實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的改進(jìn)

初中化學(xué)課本中的H2燃燒實(shí)驗(yàn)，按教材中所提供的演示步驟，往往很難觀察到淡藍(lán)色火焰［16］．黃會林等對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，此實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后效果產(chǎn)生氫氣流量大，效果更明顯．但在實(shí)驗(yàn)之前需要先處理好鋅，且對實(shí)驗(yàn)操作能力要求較高，不適合初中學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)．

6開展家庭小實(shí)驗(yàn)

自制簡易凈水器，這是一個(gè)課外實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)行教材里制作簡易凈水器要求采用活性炭來吸附，一個(gè)普通的初中實(shí)驗(yàn)室里很難提供這么多的活性炭，因此，廖蘇聯(lián)等［17］建議用木炭代替活性炭，木炭易得并且價(jià)格較低．同時(shí)用膨松布和口罩代替膨松棉、用飲料瓶蓋代替單孔橡膠塞、用飲料管、圓珠筆筒等代替玻璃導(dǎo)管．這樣改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)是原料來源廣泛，而且能夠培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識．

7開發(fā)出有效促進(jìn)疑難知識理解的新實(shí)驗(yàn)

楊韶燕［18］對燃燒的條件這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，主要是將實(shí)驗(yàn)器材做了改變，比如將書中的步驟1改為:讓學(xué)生用鉗子取不可燃燒的物質(zhì)如石頭、可燃燒的物質(zhì)如蘸了酒精的棉花，放在酒精燈火焰上片刻后，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生輕而易舉地得出燃燒的第一個(gè)條件—可燃物．同樣的將步驟二、步驟三進(jìn)行了改進(jìn)．這樣改進(jìn)后學(xué)生能輕松地推出燃燒的條件，能夠提高其學(xué)習(xí)興趣．化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝苡行У丶ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，利于學(xué)生掌握化學(xué)理論知識，幫助提高學(xué)生的分析能力、動(dòng)手能力．就中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)而言，針對義務(wù)教育階段實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的研究概述幾乎沒有，本論文主要從藥品用量不合適、污染大、成功率不高、反應(yīng)耗時(shí)長、現(xiàn)象不夠明顯等方面分析了初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中一些較典型的例子，并列舉了一些已成功進(jìn)行改進(jìn)的例子，評價(jià)了其改進(jìn)之后的優(yōu)缺點(diǎn)，對有些改進(jìn)提出了自己的一些建議，以便為相關(guān)研究者提供參考．

作者:朱優(yōu)旗 劉世巍 丁建海 單位:寧夏師范學(xué)院