高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)研究

何娟

摘 ? 要：結(jié)合化學(xué)新課程實(shí)施以來的教學(xué)實(shí)踐和探索，對(duì)蘇教版必修1中的幾個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)采用多種化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)策略，進(jìn)行了創(chuàng)新研究， 完成了具有科學(xué)性、綠色化、安全性的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);實(shí)驗(yàn);改革;創(chuàng)新

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，化學(xué)與實(shí)驗(yàn)的關(guān)系比其他自然科學(xué)更為密切?；瘜W(xué)原理、定律和定律的發(fā)現(xiàn)都與化學(xué)實(shí)驗(yàn)有關(guān)?？梢哉f，沒有實(shí)驗(yàn)就沒有化學(xué)這門學(xué)科。高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)教學(xué)中占得比例相當(dāng)大，在課堂教學(xué)中如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程，這將直接影響化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量和效果。作為一名具有多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的一線老師，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)不管是老師演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，或多或少都存在著一些問題：如安全隱患;裝置復(fù)雜;浪費(fèi)藥品;產(chǎn)生有毒物質(zhì)較多污染環(huán)境;實(shí)驗(yàn)效果較差等等問題，因此加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)是擺在我們高中一線化學(xué)老師面前必須解決的問題。只有通過不斷改革和創(chuàng)新，化學(xué)實(shí)驗(yàn)才能在化學(xué)教學(xué)中充滿活力，保持其獨(dú)特的魅力。下面是筆者通過查找大量的資料，收集匯總了蘇教版高中化學(xué)必修1中的幾個(gè)典型實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新方法，發(fā)展充實(shí)原有的實(shí)驗(yàn)，或改正原有實(shí)驗(yàn)的缺陷和不足，使它們更符合實(shí)際應(yīng)用。搜集的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的改革和創(chuàng)新的均符合以下原則：科學(xué)性、簡(jiǎn)約性、直觀性、安全性、環(huán)保性、創(chuàng)新性、趣味性、探索性[ 1 ]。

1 ?科學(xué)性、簡(jiǎn)約性、環(huán)保性原則

在實(shí)驗(yàn)中或多或少會(huì)使用到有毒有害的化學(xué)試劑，也有很多實(shí)驗(yàn)會(huì)產(chǎn)生大量的殘氣，殘留廢液、廢渣。這些不僅會(huì)對(duì)我們的環(huán)境造成污染，而且實(shí)驗(yàn)都在教室這個(gè)封閉的空間面對(duì)全體同學(xué)進(jìn)行，難免會(huì)損害師生的健康。可以將這類型的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)：蘇教版必修1專題4“硝酸的性質(zhì)中的銅和稀硝酸的反應(yīng)”，反應(yīng)過程中生成無(wú)色的NO氣體。NO氣體極不穩(wěn)定，很容易與空氣中的O2反應(yīng)生成紅棕色的NO2氣體，這樣一來就很難判別反應(yīng)產(chǎn)生的是NO還是NO2。不管是NO還是NO2均是毒性比較強(qiáng)的氣體，這有毒氣體還有可能發(fā)生泄漏，給師生健康帶來傷害，給大氣帶來污染。正是這個(gè)原因，把此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)存在著一定的困難，解決這些問題的最好方法就是把它設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)如下。

1.1 ?實(shí)驗(yàn)原理

3Cu+8HNO3 = 3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O

1.2 ?實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

10ml注射器，試劑瓶，銅片，稀硝酸，濃NaOH溶液。

1.3 ?實(shí)驗(yàn)步驟

把原有實(shí)驗(yàn)中的試管換成10ml的注射器，把兩個(gè)0.05克的銅片全部放入注射器中，接著拉動(dòng)注射器往里吸水，當(dāng)吸滿水后再將這些水排盡保證注射器中不存在空氣。然后用此注射器吸取少量的稀硝酸，馬上把注射器的針口封起來起到隔絕空氣的目的。認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：通過注射器內(nèi)液體體積的改變知道生成了一種無(wú)色氣體NO，反應(yīng)一段時(shí)間后，再拉動(dòng)注射器往內(nèi)吸取空氣，這時(shí)可明顯觀察到氣體由無(wú)色變?yōu)榧t棕色NO2。然后將注射器插入盛有少量濃NaOH溶液的試劑瓶中，緩慢把剩余氣體推入溶液中除尾氣（一定要緩慢，讓有毒氣體可以被充分吸收）[ 2 ]。

