初中化學(xué)綠色化演示實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)

崔良浩

【摘要】 ?化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。初中化學(xué)有大量的演示實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不乏會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物，干擾課堂、危害師生健康、污染環(huán)境。因此，初中化學(xué)綠色化演示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就顯得尤為重要了。本文主要從人教版初中化學(xué)（2012年6月第1版）中的幾個(gè)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)，結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)況，從實(shí)驗(yàn)裝置綠色化、實(shí)驗(yàn)試劑綠色化、實(shí)驗(yàn)操作綠色化、多媒體輔助演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化四個(gè)方面，對(duì)初中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行綠色化設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 ?初中化學(xué) 演示實(shí)驗(yàn) 綠色化 設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】 ?G633.8 ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A ? 【文章編號(hào)】 ?1992-7711（2019）08-142-030

問(wèn)題的提出：化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅獲得知識(shí)，還可以培養(yǎng)實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。而演示實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中是最常態(tài)的一種教學(xué)手段，可是，作為化學(xué)科的演示實(shí)驗(yàn)，大多時(shí)候是要損耗儀器、藥品的，時(shí)常也會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染物，處理不好就會(huì)與“化學(xué)能使環(huán)境更美好”的理念相違背了，也會(huì)在潛移默化中讓學(xué)生失去環(huán)保意識(shí)。作為化學(xué)教師，我們應(yīng)該樹(shù)立學(xué)生綠色化學(xué)理念和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)當(dāng)成自己的責(zé)任，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)綠色化學(xué)是對(duì)于保護(hù)環(huán)境具有重大意義，它不是污染了環(huán)境后才去治理，而是從源頭上消除污染物。

因此，我們教師在給學(xué)生做演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先應(yīng)該以身作責(zé)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的時(shí)候提倡綠色化。盡量在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下讓實(shí)驗(yàn)的損耗降到最低;化學(xué)反應(yīng)技術(shù)的可持續(xù)性，即盡量利用自然界可再生的自然資源代替不可再生的資源，盡量利用自然界可再生的能源代替不可再生的能源;化學(xué)實(shí)驗(yàn)所使用或產(chǎn)生的有害物質(zhì)盡量能夠是零或向零靠攏，無(wú)法靠攏的應(yīng)該盡可能密閉可控，達(dá)到不排或者少排污染物。也就是說(shuō)要做好演示實(shí)驗(yàn)的綠色化設(shè)計(jì)。下面筆者結(jié)合自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)裝置綠色化、實(shí)驗(yàn)試劑綠色化、實(shí)驗(yàn)操作綠色化、多媒體輔助演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色等四方面，談?wù)勛约涸谘菔緦?shí)驗(yàn)上的一些做法和心得。

一、實(shí)驗(yàn)裝置綠色化設(shè)計(jì)

在日常的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，做好實(shí)驗(yàn)裝置的綠色化設(shè)計(jì)，可起到事半功倍的效果，還可以有效地減少環(huán)境污染。比如，教材33頁(yè)實(shí)驗(yàn)2-3：硫分別在氧氣和空氣中的燃燒。如依教材實(shí)驗(yàn)，裝置簡(jiǎn)圖如圖1.該實(shí)驗(yàn)教材已經(jīng)作出要求應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，氧氣瓶中有預(yù)留溶解生成物二氧化硫的水，目的是為了防止實(shí)驗(yàn)中生成有刺激性氣味的氣體二氧化硫擴(kuò)散在課室干擾課堂、危害師生健康和讓生成的二氧化硫溶于水減少二氧化硫排放到空氣中污染空氣。結(jié)合我校實(shí)際，如教材實(shí)驗(yàn)有三點(diǎn)不足：1、我校通風(fēng)櫥建在藥品室一角，很難讓每個(gè)學(xué)生仔細(xì)、方便的觀察現(xiàn)象;2、通風(fēng)櫥里進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，泄漏的氣體直接被抽排到課室外面的空氣中，學(xué)生無(wú)法感知“刺激性”氣味這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而這個(gè)實(shí)驗(yàn)是需要學(xué)生感知這一現(xiàn)象的;3、這個(gè)實(shí)驗(yàn)硫在氧氣瓶中燃燒時(shí)，在空氣中點(diǎn)燃硫伸入集氣瓶中后教師還要繼續(xù)集中精力操作燃燒匙和玻璃片，而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)體系不是密閉的，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中仍會(huì)有二氧化硫氣體逸出瓶外造成更多污染物排放到空氣中。

