初中化學實驗改進研究

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摘要:對初中化學實驗改進的實踐研究進行了綜述，內容涉及人教版初中化學實驗的方法、藥品、儀器、步驟等，可為今后初中化學實驗的改進與應用提供參考．

關鍵詞:初中化學;實驗;改進

實驗教學在當今的教學過程中仍然是一個相對薄弱的環節，而化學實驗的改進是提高教師綜合素養的一種很有效手段，因此如何優化化學實驗并引導學生積極主動地進行實驗，對化學教育者而言具有重要的意義．人教版義務教育階段化學教材中提到的有些實驗方法并不能夠達到最佳的實驗效果，有研究者找出了一些實驗方案的不足之處，然后從綠色化、微型化、提高成功率、縮短反應時間、現象更明顯等角度對各個實驗進行了分析，有目的地進行改進，并動手實踐改進后實驗的效果［1］．本文從以下7個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

在文獻［2］中《物質構成的奧秘》這一章中，“分子在不斷運動”這個探究實驗中是用小燒杯裝氨水，所用藥品量大，易造成浪費．為節約藥品、減少環境污染，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動．此實驗改進后的優點在于藥品用量更少，污染小，氨水和用過的藥品都可以重復利用，凸顯了分子擴散運動的痕跡，趣味性強．并且廢物利用，體現了環保理念，但比教材上的裝置復雜，不利于學生自己組裝實驗裝置．在節約與環保的前提下如果能對此實驗裝置進行簡化，效果會更好．

2綠色化的改進

測定空氣中氧氣的含量這個實驗，書中仿照拉瓦錫的實驗原理，在實際的教學中所用的藥品—紅磷是在集氣瓶外部點燃的，也就是說紅磷會先和空氣中的氧氣發生反應，而其產物五氧化二磷有毒，有腐蝕性，可能會對實驗者及周圍的學生造成傷害［3］．因此有研究者對該實驗進行了改進，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．這個實驗改進后的優點在于白磷是在裝置內部通過水浴加熱而被點燃的，這樣能夠防止反應產物擴散到空氣中，從而達到了節約資源、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生氧化而冒白煙，因此，做演示實驗用白磷并不安全．本實驗用白磷代替紅磷來進行實驗并不合適，紅磷的著火點為240℃，在保證裝置氣密性良好以及環保的前提下，可以嘗試選用此改進后的實驗裝置．但選用油浴加熱．

3實驗裝置的改進

3．1粉塵爆炸演示實驗

按課本上的實驗設計步驟進行實驗，裝置易漏氣，實驗也易失敗．因此有研究者對這個實驗進行了改進，具體實驗步驟是把研細后的干面粉裝入干燥的空瓶內，接著用保鮮膜蒙住瓶口，再用橡皮筋將瓶口繞緊;然后在瓶蓋內側滴滿蠟油以防裝置漏氣，然后用力搖勻，使粉塵浮游在瓶內，接著快速用粘有熱的蠟燭液的瓶蓋蓋住瓶口，再觀察實驗現象［4］．采用此方法做實驗，不僅成功率很高，能夠觀察到明顯的爆炸現象，而且實驗裝置基本是廢物利用，達到了環保的目的．但實驗過程不安全，在用力搖勻的過程中可能瓶子會爆炸．本實驗可以采用此改進后的實驗裝置，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裝置．

3．2對人體吸入的空氣和呼出的氣體的探究實驗

對于這個實驗，蘭琴英［5］利用廢棄的飲料瓶等改裝成實驗裝置，既能利用廢物，又能向學生滲透化學就在我們身邊以及微型實驗的理念，對于初三的學生來說，他們剛接觸化學，這樣的改進能夠極大地提高他們的學習興趣、探究欲望和參與度．

3．3實驗室制取二氧化碳

實驗室制取二氧化碳這個實驗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前后藥品的分離、反應時產生氣體量的控制這兩個方面［6］．所以有研究者針對這兩個不足對這兩套裝置進行了改進: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計了兩套裝置．這兩套裝置全部設計了液體藥品和固體藥品的分離放置，從而節約藥品，這樣改進的裝置不僅適合于課堂演示，而且也適合學生在課外自己動手實驗，優點突出．楊景明［7］等也對此實驗進行了改進，對該裝置進行了創新設計．他們所采用的裝置的創新之處在于能夠控制反應隨時發生隨時停止，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教育階段的學生使用．