1.4 ?教學(xué)反思

本實(shí)驗(yàn)經(jīng)過上述微量化處理之后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象十分明顯，產(chǎn)生的有毒物質(zhì)的量不多，且整個(gè)裝置是封閉體系不易發(fā)生泄漏。這樣經(jīng)過創(chuàng)新之后既符合了新課改要求，實(shí)驗(yàn)操作還簡(jiǎn)單、安全、節(jié)約、環(huán)保，一舉多得。教師可以放心地讓學(xué)生一人一組進(jìn)行探究，通過學(xué)生親手做實(shí)驗(yàn)不僅有利于逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能，強(qiáng)化化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的素質(zhì)教育和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)具有創(chuàng)造能力的人才，還可以幫助學(xué)生理解，更易形成化學(xué)概念。這種方法同樣適用于必修1中的“氯氣的制備、氯氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)。

2 ?科學(xué)性、直觀性、創(chuàng)新性原則

“氯氣的制備、氯氣的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)除了可以運(yùn)用上述的方法進(jìn)行創(chuàng)新，同時(shí)還可以用下面的創(chuàng)新方法，首先分析原實(shí)驗(yàn)設(shè)置的不足之處：必須預(yù)先準(zhǔn)備氯和干氯;實(shí)驗(yàn)過程污染空氣，影響師生健康; 實(shí)驗(yàn)操作煩瑣，步驟多，操作時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生可參與的部分比較有限，這將不利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能。為了彌補(bǔ)上述不足，本文對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)。

2.1 ?實(shí)驗(yàn)原理

2KMnO4+16HCl（?。?2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑

2.2 ?實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

廣口瓶，小試管，帶膠頭滴管的橡皮塞，濾紙條，小紅紙，泡沫條，泡沫墊，鑷子，Ca（OH）2乳濁液，0.2克KMnO4，KBr溶液，KI淀粉試紙，藍(lán)色石蕊試紙，3mol/L鹽酸溶液，蒸餾水。

2.3 ?實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖1。

2.4 ?實(shí)驗(yàn)步驟

在瓶底部滴上少許Ca（OH）2乳濁液，在廣口瓶?jī)?nèi)壁貼張濕潤(rùn)的小紅紙，在小試管中盛放約0.2克KMnO4固體，將小試管的底部用泡沫墊固定好小心放入瓶中，將一細(xì)長(zhǎng)的泡沫條用小刀割出若干個(gè)間距均勻的小縫。把用KBr溶液浸泡過的濾紙，濕的藍(lán)色石蕊紙，濕的KI淀粉紙通過小縫固定在泡沫條上，把泡沫條放入瓶中。用膠頭滴管吸取2ml的3mol/L鹽酸溶液，按圖1所示逐滴滴入小試管制取氯氣。整套裝置包括Cl2的發(fā)生，Cl2與H2O的反應(yīng)，HClO的漂白，Cl2與KBr、KI的反應(yīng)，Cl2的尾氣吸收裝置。

2.5 ?教學(xué)反思

這樣創(chuàng)新有以下優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)原理中將濃鹽酸換成稀鹽酸，降低危險(xiǎn)性且避免了濃鹽酸的強(qiáng)揮發(fā)性對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。此反應(yīng)可不加熱，反應(yīng)更加簡(jiǎn)單易行且節(jié)約了能源。創(chuàng)新之后實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更為直觀、安全，且易于操作，將Cl2的制取及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)組合在一起，大大提高了課堂教學(xué)效率，節(jié)省了課堂時(shí)間。幾個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)在同一個(gè)裝置中進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)更具有對(duì)比性，有利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的辨別，從而加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握。如果學(xué)校條件容許，該實(shí)驗(yàn)也可以作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路還可以應(yīng)用于像SO2、H2S、NH3等氣體的制取及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

3 ?創(chuàng)新性、趣味性實(shí)驗(yàn)

必修1專題4中用氨氣做的噴泉實(shí)驗(yàn)，由于趣味性強(qiáng)，深受學(xué)生的歡迎。筆者在學(xué)生探討這部分內(nèi)容時(shí)有一句口頭禪：只要能夠滿足實(shí)驗(yàn)的條件，任何氣體都可以設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)，還可以是各種顏色的。但由于實(shí)踐比較少，學(xué)生對(duì)這句話半信半疑。于是在查找大量的資料后，把必修1中常見的幾種氣體也設(shè)計(jì)成噴泉實(shí)驗(yàn)如下。

3.1 ?噴泉實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)用的容器內(nèi)外必須有較大的壓差。在這種壓差的作用下，液體迅速流動(dòng)，噴出帶有尖噴嘴的管道，形成噴泉。