因此，筆者對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了綠色化設(shè)計(jì)（如圖2）：實(shí)驗(yàn)在原裝置的基礎(chǔ)上，取消用玻璃片蓋集氣瓶，改為用雙孔膠塞來(lái)代替玻璃片塞住集氣瓶，雙孔膠塞的一個(gè)孔插盛硫的燃燒匙，一個(gè)孔插綁有氣球的玻璃管（便于緩解集氣瓶?jī)?nèi)因硫燃燒放出的熱量使瓶?jī)?nèi)空氣膨脹產(chǎn)生沖力導(dǎo)致膠塞被沖出）。

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，這一個(gè)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，充分地體現(xiàn)了綠色化設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)：該實(shí)驗(yàn)由原來(lái)的非封閉體系變?yōu)榉忾]體系，點(diǎn)燃紅磷只要把膠塞塞入集氣瓶后不用再擔(dān)心二氧化硫會(huì)泄漏到空氣中。同時(shí)這樣改進(jìn)增加了更多的教學(xué)附加值：1、節(jié)省操作精力。紅磷點(diǎn)燃塞入集氣瓶后不用管接下來(lái)的操作了，老師可以解放雙手和操作的精力，把精力用到引導(dǎo)學(xué)生觀察、描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和思考實(shí)驗(yàn)問(wèn)題上來(lái);2、裝置可靈活移動(dòng)?？煞旁谥v臺(tái)學(xué)生最佳觀察的位置，也可移動(dòng)到課室中間學(xué)生最佳觀察的位置，讓每個(gè)學(xué)生都能充分的觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;3、通過(guò)改進(jìn)可以把實(shí)驗(yàn)放到課室里來(lái)做，老師控制好硫在空氣里燃燒的時(shí)間，讓學(xué)生在觀察到硫在空氣里燃燒的現(xiàn)象的同時(shí)，又讓學(xué)生得到二氧化硫氣休刺激性氣味感知，進(jìn)而讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到環(huán)保的重要性，體會(huì)到實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的重要性。

二、實(shí)驗(yàn)試劑綠色化設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)中對(duì)試劑的選擇上，筆者對(duì)試劑綠色化設(shè)計(jì)堅(jiān)持的原則是：在保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下，讓實(shí)驗(yàn)的損耗降到最低;在消耗性資源選擇上，盡量用可再生性資源代替不可再生性資源。

比如，教材49頁(yè)實(shí)驗(yàn)：分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。如依書(shū)本（如圖3）操作，有以下不足：1、氨水用量大。按一個(gè)班四十人、每四人一組計(jì)需要分成十組，則需要十份氨水，需要的氨水量相對(duì)較大。雖然氨水可以回收，但它揮發(fā)性強(qiáng)，經(jīng)多次回收的氨水濃度不斷下降，影響后續(xù)班級(jí)的使用效果;2、對(duì)環(huán)境污染大。十組實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，大量氨氣揮發(fā)在實(shí)驗(yàn)室空氣里，嚴(yán)重污染環(huán)境;3、對(duì)師生健康危害大。氨氣氣味特別刺激，而且它有毒，對(duì)眼、鼻和皮膚有刺激性和腐蝕性，人體吸入氨氣后對(duì)肺有很大的刺激，嚴(yán)重的可引起喉頭水腫而窒息甚至死亡（百度信息）;4、對(duì)課堂干擾大。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)有大量刺激性氣味的氨氣揮發(fā)在實(shí)驗(yàn)室空氣中，干擾學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察和思考;5、結(jié)論較單一。就圖3的操作，可以得到的結(jié)論僅是分子在不斷的運(yùn)動(dòng)。

