初中科學(xué)新教材實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

楊顯華

摘 要：本文結(jié)合新教材的試用體會(huì)，對(duì)新教材里的七個(gè)實(shí)驗(yàn)提出自己的設(shè)計(jì)方案：測定空氣里氧氣含量的“趣味性”設(shè)計(jì)；加熱過氧化氫溶液產(chǎn)生氧氣的“探究性”設(shè)計(jì)；排水法收集氧氣時(shí)的“難點(diǎn)分散式”設(shè)計(jì)；分子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的“綠色化”設(shè)計(jì)；質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的“學(xué)科綜合型”設(shè)計(jì)；一氧化碳燃燒產(chǎn)生二氧化碳實(shí)驗(yàn)的小改進(jìn)；燃燒條件實(shí)驗(yàn)的“安全、環(huán)保”型設(shè)計(jì)。均取得了良好的課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：科學(xué)；實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)

初中科學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的綜合學(xué)科，浙江教育出版社出版的初中科學(xué)新教材于2012年9月開始使用，幾年來，筆者深感教材內(nèi)容彈性很大，特別是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)部分，給了任課教師一個(gè)充分施展自己才能的廣闊空間。因此，筆者從自己對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)、新課程觀的理解出發(fā)，試著對(duì)教材里的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

一、測定空氣里氧氣含量的“趣味性”設(shè)計(jì)

教材里已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，受到實(shí)驗(yàn)誤差過大的困擾。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主旨，意在盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，提高這一定量實(shí)驗(yàn)的精度。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖1所示）

取試管一支，用量筒和水測其80ml和100ml水面并做好標(biāo)記。取長條形寬窄、厚薄均勻的金屬片彎成與試管內(nèi)弧度一致的金屬槽，按相等間隔將其中間部分挖成“門”字形，成為“金屬梯”?！敖饘偬荨钡拿恳徊阶龀伞鞍肌毙?，用以放置1小粒白磷?？捎昧客埠退疁y出空氣的實(shí)際體積。

空氣的實(shí)際體積=100ml-金屬梯在100ml刻度內(nèi)的體積-白磷的體積。

2.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

在“金屬梯”的每一步上放置一顆吸干水后的白磷，伸到試管內(nèi)，用鐵架臺(tái)將試管固定好，試管口下方放置盛水的玻璃水槽。用套有乳膠管的針筒抽取試管內(nèi)的多余空氣至水位上升到100ml處，取出乳膠管。

用“電吹風(fēng)”吹熱風(fēng)加熱試管內(nèi)下部白磷，或用放大鏡會(huì)聚6伏手電筒光于第一步“金屬梯”處的白磷上，可觀察到白磷像“上樓梯”般依次燃燒，開始時(shí)冒白煙，燃燒快停止時(shí)在倒置試管的上部出現(xiàn)黃煙，此為空氣里的氧氣快耗盡的現(xiàn)象。待火焰熄滅，試管不發(fā)燙時(shí)，可用水槽中的冷水澆在試管上，使試管內(nèi)溫度快速恢復(fù)到初始溫度，加快實(shí)驗(yàn)速度。此時(shí)可觀察到，試管內(nèi)水位上升到一定位置后恒定不動(dòng)，與空氣實(shí)際體積相比較后得出氧氣含量。

氧氣的測量體積=水的測量體積-被水位上升淹沒的金屬梯體積。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)多次實(shí)測，測得100ml空氣里氧氣體積為17ml～19ml，實(shí)驗(yàn)精度在81%～91%之間。

二、加熱過氧化氫溶液產(chǎn)生氧氣的“探究性”

設(shè)計(jì)

按教材所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，不能檢出氧氣的存在。改用排水法收集氧氣檢驗(yàn)，可方便而有效地排除水蒸氣對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾，檢出氧氣的存在。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2所示）

2.實(shí)驗(yàn)操作

用市售過氧化氫溶液配成15%左右過氧化氫溶液，加入到大試管內(nèi)占其容積的1/3以內(nèi)，加熱過氧化氫溶液，用排水法收集氣體，估計(jì)試管內(nèi)空氣和導(dǎo)氣管內(nèi)空氣被收集完后，用排水法第二次收集氣體數(shù)毫升，即可用帶火星木條檢出氧氣的存在。整個(gè)操作過程約5分鐘左右。

3.課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

（1）情景設(shè)計(jì)，引出問題

用市售30%過氧化氫溶液現(xiàn)場配制5%過氧化氫溶液。按教材實(shí)驗(yàn)說明進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在有不少氣泡產(chǎn)生數(shù)分鐘后，用帶火星的木條檢驗(yàn)，不復(fù)燃。

