实验因改进而灵动

2021-11-25 16:56曹年华
化学教与学 2021年8期
关键词:实验改进化学教学

摘要:根据教学内容、教学过程和学生的实际需要,设计和进行实验改进实验改进要注意科学化、直观化、简约化和绿色化等原则,实验改进的方法有很多,常用的有完善法、对比法、逆向法、移植法、组合法和附加法等。

关键词:实验改进;化学教学;四个化;六大法

文章编号:1008-0546(2021)08-0088-03

中图分类号:G632.41

文献标识码:B

doi: 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.023

化学是一门以实验为基础的自然科学,实验可以为学生提供真实、鲜明、生动的感性材料,有助于呈现物质性质、解释化学原理。在平时的教学中,教师不能只满足于教材中呈现的化学实验,应根据教学内容、教学过程和学生的实际需要,设计和进行实验改进,这样不仅有利于加深学生对所学知识的理解,还能培养学生的深度思维品质,激发学生学习化学的持久兴趣,提升学生的学科素养。笔者在平时的化学教学中,广泛地进行了实验改进方案的收集,并加以归纳总结,下文就结合具体案例谈谈对实验改进的一些认识和体会。

一、实验改进的“四个化”

1.科学化

科学化是指实验改进要确保方案合理,原理正确。比如图1所示比较二氧化碳与空气密度大小的实验,试图通过从导管通入二氧化碳,下层蜡烛先熄灭的现象得出二氧化碳密度比空气大的结论,很明显这个改进是经不起推敲的,因为二氧化碳不是自然沉降到烧杯底部的。

2.直觀化

直观化是指实验改进的现象要明显,要有比原实验更明显的感官对比。比如图2,比较二氧化碳与空气的密度,将二氧化碳倒入烧杯中,可以看到装有空气的气球浮起,相对于原教材实验现象更明显且有趣。

3.简约化

简约化是指实验改进要具有装置简单、操作方便、节省药品(微型化)、取材容易等优点。比如图3中关于CO:的性质实验改进,①、④为用紫色石蕊试液润湿的棉球,②、③为用石蕊试液染成紫色的干燥棉球,通过“④比①先变红,②、③不红”这样的现象对比,可以方便的得出二氧化碳的多个性质,与原教材实验相比,操作简单方便,一箭双雕。

4.绿色化

绿色化是指实验改进要尽量减少使用有毒药品,防止有毒物质污染环境,注意环保。比如图4关于钠与氯气反应的改进实验[1],氯气的产生和钠与氯气的反应在同一试管内进行,药品用量少且反应迅速,减少了空气与钠反应的副产物,用碱石灰处理氯气,不会产生倒吸,该实验在一个相对封闭的环境巾完成,且不需要提前制备氯气,安全可靠,绿色环保。

二、实验改进的“六大法”

1.完善法

完善法是指从教学实际出发,根据现有教材中某些实验的缺点或不足,通过更换仪器或药品、改进实验装置或方法,对某些化学实验进行完善的一种方法。

例如原教材探究“燃烧条件的实验”(如图5),如果按图甲进行实验,燃烧产生的白烟五氧化二磷会对空气及人体呼吸道产生危害,既不环保,也不安全。为改进这个不足,设计了图乙所示实验,但白磷燃烧时试管内气体迅速膨胀会使塞子弹出,在此基础上不断进行完善,改进成图丙所示实验。将原装置的不足完善后,学生印象深刻,污染大大减少。

2.对比法

对比法是指通过对实验装置或方法的改进,可将某些物质易混淆的性质进行对比,使实验现象更加鲜明、直观,通过对比形成的感官刺激,有利于帮助学生厘清物质不同的性质。图6所示即为利用对比法比较碳酸钠和碳酸氢钠热稳定性的套管实验。

再比如,为了帮助学生比较氢气可燃性和氧气助燃性的不同,有老师设计了“氢氧焰”的实验(如图7):关闭K2,打开K1,通入氧气,将燃着的木条置于三通管口处,观察到木条燃烧得更旺,说明氧气具有助燃性,将木条移开,管口处无火焰,说明氧气不可燃;关闭K1,打开K2,通入氢气,将燃着的木条置于三通管口处,管口处有火焰,说明氢气具有可燃性。

3.逆向法

逆向法是指对教材巾某些实验,运用逆向的思维进行改进,激发学生兴趣,更好地揭示化学原理的一种方法,比如原教材中关于“往浓硫酸巾加水稀释”的实验设计。

再比如,氢气的爆炸实验,用去底的塑料瓶收集氢气,在导管口点燃,反应一段时间后会发生爆炸。是否可以运用“燃烧与灭火”的原理,让塑料瓶中氢气安静燃烧又不发生爆炸呢?可将细铜丝绕成螺旋状,塞在导管内(如图8),点燃尖嘴导管,氢气安静地燃烧,由于铜丝吸热,火焰最终熄灭也不发生爆炸。

4.移植法

移植法是指将某些已经成熟的实验原理或设计方法,模仿和借鉴到类似的实验中,从而设计出新的实验装置或操作方法。

例如,实验室用二氧化锰粉末作过氧化氢分解的催化剂,反应太过剧烈,产生氧气的速度过快,无法得到平稳的气流,不利于气体的收集。可以借助启普发生器原理,通过用粘合剂将二氧化锰粘在塑料小球上(如图9),能改变固体的形态,使得反应变得更平稳,制取氧气的过程变得可以控制。在引入催化剂的概念时,用粘有二氧化锰的塑料小球进行实验,反应前后二氧化锰的质量更易称量,操作更简单,可反复使用,且易回收。

5.组合法

组合法是指将多个相关的实验通过某些关联因素或特征重新组合,弥补单一实验的不足,并可以起到整体构建物质性质,形成模型的实验改进方法。

例如,在探究氧气的性质时,可以将C、S、Fe三种可燃物燃烧的实验[2],放在一个装置内完成(如图10),将可燃物放在燃烧匙内点燃,立即送入三颈瓶,通过挤压氧气袋,可以给三颈瓶中鼓入氧气,使可燃物在氧气的氛围巾燃烧;通过挤压洗耳球,可以鼓入空气,使可燃物在空气的氛围中燃烧。通过组合,把这三个实验整合在一个容器中进行,使实验现象更明显,有助于知识、技能结构化、条理化,同时也有助于减少药品的损耗,体现绿色环保理念。

6.附加法

附加法是指以某一实验为主体,通过某些技术要素的叠加,如添加传感器等(手持技术)作为附属物,利用其强大的数据处理能力,使传统实验巾难以做到或观察到的实验现象成为可能,从而实现功能改进的实验方法。

例如,我们可以利用温度传感器测定某些反应过程中温度的改变、利用pH探头测定巾和反应中pH的变化过程、利用氧气、二氧化碳以及湿度传感器就可以定量的测定人体吸入的空气与呼出气体中,能定量比较出两种气体中二氧化碳、氧气及水蒸气的含量(如图11),利用压力传感器根据气压变化可以比较二氧化碳与氢氧化钠溶液反应和与水反应时气压变化的不同,从而判断二氧化碳是否与氢氧化钠发生化学反应。

实验,因改进而灵动。

基于教与学的实验改进,需要我们平时不断地总结和反思,认真研究教学巾实验的目的、原理、过程及方法,优化实验设计,积累实验改进的方法,为更有利于学生的学而努力。

参考文献

[l]牟从芝.氯气与钠反应实验的改进[J].中学化学教学参考,2010(11):43

[2]曹年华.基于学生需要的实验创新设计二例[J].教学仪器与实验,2014(11):40-41

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