3．4木炭還原氧化銅實驗

此實驗按課本的實驗步驟得到的產物往往會呈現出暗紅色，并且混有沒反應完的黑色固體，實驗效果不好．張會玲［8］等對此實驗進行了改進:事先在試管內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密的碳參與反應，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，待干燥之后再進行還原操作．張會玲等對此實驗進行了改進之后，學生在試管壁上可清晰地看到有紫紅色的物質出現，現象很明顯．但是這樣設計危險性較高，如果漿糊沒有抹勻，在加熱過程中容易造成試管炸裂，且此實驗耗時長，待漿糊完全干燥之后才能進行還原操作，不便于做演示實驗．楊國安［9］也對木炭還原氧化銅這個實驗進行了改進，他首先對木炭粉和氧化銅的最佳反應質量比進行了探究，先將干燥的木炭研至極細，然后按最佳質量比即木炭與氧化銅的質量比為1∶10～1∶12稱取反應物，混合后繼續研磨，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熱并對準存放藥品的部位加熱，當反應發生后即停止加熱，撤掉其防倒吸裝置，打開彈簧夾從試管中取出金屬銅．此實驗改進后的優點在于改進后的實驗現象更加明顯、產率更高，適合作為演示實驗．王明振［10］對該實驗從試劑用量、反應物比例、反應條件、操作方法等方面作了探索和改進，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，連接導氣管，插入澄清的石灰水中，用酒精噴燈從遠離硬質試管底部一端開始加熱，至反應物開始燃燒再隨燃燒部位向試管底部移動酒精噴燈，直到反應完全．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生成．曾道康［11］對影響此實驗效果的各個方面都進行了探究，其改進的特點主要是反應條件降低了，不需要嚴格干燥和長時間研細，反應現象明顯，成功率高，操作時間短，反應迅速，適合教師進行演示實驗．但應注意要在反應物燃燒完畢之后，逐漸停止加熱，否則易使產物銅重新被氧化，同時在加熱過程當中試劑不要集中在試管底部，否則易沖出．以上采用的裝置，反應物一定要研細并且混勻，而且要用酒精噴燈或者用酒精燈加網罩以便達到反應所需溫度，反應時間較長，容易發生石灰水倒流現象［12］．於南香針對這些問題設計了改進裝置，其主要是對發生裝置進行了改進:取一根銅絲將其一端繞成環狀，將銅絲插入橡皮塞，取一定量的活性炭，裝入具支試管內，先加熱銅絲至下端變為黑色，趁熱將黑色部分浸沒在炭粉內，試管口加一團棉花，然后搭建好實驗裝置，用酒精燈加熱試管，當澄清石灰水開始變渾濁后需要繼續加熱一會兒，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產物，整個反應所用時間約4分鐘．此改進采用銅絲而不是銅粉，無需進行研磨，這樣操作簡便;這個實驗在反應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會，同時反應時間不到四分鐘，時間較短，便于教師在課堂上進行演示實驗．按課本上的實驗裝置，在實驗完成后如果先將導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器內，但很有可能導致新生成的銅與空氣中的氧氣接觸而發生化學反應，易造成實驗失?。粗?，如果先熄滅酒精燈，再撤導管，則石灰水必然會倒流到反應器內，從而導致實驗仍不能成功［13］．為此李雷等認為此實驗有必要設計防止水倒流的保護裝置，從而解決這一問題．對于木炭還原氧化銅的演示實驗，孫文利［14］則是從改變氧化銅和木炭粉末的接觸面積，使反應更易發生的角度對此實驗進行了改進．其采用的是酒精燈而不是酒精噴燈加熱，因為對于初中學生而言，其實驗操作能力相對較弱，并且不熟悉酒精噴燈及其提供高溫的原理，采用酒精噴燈進行實驗并不安全．木炭還原氧化銅這個實驗，從反應物的投入比例，發生裝置、吸收裝置、加熱裝置等均有研究者進行了改進，現在，這一實驗已經有成熟的做法．

4實驗用時的改進

化學教科書上的鐵釘銹蝕條件實驗，需要的時間長，不利于課堂實驗教學．朱紅杰［15］等采用集氣瓶，大燒杯，導氣管和乳膠管、稀釋后的紅墨水，食鹽水，干燥劑，潔凈光亮的釘鞋釘等實驗用品，利用控制變量法重新設計了該實驗;改進后的實驗現象明顯，加快了實驗進程，方便了課堂教學，提高了實驗教學的連續性和有效性．但其所采用的實驗裝置較課本上的裝置復雜，不利于學生自己動手實驗．

5實驗現象的改進

初中化學課本中的H2燃燒實驗，按教材中所提供的演示步驟，往往很難觀察到淡藍色火焰［16］．黃會林等對此實驗進行了改進，此實驗改進后效果產生氫氣流量大，效果更明顯．但在實驗之前需要先處理好鋅，且對實驗操作能力要求較高，不適合初中學生自己動手實驗．

6開展家庭小實驗

自制簡易凈水器，這是一個課外實驗，現行教材里制作簡易凈水器要求采用活性炭來吸附，一個普通的初中實驗室里很難提供這么多的活性炭，因此，廖蘇聯等［17］建議用木炭代替活性炭，木炭易得并且價格較低．同時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管．這樣改進的優點是原料來源廣泛，而且能夠培養學生的環保意識．

7開發出有效促進疑難知識理解的新實驗

楊韶燕［18］對燃燒的條件這個實驗進行了改進，主要是將實驗器材做了改變，比如將書中的步驟1改為:讓學生用鉗子取不可燃燒的物質如石頭、可燃燒的物質如蘸了酒精的棉花，放在酒精燈火焰上片刻后，觀察實驗現象，學生輕而易舉地得出燃燒的第一個條件—可燃物．同樣的將步驟二、步驟三進行了改進．這樣改進后學生能輕松地推出燃燒的條件，能夠提高其學習興趣．化學實驗能夠很有效地激發學生學習化學的興趣，利于學生掌握化學理論知識，幫助提高學生的分析能力、動手能力．就中學化學實驗改進而言，針對義務教育階段實驗改進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、反應耗時長、現象不夠明顯等方面分析了初中化學實驗中一些較典型的例子，并列舉了一些已成功進行改進的例子，評價了其改進之后的優缺點，對有些改進提出了自己的一些建議，以便為相關研究者提供參考．

作者:朱優旗 劉世巍 丁建海 單位:寧夏師范學院