3.2 ?實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

兩個(gè)分別裝滿NH3和HCl氣體的圓底燒瓶，水槽，導(dǎo)氣管，止水夾，膠頭滴管，紫色石蕊試液。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖2[3]

3.4 ?實(shí)驗(yàn)步驟

將集滿HCl和NH3的兩只燒瓶按圖2所示連接好，滴管內(nèi)預(yù)先吸滿水。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，關(guān)閉C水夾，先由滴管向燒瓶B內(nèi)注入少量水，由于燒瓶B內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，造成A瓶?jī)?nèi)的HCl進(jìn)入B瓶?jī)?nèi)，NH3遇HCl氣體會(huì)產(chǎn)生大量白煙。然后立即打開C水夾，此時(shí)燒瓶A中出現(xiàn)噴泉，顏色由紫色變?yōu)榧t色，同時(shí)燒瓶B中也出現(xiàn)藍(lán)色噴泉。

3.5 ?教學(xué)反思

以上的創(chuàng)新方法不僅有利于引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用以及思維的創(chuàng)新，而且有助于對(duì)噴泉實(shí)驗(yàn)原理的理解上升到一定高度，同樣還可以把噴泉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成如表1所示的6種顏色[ 3 ]。

這樣會(huì)進(jìn)一步開闊視野，能更充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思維能力，提高學(xué)生的觀察、分析和探究能力。

4 ?探索性、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)

必修1專題2實(shí)驗(yàn)“金屬鈉跟水反應(yīng)”的演示實(shí)驗(yàn)，在平常的教學(xué)中，由于鈉與水反應(yīng)非常劇烈，實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間短，常伴有輕微的爆炸，不夠安全，且也沒法直觀地觀察到這個(gè)反應(yīng)中有氣體生成（雖然有嘶嘶的聲音，但由于在班級(jí)這個(gè)比較大的空間里，處于后排的學(xué)生一般都聽不清）。由于這個(gè)實(shí)驗(yàn)存在著上述的一些缺陷，于是就有了以下的創(chuàng)新。

4.1 ?實(shí)驗(yàn)原理

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

4.2 ?實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

一根大試管，長(zhǎng)導(dǎo)管，金屬鈉，酚酞試液。

4.3 ?實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖見圖3。

4.4 ?實(shí)驗(yàn)步驟

拿一根大試管，裝入約3/4體積的酚酞溶液。將一小塊金屬鈉（Na）插入試管中，并立即用玻璃尖塞子擰緊噴嘴。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：浮、熔、游、紅（紅色的噴泉）。

4.5 ?教學(xué)反思

鈉與水反應(yīng)釋放氫氣，迫使溶液通過頂端形成一個(gè)紅色的噴泉。實(shí)驗(yàn)中的浮、熔、游、紅等現(xiàn)象學(xué)生照樣可以觀察到，他們還可以觀察到試管中有液體噴出，結(jié)合老師的引導(dǎo)得出反應(yīng)中有氣體生成，這為后面學(xué)習(xí)噴泉實(shí)驗(yàn)做鋪墊。

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅可以在創(chuàng)新方面做研究，還可以致力于新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。如：有條件的學(xué)?？梢栽O(shè)計(jì)一些學(xué)生選作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容不應(yīng)受教材的限制，要具有趣味性和探索性，有利于學(xué)生容易地記憶知識(shí)，同時(shí)拓寬知識(shí)的范圍。例如，在學(xué)習(xí)了淀粉和葡萄糖之后，老師們可以安排家庭實(shí)驗(yàn)來制作自己的甜酒。這個(gè)實(shí)驗(yàn)看起來很簡(jiǎn)單，但用教科書的知識(shí)是做不到的。學(xué)生通過獲取數(shù)據(jù)、相互合作等方式，經(jīng)過反復(fù)嘗試完成實(shí)驗(yàn)。在課堂上討論實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，不僅加深了自己的知識(shí)，也嘗到了探索、創(chuàng)造、成功和失敗的痛苦。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的地位和作用十分重要，由于有些實(shí)驗(yàn)方法存在不完善的地方，因此化學(xué)教師在教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)和創(chuàng)新。在不影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的前提下，努力提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和質(zhì)量。在今后的工作中，進(jìn)一步注重聯(lián)系生產(chǎn)與生活實(shí)際，繼續(xù)發(fā)展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的探究，開發(fā)綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)微型實(shí)驗(yàn)和家庭小實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的改革和創(chuàng)新的腳步不能停，只有不斷地完善，才能達(dá)到更好的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐明波，呂洪杰.淺談高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，33（3）：77-79.

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[3]鐘志健.“噴泉實(shí)驗(yàn)”教學(xué)的三維設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2011（2）.