初中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)與創(chuàng)新能力的研究

張然功

【摘要】化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的生命線?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們形成化學(xué)概念，鞏固化學(xué)知識，獲得化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，訓(xùn)練科學(xué)方法具有重要意義，在培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)方面發(fā)揮著重要作用。有效的實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生動手實(shí)踐能力非常重要的一環(huán)，也是落實(shí)三維目標(biāo)的有效途徑。而要達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果，就要首先對化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，進(jìn)行思維創(chuàng)新，實(shí)踐創(chuàng)新以達(dá)到對理論知識的鞏固和深化。

【關(guān)鍵詞】初中學(xué)生；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

我國著名化學(xué)家戴安邦先生曾經(jīng)指出：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)是實(shí)施全面教育的一種最有效的形式，是化學(xué)學(xué)科素質(zhì)教育的有效組成部分?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)以其豐富的內(nèi)涵，在培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)中發(fā)揮獨(dú)特的功能和作用。”新課程實(shí)施以來的教學(xué)實(shí)踐也證明，化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的重要組成部分，也是教師教、學(xué)生學(xué)化學(xué)的重要方法，是落實(shí)三維教學(xué)目標(biāo)的有效途徑。為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的功能，化學(xué)教師需要具備創(chuàng)新意識，除完成課本上的典型實(shí)驗(yàn)外，還要根據(jù)本校的實(shí)際情況對個別實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，以此使實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到最優(yōu)化。

一、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

從目前的初中化學(xué)課堂教學(xué)來看，受考試指揮棒的影響，教學(xué)中忽視對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新精神的培養(yǎng)；忽視對學(xué)生動手、動腦、操作技能的培養(yǎng)。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展并不是很好。如（1）教師認(rèn)識不到位，片面認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)耽誤時間。（2）“講實(shí)驗(yàn)、背現(xiàn)象、背結(jié)論”的偏多，而學(xué)生親自做實(shí)驗(yàn)的較少。（3）驗(yàn)證性演示實(shí)驗(yàn)較多，而自主探究性實(shí)驗(yàn)較少。（4）家庭實(shí)驗(yàn)不能正常開展，與生活聯(lián)系不密切。（5）實(shí)驗(yàn)不注重環(huán)保，使學(xué)生受到了傷害。（6）演示實(shí)驗(yàn)效果不明顯，達(dá)不到應(yīng)有的效果。

二、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的必要性

教材中有些實(shí)驗(yàn)在設(shè)計(jì)上有些缺陷，或是現(xiàn)象不夠明顯，或是存在安全隱患，或是會對環(huán)境造成污染，或是成功率低，或是實(shí)驗(yàn)條件太高等。這就需要教師去改進(jìn)實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的幫手。通過對教材實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)更具有創(chuàng)新性、實(shí)用性、科學(xué)性、簡約性、趣味性等特點(diǎn)。

三、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的原則

化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)符合教學(xué)性、科學(xué)性、安全性、可行性、趣味性、簡約性、綠色化和微型化的原則，應(yīng)當(dāng)以有利于學(xué)生學(xué)習(xí)與發(fā)展為本進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，從而更好地讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)學(xué)好化學(xué)。

第一，教學(xué)性原則：化學(xué)實(shí)驗(yàn)要能有效實(shí)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)的目的。

第二，科學(xué)性原則：化學(xué)實(shí)驗(yàn)要在知識認(rèn)識階段的背景下設(shè)計(jì)，體現(xiàn)知識的準(zhǔn)確性，不能隨意更改，要有一定的理論基礎(chǔ)。

第三，安全性原則：安全是實(shí)驗(yàn)的前提，改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)時，要充分考慮各個方面是否安全可靠，盡量避免造成人身傷害和環(huán)境污染。例如：做硫在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)時，為避免燃燒產(chǎn)物污染環(huán)境，實(shí)驗(yàn)時最好在瓶底放少量氫氧化鈉溶液。

第四，可行性原則：設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時切實(shí)可行，所選用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在中學(xué)的條件下能夠得到滿足，確保實(shí)驗(yàn)順利完成。實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳，就不能選用稀硫酸與碳酸鈣反應(yīng)，因?yàn)榉磻?yīng)過程中生成的微溶物硫酸鈣附著在未反應(yīng)的碳酸鈣表面，阻止反應(yīng)的進(jìn)一步發(fā)生。