（2）分析原因，討論對(duì)策

對(duì)帶火星的木條為什么不復(fù)燃的原因及對(duì)策，學(xué)生可能的討論結(jié)果有：

①加熱的時(shí)間還不夠長，試管內(nèi)氧氣的蓄積量不夠多（觀察與猜想）。

②產(chǎn)生氣泡的速度太慢，應(yīng)提高溫度加快產(chǎn)生氣泡的速度（觀察與假設(shè)）。

③老師在過氧化氫溶液里摻了水，不摻水或少摻水再試一試，也許產(chǎn)生氧氣的速度可以更快一些。

（3）修改實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)論證

增大過氧化氫溶液的濃度，延長加熱時(shí)間，在反應(yīng)速度明顯加快的情況下，用帶火星木條檢驗(yàn)，仍不復(fù)燃。

（4）再次分析原因，討論對(duì)策

對(duì)于帶火星的木條仍不復(fù)燃的原因及對(duì)策，學(xué)生可能的討論結(jié)果有：

①加熱時(shí)產(chǎn)生的氧氣在溫度較高時(shí)形成熱氣流逸散到試管口外的空氣中去了。

②過氧化氫溶液中水的含量超過過氧化氫的含量，加熱時(shí)除產(chǎn)生氧氣而外，還產(chǎn)生大量水蒸氣，致使試管內(nèi)氧氣的含量過少（受情景素材鋪墊與試管口內(nèi)有水蒸氣凝結(jié)現(xiàn)象的啟發(fā)）。

③可用排水法收集氣體。既可避免氧氣的損失，又可減少氧氣中水蒸氣的含量。

（5）再次修改實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，第三次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)論證

經(jīng)教師引導(dǎo)或全班學(xué)生的集思廣益，用加裝導(dǎo)氣管的單孔塞塞住試管口，用小試管收集氣體檢驗(yàn)，獲得成功。

三、排水法收集氧氣時(shí)的“難點(diǎn)分散式”設(shè)計(jì)

學(xué)生在做制取氧氣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于要連續(xù)收集兩瓶氧氣，又由于學(xué)生的操作不熟練，往往白白浪費(fèi)不少氧氣。可在此處增添一個(gè)儲(chǔ)氣、排氣自如的裝置（可用實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的裝置代替），可收到不浪費(fèi)氧氣的效果。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖3所示）

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2.實(shí)驗(yàn)操作

用大集氣瓶或錐形瓶用排水法一次收集完氧氣，在水面下用玻璃片蓋住瓶口。把瓶子移出水面，用帶長頸漏斗和導(dǎo)氣管的雙孔塞塞住瓶口。用一小集氣瓶灌滿水從長頸漏斗口加入一瓶水，同時(shí)用另一小集氣瓶用排水法收集一瓶氧氣，使用完后再用向上排空氣法收集另一瓶氧氣。這樣可以從容不迫地操作，不浪費(fèi)氧氣，又練習(xí)了兩種收集氧氣的方法，還可收到化難為易的效果。

四、分子運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的“綠色化”設(shè)計(jì)

氨分子擴(kuò)散的探究性實(shí)驗(yàn)，由于要將濃氨水倒入敞口小燒杯中，濃烈的刺激性氣味會(huì)使學(xué)生不由自主地躲避該氣味的刺激。此外，實(shí)驗(yàn)室常用的最小燒杯一般為50ml規(guī)格，要用1000ml大燒杯才能罩住兩個(gè)50ml的小燒杯，購買1000ml大燒杯，需花較大代價(jià)。用代用品也能完成該探究性實(shí)驗(yàn)。

方法如下（如圖4所示）：

用廢紙搓成小紙棍，其一端用酚酞試液潤濕，沾上碎紙片，貼在一次性透明塑料水杯上不同部位。另一小紙棍沾濃氨水涂在外壁其中一塊上，紙片變紅以示氨水能使酚酞變紅。然后將盛濃氨水的小試劑瓶塞取下，用塑料杯罩住瓶子，觀察現(xiàn)象。塑料水杯內(nèi)壁各處沾有的碎紙片在1分鐘內(nèi)即可變紅。蓋上盛氨水的試劑瓶的瓶塞，供下一個(gè)班的學(xué)生使用。這樣設(shè)計(jì)，既觀察到明顯現(xiàn)象，又將污染降到很小程度，還節(jié)省購儀器的經(jīng)費(fèi)。

五、質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的“學(xué)科綜合型”設(shè)計(jì)

多年來，教材里質(zhì)量守恒定律的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所用的化學(xué)反應(yīng)，其生成物均沒有氣體，這似乎是一個(gè)缺憾。為彌補(bǔ)這一缺憾，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖5所示）

