趣 味 性 在 化 学 实 验 教 学 中 的 应 用

刘 楠， 李泽全， 曹 渊， 徐彦芹

(重庆大学 化学化工学院，重庆 401331)

0 引 言

化学是一门以实验为基础的科学，兴趣则是推动学生学习化学的动力之一。在化学实验中穿插趣味性元素，能够激发学生的学习兴趣和积极性，提升主动获取知识的能力。现以“五水硫酸铜晶体的制备及表征”实验为例，概述如何通过增加趣味性实验教学调动学生的积极性。

五水硫酸铜晶体的制备及表征实验是较为典型的综合实验，涉及到五水硫酸铜的制备、重结晶、组分分析3个板块的内容[1]，其中重结晶部分要求学生采用显微镜观测晶体的形貌及颜色，在此环节学生仅需学习基础的显微镜操作，便可观测到所制备的五水硫酸铜晶体的形貌及颜色。究其深度还未达到教学计划中对晶体学方面的认识和了解，为扩展学生对晶体方面的了解，更加全面的认识五水硫酸铜晶体的结构及成因，本文着重对以下方面进行探索。

1 注重结晶过程

1.1 观测结晶过程

取少量的蒸馏水至于烧杯中(10 mL左右)，加入五水硫酸铜晶体，一边加热一边搅拌，配置成饱和溶液。用滴管取少量的饱和溶液，滴加到载玻片上制备样品，将制备好的样品放置在显微镜载物台上，选择合适的物镜进行观测。随着水分的挥发，五水硫酸铜晶体逐渐形成晶核并不断地长大，通过显微镜可以明显地观察到晶体从无到有的生长过程。图1所示为每隔1 min记录五水硫酸铜的结晶图片。由该图可见，随着时间的增加，水分不断挥发，晶体在液态中自发形成晶核，并不断地长大，形成具有整齐规则的几何外形。学生通过理论课了解到五水硫酸铜晶体是一种蓝色半透明的三斜晶系的晶体结构，外形似玻璃状。通过显微镜呈像，可以直观地看到晶体的外形、颜色、以及生长过程，较为生动地将刻板的书本知识转化为有趣的动态实验。动态相比于静态更容易引起人们的好奇心，激发兴趣，记忆留存时间更久，因此将只观察结晶结果的实验内容转变为观察结晶的过程，以此调动学生的积极性，激发学生的好奇心[2]，使学生通过有趣的实验过程汲取较为晦涩难懂的知识，在潜移默化中吸纳教学内容，消除枯燥的课堂教学氛围，让学生在较为轻松愉悦的环境中学习化学实验课程。可引导学生将五水硫酸铜的结晶过程写成观察日志，记录结晶过程中的现象，并分析其成因；与其他同学的实验作对比，分析导致差异性的原因，并提出改进方案。

(a) 0 min

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传统的“过程+结果”式的实验教学中结果是重中之重，课堂教学往往把实验结果告知学生，通过实验加以验证其结果，如果实验结果达不到预期值即为实验失败。这种教学方法实为“填鸭式”教学方式[3]，学生机械性地模仿教材进行实验，盲目追求实验结果而忽视过程，并未达到实验设定的教学目标。通过改变实验的侧重点，提升实验的趣味性，不仅调动学生的积极性，还一定程度地避免了传统教学的弊端[4-6]，使学生主动参与到教学环节中，提高了教学质量。

1.2 仪器改进

显微镜观察五水硫酸铜晶体时，采用载玻片与盖玻片制备样品，放置在载物台上进行观察。观察结晶过程时，采用的是热的饱和五水硫酸铜溶液，溶液中的水分会不断地挥发出来，由于样品距离物镜距离较近，物镜容易受到污染，长此以往也会对显微镜造成一定程度的破坏；由于待观测的是液态样品，若操作失误会导致溶液洒落在载物台上，对显微镜造成损坏。

为保护仪器正常工作，延长使用寿命，因此对样品的载样装置进行了相应的改进。如图2所示，展示了新型放置样品装置的正视图。载样装置实为长方体盒,规格为6 cm×2 cm×0.4 cm(长×宽×高)，保证有足够的空间存放样品，并与物镜留有安全距离，避免对物镜造成损坏，便于实际操作。载样装置采用玻璃、高聚物等透光性较好的材料，便于光进行反射、折射、双折射或散色产生偏振光，进而对样品进行研究观测。载样装置设有配套的盖子，避免了溶液挥发对显微镜造成的损坏，溶液不易溢出，保证了载物台的整洁和实验的顺利进行，提高了实验的成功率。此外，该装置可重复使用，避免了一次性载玻片和盖玻片所带来的成本问题；操作方便、简洁，易于掌握。

