初中化學實驗器材的改進與創(chuàng)新研究
——以氧氣的制取和性質實驗為例

穆小艷　裴　銳

（江蘇省淮陰中學　江蘇淮安　223002)

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初中化學實驗器材的改進與創(chuàng)新研究
——以氧氣的制取和性質實驗為例

穆小艷裴銳

（江蘇省淮陰中學江蘇淮安223002)

摘要：各種版本的初中化學教材中，都設置和安排了許多實驗。但由于部分傳統(tǒng)實驗器材的不完善、傳統(tǒng)實驗設計的不合理性、書本知識中心論以及教師對化學實驗器材改進及創(chuàng)新的嚴重忽視、缺乏對實驗創(chuàng)新的教研等，嚴重影響實驗的預期效果與教學的有效性。文章以“氧氣的制取和性質實驗”為例，通過文獻查找、實踐研究，系統(tǒng)分析了當前實驗器材改進與創(chuàng)新中存在的主要問題，并圍繞問題，進行了一系列的深入研究與實踐。

關鍵詞：初中化學實驗器材；改進；創(chuàng)新；氧氣的制取和性質；標準；策略

一、問題的提出

化學是一門以實驗為基礎的自然科學?；A教育化學新課程提出以提高學生的科學素養(yǎng)為主旨，倡導以科學探究為主的多樣化學習方式，重視學生的親身經歷和體驗。要在化學教學中落實這些新的課程理念，都離不開化學實驗。在各種版本的初中化學教材中，都設置和安排了許多實驗。化學實驗能使學生形成有關物質的概念、化學原理和基礎理論，幫助學生鞏固知識，激發(fā)學習興趣和發(fā)展觀察能力、思維能力和培養(yǎng)實驗技能；甚至在對學生科學世界觀和方法論的形成中都起到了重要的作用。但由于部分傳統(tǒng)實驗器材的不完善、傳統(tǒng)實驗設計的不合理性、書本知識中心論以及教師對化學實驗器材改進及創(chuàng)新的嚴重忽視、缺乏對實驗創(chuàng)新的教研等，嚴重影響實驗的預期效果與教學的有效性。有的教師在具體教學中不得不望洋興嘆，忍痛割愛，用傳統(tǒng)的說教來替代相關學生實驗或演示實驗?；瘜W實驗的功用得不到發(fā)揮，就會直接影響到化學課堂教學的效果，難以幫助學生理解科學知識，更談不上達到培養(yǎng)學生科學探究能力，體驗和養(yǎng)成科學思維方式，初步形成科學精神的教育目標。

二、初中化學實驗器材的改進與創(chuàng)新的標準

化學實驗的創(chuàng)新和改進過程是一個充滿艱辛和曲折的過程。經過不斷的探究、反復地試驗，筆者提出了以下30字改進和創(chuàng)新標準：科學性，可呈現(xiàn)；安全性，無傷害；經濟性，大眾化；簡約性，不復雜；環(huán)保性，綠色化。

（1）科學性，可呈現(xiàn)：實驗原理、操作和方法必須符合自然科學的基本原理。

（2）安全性，無傷害：盡量使用無毒性藥品和盡量使用危險性較小的操作。

（3）經濟性，大眾化：所選的藥品、器材等便宜，在絕大部分單位都能實現(xiàn)。

（4）簡約性，不復雜：裝置簡單、步驟少，能在較短的時間內完成。

（5）環(huán)保性，綠色化：實驗的反應物和生成物污染少，不會對環(huán)境造成破壞。

安全是前提；經濟是基礎；簡約是保證；綠色化是追求；現(xiàn)象明顯是最終目的。

三、初中化學實驗器材的改進與創(chuàng)新的內容

1.實驗器材及裝置的改進與創(chuàng)新

實驗反應裝置是化學實驗的重要組成部分，實驗反應裝置的改進與創(chuàng)新對實驗效果的優(yōu)化和實驗價值的更好體現(xiàn)有很好的促進作用。

2.實驗反應條件的改進與創(chuàng)新

實驗反應條件的選擇與控制是決定實驗成敗的關鍵，因此為了使效果更加理想，就需要對實驗的最佳條件進行探究。

3.實驗方案改進與創(chuàng)新

科學、合理、周密、巧妙的實驗方案往往可以使實驗效果最優(yōu)化。

四、以氧氣的制取和性質實驗為例

1.傳統(tǒng)裝置（如圖）：

3.實際需求：每個班級演示氧氣性質時至少需要5瓶氧氣，3個班至少要15瓶。

4.實用弊端

（1）由于反應速度太快，導致過程中打開分液漏斗活塞時雙氧水無法滴下，卻有許多氣泡向上逸出。

（2）隨著反應的進行，雙氧水濃度下降，反應速度嚴重減慢。

（3）發(fā)生裝置的氣壓不能平衡，嚴重影響反應速度。

（4）反應器皿內不能及時放出廢液，稀釋了反應物的濃度，影響了反應的過程與結果。

（5）由于沒有干燥裝置，即使用向上排空氣法獲得的氧氣中仍夾雜部分的水蒸氣，影響“蠟燭燃燒”產物的檢驗。

（6）制取氧氣速度不符合學情和教情，如果提前收好氧氣，放在準備室，很容易逸散掉。

（7）向教室中運輸時，也容易造成氧氣逸散，氧氣濃度下降，導致演示實驗失敗。

化學課若是多節(jié)連排，為了在課間10分鐘內收集大量氧氣，會通過加大雙氧水濃度來提高反應速率。經驗表明，在制取過程中由于瓶內壓強過大，雙氧水無法滴下，且由于反應放出大量的熱，收集的氧氣中夾雜大量水蒸氣，對蠟燭燃燒產物的檢驗產生干擾。隨著反應的進行，錐形瓶內后滴入的雙氧水濃度不斷被稀釋，反應速度減慢?；谶@些弊端，筆者通過改進發(fā)生裝置和演示裝置，節(jié)約了實驗時間，提高了演示效果，方便了師生實驗操作。