第五，趣味性原則：利用貼近生活、聯(lián)系生產(chǎn)和實(shí)際的生動有趣的實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和積極性。例如：在探究燃燒與滅火的條件時，增加演示“魔棒點(diǎn)燈”或“燒不壞的手帕”實(shí)驗(yàn)等，可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在此基礎(chǔ)上深入探究燃燒條件，能加深學(xué)生對燃燒條件的認(rèn)識。

第六，綠色化原則：化學(xué)實(shí)驗(yàn)要避免使用有毒有害物質(zhì)和危險(xiǎn)操作，樹立綠色化學(xué)的觀念，盡可能做到原料、過程、產(chǎn)物綠色化。例如：制取少量氧氣時，一般采用過氧化氫和二氧化錳混合制取，且二氧化錳要回收等。

第七，簡約性和微型化原則：要盡可能采用簡單的實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，在較短的時間內(nèi)來完成實(shí)驗(yàn)，獲得最佳的實(shí)驗(yàn)效果。例如：做二氧化碳滅火實(shí)驗(yàn)時，將250ml燒杯換成100ml燒杯，用一塊長度約25cm，寬度與燒杯內(nèi)徑相當(dāng)?shù)耐该鳝h(huán)璃片立在燒杯中間，把燒杯分為兩個區(qū)域，一邊放生日蠟燭，一邊供傾倒二氧化碳，可避免空氣快速流動造成的熄火，不僅二氧化碳用量少，符合環(huán)保要求，而且成功率高，現(xiàn)象十分明顯。

四、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新的案例

（一）分子運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新

氨分子運(yùn)動實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)的教學(xué)重點(diǎn)之一，是學(xué)生將微觀知識形象化的重要事實(shí)。教材實(shí)驗(yàn)（如圖1）選用三支小燒杯盛放濃氨水和酚酞溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生進(jìn)行探究活動中，濃氨水揮發(fā)出來的刺激性氣味很大，影響師生正常上課，而且用小燒杯盛放濃氨水和酚酞試液的用量也較大，該實(shí)驗(yàn)存在環(huán)境污染和藥品浪費(fèi)問題。不符合綠色化學(xué)的要求。

實(shí)驗(yàn)改進(jìn)如下。

1.實(shí)驗(yàn)儀器與試劑：具支試管、膠頭滴管、金屬絲、氣球、濃氨水、生石灰、濕潤的酚酞試紙（如圖2）。

2.實(shí)驗(yàn)操作：（1）在具支試管底部裝入少量生石灰；（2）在具支試管的支管處系一氣球；（3）將插有吸有濃氨水的膠頭滴管和濕潤的酚酞試紙橡膠塞塞入具支試管口；（4）擠壓膠頭，使?jié)獍彼當(dāng)D入具支試管里； （5）觀察現(xiàn)象，濕潤的酚酞試紅變紅色，氣球變大。

3.此實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：（1）操作簡單、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯；（2）安全環(huán)保，濃氨水對皮膚有一定的腐蝕性，氨氣刺激呼吸系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)在密閉體系中進(jìn)行不會對人體造成損傷；（3）節(jié)約藥品，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)操作更加簡單，避免濃氨水和酚酞試液的浪費(fèi)；（4）可將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)的微型化、普通化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識、環(huán)保意識。

（二）測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

1.教材中的實(shí)驗(yàn)必須注意：（1）導(dǎo)管過長，里面的空氣影響實(shí)驗(yàn)的測定結(jié)果。（2）紅磷點(diǎn)燃方式屬于外燃式，產(chǎn)生的五氧化二磷會擴(kuò)散到空氣中，造成空氣污染，而且再將燃燒的紅磷插入集氣瓶時，也會有部分空氣受熱從瓶中逸出造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。（3）等待集氣瓶完全冷卻的時間長。

2.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)步驟： （1）將四根橡皮筋均勻套在集氣瓶上。（2）取一定量紅磷放在燃燒匙上，塞緊帶導(dǎo)管的橡皮塞，用激光筆照射集氣瓶下部燃燒匙中的紅磷，使紅磷燃燒。（3）紅磷在集氣瓶中繼續(xù)燃燒，等火焰熄滅，用濕毛巾覆蓋在集氣瓶壁上，待集氣瓶內(nèi)白煙散盡之后，取下濕毛巾，再將集氣瓶倒過來，乳膠管插入水中，打開止水夾，水自動進(jìn)入集氣瓶，形成噴泉。（4）觀察水的體積。