图2 新型载样装置

2 提升试剂认知度

在化学实验中涉及到较为广泛的试剂类型，学生在使用试剂前应熟知其物理和化学属性，有助于在实验方案设计中选取合适的试剂，安全地取用试剂等。为了帮助学生更加全面地了解试剂的属性，可通过显微镜观测部分试剂的结构及颜色，加深学生的印象，提高认知度。图3所示为六水硫酸镍的显微镜呈像，由该图可见，六水硫酸镍为绿色不规则形状，在理论课上已知β-型六水硫酸镍为绿色单斜晶系，引导学生思考物质所属的晶系与外观结构是否存在一定的联系。该环节不局限于单一的试剂，学生根据自身的知识体系选取想要观察且符合显微镜呈像原理的试剂，可选取一种或多种进行观察，并结合试剂的基本性质分析其呈像特点，尝试分析其中的原理。

图3 六水硫酸镍显微镜呈像

让学生自主选择试剂进行观察，充分发挥学生的能动性，让学生体验到化学实验的灵活性和趣味性，增强学习积极性，激发学生好奇心，不仅提高了学习氛围，也让学生对化学试剂有了更全面、直观的了解。

3 与生活相结合

3.1 常见晶体结构

课堂上所接触到的试剂等与实际生活联系较少，例如五水硫酸铜晶体，此前学生并未接触到过该种物质，很难理解其形貌、颜色等与性质之间的联系。为了帮助学生更好地理解晶体学方面的知识，可扩展晶体观测范围。在日常生活中，有很多晶体物质的存在，最常见却又容易被忽视的有：白砂糖、冰糖、食用盐、味精等。图4所示为白砂糖和食用盐在显微镜下的呈像，二者的分子式分别为C12H22O11、NaCl。白砂糖又名蔗糖，属于分子晶体；食用盐属于离子晶体，但两者同属于立方晶系结构。从图中可以明显地看到两种物质的形貌，引导学生通过理论课中学习的晶系及晶体类型知识，结合外观形貌来判断物质所属的晶系及类型，有助于加深理论知识的理解，帮助学生学以致用。

除此之外，生活中接触到的水晶装饰品、雪花、小苏打等也是晶体物质，可以让学生自带晶体样品进行观察，根据显微镜呈像自行判断晶体类型。也可以拓展为趣味化学实验内容，帮助学生了解化学世界的奇妙之处，调动学生对化学实验的积极性。

晶体离我们并不遥远，就在我们的日常生活之中，只要善于观察，结合理论知识，便能分辨出晶体与非晶体物质之间的区别。通过该种途径，不仅增添了化学实验的趣味性，还能提升学生的参与度，让学生了解到化学和生活息息相关，使学生主动地参与到实验过程中，培养其发现问题、分析问题和解决问题的能力[7-9]，提高学生的成就感，使实验课堂不再枯燥无味。

(a) 白砂糖

(b) 食用盐

3.2 透光物质

显微镜是用于研究透明与不透明各向异性材料的仪器，凡是具有双折射的物质都可在显微镜下分辨清楚。根据显微镜呈像原理可知，显微镜不仅可观察晶体，对具有透光性物质均可用显微镜进行观测。在日常生活中有很多常见的透光性物质，如玻璃、保鲜膜、塑料等;部分食物，如黄瓜、洋葱等切成薄片后也可进行显微镜观察。植物类的叶子、花瓣等，因含有的色素会影响透光性，导致无法观察到其结构，因此需要做成切片后进行观察。此外，植物的叶子做成叶脉后也可在显微镜下观察到清晰的脉络，一些较为纤薄的花瓣在显微镜下也可以呈现出较为美妙的结构。图5所示为某种花瓣的显微镜呈像，从图中可以清晰地看出花瓣的表层细胞结构，花瓣的颜色也完美地呈现出来。

在此实验环节，学生可自行选择需要观察的样品，根据样品的属性决定如何进行前处理制备样品，并可以思考前处理方式的不同是否会对观测结果带来影响。学生可以根据自己的喜好选取实验样品，通过这种方式也可以考察学生对显微镜呈像原理的掌握程度。实验趣味性的提升不仅使学生成为了实验设计者，更成为了课堂的主体[10]，使学生有意识的活动贯穿整个课堂，活跃了课堂气氛，更为培养学生化学学科的兴趣打下了基石[11-14]。

图5 花瓣显微镜呈像

4 结 语

化学实验中增加趣味性元素可以直接影响教学的有效性，进一步巩固、扩大和加深学生对化学基本理论和知识的理解，培养学生综合实践能力、理论联系实际的能力。趣味性实验不仅可以激发学生的学习兴趣和积极性，也提升了学生主动获取知识的能力。提高学生的参与度，培养学生独立思考、独立完成科学实验的能力。全面提高学生的科学素养，调动学生的科研探索热情，开拓创新能力[15-16]。