取兩支相同的具支試管，用乳膠管將其支管連接起來，當(dāng)中夾上止水夾。在一支具支試管內(nèi)注入少量5%過氧化氫溶液，試管口套上內(nèi)盛少量二氧化錳粉末的小氣球并用膠條二次密封。另一支具支試管內(nèi)盛1cm高的干燥河沙，在實(shí)驗(yàn)前放入一顆白磷。用擠癟的小氣球套在試管口上，用膠條二次密封。

2.實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

將連接好的具支試管放在小試管架上，試管架放在天平上用砝碼平衡。然后，取下試管架。將小氣球內(nèi)的二氧化錳抖落于具支試管內(nèi)，迅速產(chǎn)生的氧氣會(huì)使試管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，將氣球鼓圓。反應(yīng)停止后，將試管架連同具支試管重新放到天平上，觀察天平是否平衡。由于浮力的作用，天平已不能保持平衡。再次取下試管架，打開止水夾，用手?jǐn)D癟裝氧氣的氣球后夾上止水夾。將盛裝河沙、白磷的具支試管放在酒精燈火焰上微熱，白磷在試管內(nèi)會(huì)燃燒起來，冒出濃厚白煙，同時(shí)管口的氣球迅速癟了下來，燃燒停止后，將試管架連同具支試管一起再次放到天平上。此時(shí)，由于浮力的消失，天平會(huì)恢復(fù)平衡。

六、一氧化碳燃燒產(chǎn)生二氧化碳實(shí)驗(yàn)的小改進(jìn)

為驗(yàn)證一氧化碳燃燒產(chǎn)物時(shí)，用的是燒杯罩在火焰上方的方法，往往因杯壁附著的石灰水太少，難以觀察到石灰水變渾濁的明顯現(xiàn)象。對(duì)此，若做以下小改動(dòng)，便可觀察到石灰水變渾濁的明顯現(xiàn)象。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖6所示）

2.實(shí)驗(yàn)操作

在一錐形瓶內(nèi)預(yù)盛適量澄清石灰水，在彎形導(dǎo)管口點(diǎn)燃一氧化碳，觀察火焰顏色，然后將彎形導(dǎo)管伸到錐形瓶內(nèi)，讓一氧化碳在瓶內(nèi)燃燒，幾秒鐘后停止送一氧化碳，輕輕振蕩錐形瓶即可。

七、燃燒條件實(shí)驗(yàn)的“安全、環(huán)?！毙驮O(shè)計(jì)

課改教材所列實(shí)驗(yàn)系從老教材演示實(shí)驗(yàn)平移過來，增加了白磷在熱水下面通氧氣燃燒的趣味實(shí)驗(yàn)。作為探究性實(shí)驗(yàn)，提供給學(xué)生進(jìn)行操作，該設(shè)計(jì)有三個(gè)弊端：①污染大；②不安全；③向熱水下通氧氣時(shí)，水下白磷會(huì)到處“亂跑”。部分白磷會(huì)浮上水面燃燒，也有安全隱患存在。改用以下幾種方式較好。

1.實(shí)驗(yàn)裝置（如圖7a、7b、7c所示）

2.實(shí)驗(yàn)操作

（1）紅磷、白磷著火點(diǎn)比較（如圖7a）

將吸干水的白磷、紅磷加入到短粗口徑試管內(nèi)，塞上橡皮塞。再將試管同時(shí)浸入熱水里，讓白磷在試管內(nèi)安全的燃燒。紅磷不會(huì)燃燒。取出盛紅磷的試管留待下一班的學(xué)生做相同實(shí)驗(yàn)。

（2）白磷的燃燒需要氧氣的支持（如圖7b、圖7c）

在一短粗口徑的試管內(nèi)注入熱水，加入一小粒白磷，再把試管放入盛熱水的燒杯內(nèi)。用實(shí)驗(yàn)室制二氧化碳的裝置改作貯、排空氣裝置，導(dǎo)氣管口對(duì)準(zhǔn)試管內(nèi)的白磷。在長頸漏斗口加水，通入空氣，既可觀察到白磷在熱水下燃燒，又可控制白磷不致“亂跑”（如圖7b所示）。也可將熱水里的白磷用小漏斗罩住，通入空氣，排盡漏斗內(nèi)的水，讓白磷在水下漏斗內(nèi)安全的燃燒（如圖7c所示）。

參考文獻(xiàn)：

1.義務(wù)教育初中科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn).北京師范大學(xué)，2011.

2.朱清時(shí)主編.科學(xué)（九年級(jí)上）.浙江教育出版社，2014.

3.朱清時(shí)主編.科學(xué)（八年級(jí)上）.浙江教育出版社，2014.

（作者單位：浙江省永嘉縣甌北第一中學(xué)）