3.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）采用封閉式點(diǎn)燃，避免了五氧化二磷的擴(kuò)散及裝置內(nèi)空氣逸散。（2）省去一截進(jìn)水玻璃管，減少了實(shí)驗(yàn)誤差。（3）選用“噴泉”法向瓶內(nèi)補(bǔ)水，增加了實(shí)驗(yàn)的趣味性。（4）再利用此裝置做硫、磷分別在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)，能有效的防止實(shí)驗(yàn)過程中有害氣體外泄。

（三）硫與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

1.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)原因：污染空氣、損害健康。

2.實(shí)驗(yàn)改進(jìn)措施

（1）實(shí)驗(yàn)改在密閉容器中進(jìn)行， 二氧化硫用水吸收。

（2）此實(shí)驗(yàn)改為對比試驗(yàn)。

（3）此實(shí)驗(yàn)中使用了pH試紙。

3.實(shí)驗(yàn)儀器、藥品

燃燒匙（2）、注射器（2）、漆包線（4）、 電阻絲、舊電瓶、藥匙、鑷子、細(xì)沙、水、 空氣、氧氣、硫磺、pH試紙等。

4.實(shí)驗(yàn)過程：（1）準(zhǔn)備一瓶氧氣、一瓶空氣。（2）將濕潤的pH試紙放入空氣瓶內(nèi)。（3）在燃燒匙內(nèi)鋪上一薄層細(xì)沙，然后取少量的硫。 （4）將帶有電阻絲、燃燒匙、注射器的橡皮塞迅速和盛空氣的集氣瓶連接，并旋轉(zhuǎn)擰緊橡皮塞。（5）重復(fù)3、4操作，和盛氧氣的集氣瓶連接。（6）連接電源。

5.實(shí)驗(yàn)效果評價(jià)：（1）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的生活化；（2）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的綠色化；（3）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的科學(xué)化；（4）實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的趣味化。

（四）面粉爆炸裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)器材、用品：塑料罐（帶蓋子）、小塑料瓶、膠皮管、氣嘴、氣筒、插有鐵絲的小木板、蠟燭（高5cm左右）、面粉。

2.實(shí)驗(yàn)裝置（見自制面粉爆炸裝置）

3.實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將面粉或食用淀粉裝入小塑料瓶內(nèi)（面粉量加到與瓶口相平為宜）；（2）點(diǎn)燃固定在小木板上的蠟燭，小心地放入塑料瓶內(nèi)（放穩(wěn)），蓋緊蓋子；（3）用小氣筒向罐內(nèi)鼓氣，鼓氣后，罐內(nèi)迅速產(chǎn)生大量紅色火苗，伴隨“嘭”的一聲巨響，蓋子被高高掀起。

4.實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)：（1）用氣筒向罐內(nèi)鼓氣，氣流大，能使面粉小顆粒迅速充滿整個容器，現(xiàn)象明顯，成功率極高；（2）因罐是透明的，可以清晰地看見粉塵在罐內(nèi)燃燒的火焰及蓋子被掀起的現(xiàn)象；（3）操作簡單，方便實(shí)用；（4）所用材料體現(xiàn)了資源利用意識，進(jìn)一步增強(qiáng)了學(xué)生的安全環(huán)保意識。

5.注意事項(xiàng)：（1）氣密性良好是該實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵，為保證良好的氣密性，蓋子必須旋緊；（2）為確保安全，可將罐放在鐵架臺底座上，罐口上方固定一個鐵圈（用于阻擋掀起的蓋子），切勿將頭伸在瓶口上方；（3）用食用淀粉效果較好。

五、結(jié)語

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新是一個龐大的課題，我們只是選擇了幾個實(shí)驗(yàn)，嘗試自制實(shí)驗(yàn)器具與裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)的生活化、微型化、綠色化方面進(jìn)行了改進(jìn)與創(chuàng)新。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)與創(chuàng)新可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)之不足，提高實(shí)驗(yàn)的安全性與可操作性，節(jié)省藥品、減少環(huán)境污染.教學(xué)中可將演示實(shí)驗(yàn)改為邊講邊實(shí)驗(yàn)，增加學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)探究的機(jī)會，解決大班或農(nóng)村中學(xué)進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)探究”教學(xué)的問題，同時教師實(shí)驗(yàn)探究、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的精神潛移默化地影響著學(xué)生，對學(xué)生創(chuàng)新精神培養(yǎng)，環(huán)境保護(hù)意識、綠色化學(xué)思想的形成大有益處，有利于落實(shí)國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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