5.基于傳統(tǒng)的創(chuàng)新

（1）創(chuàng)新實驗裝置：

（2）創(chuàng)新亮點：

①在發(fā)生裝置中引入一根橡皮條，以達到平衡氣壓的效果。

②在錐形瓶的底部，增設一個放液口，以達到及時放出廢液的作用。

③有了上述的改進，可以快速且大量的制取氧氣。

④在出氣通道中增設了干燥劑，以達到去除水蒸氣、消除干擾的作用。

⑤在集氣瓶的底部開設進氣口。利用氧氣的密度比空氣大，可以連續(xù)不斷地從上部收集氧氣。上半部分消耗氧氣，從底部源源不斷的補給上去，一次性可以完成所有的氧氣性質演示實驗。

本實驗采用塊狀二氧化錳為催化劑，塊狀二氧化錳比粉末狀二氧化錳更易于回收，可反復多次使用，更經濟。本實驗利用改進后的一只集氣瓶便可完成5項性質實驗，更具有簡便性?？涩F(xiàn)場收集、即時演示、現(xiàn)象明顯、成功率高，具有較好的教學效果，也適用于氯氣、二氧化碳等多種氣體的制取及性質實驗。

五、初中化學實驗器材的改進與創(chuàng)新的策略

1.聯(lián)系實際調查研究

某些書本實驗，從實驗原理上看沒有缺陷，實驗器材也具備，但具體到實踐操作，實驗效果卻往往不佳。我們可以集思廣益圍繞“初中化學實驗改進與創(chuàng)新”這一主題引導化學學科教師開展主題研究活動，以學科教研活動的形式為抓手。在尊重教材、理解教材有關實驗內容編寫意圖的基礎上，針對某些實驗缺陷、不夠環(huán)保、效果不夠明顯或不易成功的實驗，在保證實驗科學性的前提下，尋找改進處、創(chuàng)新點并付諸于行動。最大程度使改進后的實驗從科學性，可呈現(xiàn)；安全性，無傷害；經濟性，大眾化；簡約性，不復雜；環(huán)保性，綠色化等方面改進和優(yōu)化，提高實驗教學效果。

2.它山之石可以攻玉

可參閱物理、生物等自然科學的實驗器材及相關的科學思想，將實驗室里現(xiàn)有的或生活中的某一些器材和物品，利用其整體或相關部件，進行知識遷移，開發(fā)改進一些創(chuàng)新遷移實驗，可以幫助我們有效地突破綜合實驗的難點。

以圖為例：這個是生活中輸液的原理圖，也是高中物理中演示平拋運動軌跡的原理圖。左側直管的作用就是起到平衡氣壓的作用?？蓪⒋它c應用到需要平衡氣壓的化學實驗中。

3.資源整合取長補短

書本上有些內容在編排時并沒有相關的實驗，實驗室缺乏專有的器材，但如能利用實驗室已有器材與生活中的日常用品進行巧妙組合，亦能取得好的效果。這類實驗的開發(fā)，因其取材方便、操作簡單，實驗生活化，不失為一條好思路。

假如說實驗教學是初中化學教學的“錦”，那么實驗的有效改進與創(chuàng)新就是錦上添的“花”?；谶@些情況，教師若能善于溝通、樂于思考、勤于動手，利用實驗室或生活中各種物品有效與化學器材廠進行合作創(chuàng)新，進行實驗器材的科學設計，既可解決儀器不足或不合理的問題，同時亦是科學創(chuàng)新精神的充分體現(xiàn)。只要我們多一份思考與行動，多一份開拓與創(chuàng)新精神，就一定可以多一些精彩。

注：本實驗改進在中國教育學會化學教學專業(yè)委員會第十五次學術年會暨第十二屆實驗教學創(chuàng)新研討會現(xiàn)場比賽中榮獲全國創(chuàng)新實驗比賽一等獎。

參考文獻

［1］郭世杰、張顏濤.初中化學實驗改進與創(chuàng)新的研究與實踐［J］.牡丹江教育學報，2014，（3)：97—98

［2］毛宗包.“他山之石、可以攻玉”—淺談初中科學實驗改進與創(chuàng)新［J］.學周刊，2011，（5)：38

［3］王新萍.淺談人教版初中化學實驗的創(chuàng)新與改進［J］.中華少年，2015，（22)：131

［4］陳迪姝.中學化學實驗教學與創(chuàng)新研究［M］.北京：科學出版社，2014

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.031

文章編號：1008-0546（2016）04-0085-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B