綜合上述不足，加上本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)是觀察、分析現(xiàn)象得結(jié)論，筆者將學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)改為演示實(shí)驗(yàn)并對(duì)裝置綠色化設(shè)計(jì)（如圖4、圖5）：用硬質(zhì)大試管代替圖3大燒杯，用透明聯(lián)排十孔塑料小試管（規(guī)格長(zhǎng)寬高分別約5cm、0.4cm、0.5cm）代替圖3小燒杯。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將硬質(zhì)大試管如圖4、圖5架夾好，再在聯(lián)排小試管第一和第二個(gè)孔分別滴入兩滴濃氨水，第三至第十個(gè)孔分別滴入兩滴酚酞溶液，然后快速將聯(lián)排小試管塞入大試管（有氨水的一端靠膠塞）并立即塞上膠塞。

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后有兩組相似實(shí)驗(yàn)裝置，是為了便于對(duì)比。在教學(xué)中，教師演示無(wú)氣球的一組（圖4），再找一個(gè)學(xué)生上講臺(tái)跟著老師同時(shí)完成有氣球的一組（圖5），操作區(qū)別在于教師組不加熱大試管而學(xué)生組用風(fēng)筒加熱試管，其它操作及過(guò)程一致。（學(xué)生組裝置加裝帶氣球的導(dǎo)管，目的是為防用風(fēng)筒加熱大試管時(shí)管內(nèi)空氣膨脹使膠塞沖脫試管，故加裝氣球緩沖）。

筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行這樣的改進(jìn)設(shè)計(jì)，雖然兩組實(shí)驗(yàn)使用的濃氨水和酚酞溶液量都極少，但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象卻很快，實(shí)驗(yàn)效果很明顯;這體現(xiàn)了“保證實(shí)驗(yàn)效果的前提下讓實(shí)驗(yàn)的損耗降到最低”的綠色化實(shí)驗(yàn)理念。

此外，這樣的設(shè)計(jì)既符合學(xué)生的發(fā)展認(rèn)知規(guī)律，又凸顯其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：1、能讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出化學(xué)本質(zhì)規(guī)律。比如觀察到第三至第十個(gè)小試管中酚酞按先后順序變紅，學(xué)生自然而然就能得出“分子是由近及遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)”的特性。2、學(xué)生也能從兩組操作的現(xiàn)象差別，小結(jié)出“溫度越高分子運(yùn)動(dòng)越快”的特性。3、設(shè)計(jì)后的裝置由于可以靈活的移動(dòng)，所以教師在演示時(shí)可以把這一套裝置輕而易舉地展現(xiàn)在每一個(gè)同學(xué)面前，更好地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察、思考和討論。4、濃氨水是完全在密閉的狀態(tài)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，因此，不用操心盡快去回收濃氨水，也不用擔(dān)心氨氣會(huì)泄漏到課室空氣中去。這樣同學(xué)們就可以用更多的精力，邊觀察邊思考，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)。

三、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程綠色化設(shè)計(jì)

教師不僅是知識(shí)的傳授者，更是喚起學(xué)生環(huán)保意識(shí)的倡導(dǎo)者，因此，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程進(jìn)行綠色化設(shè)計(jì)也是不可缺少的一部分。

比如教材27頁(yè)中實(shí)驗(yàn)2-1：測(cè)定空氣里氧氣的含量。該實(shí)驗(yàn)如依教材進(jìn)行（如圖6），有以下幾個(gè)不足：1、紅磷要先在空氣中點(diǎn)燃，然后再將膠塞塞入集氣瓶中。這一過(guò)程既會(huì)造成紅磷在空氣中燃燒時(shí)釋放大量白煙（五氧化二磷）而污染空氣。2、膠塞塞入集氣瓶過(guò)程中部分瓶中空氣因受熱膨脹逸出集氣瓶，使實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生誤差。3、紅磷熄滅、等集氣瓶冷卻打開(kāi)止水夾吸水后，玻璃管中會(huì)滯留有水產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差。4、止水夾夾住膠管一端，與集氣瓶相連的這段導(dǎo)管中，會(huì)含有一定體積的空氣，造成實(shí)驗(yàn)科學(xué)性誤差。

因此，筆者對(duì)這一實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程進(jìn)行綠色化設(shè)計(jì)（如圖7、圖8、圖9），具體操作如下：

取一硬質(zhì)大試管，按試管體積五等份均分，并在試管外面做好五等份的標(biāo)識(shí)。然后在大試管中放入足量（通常黃豆大一粒即可）吸干水的白磷，并立即在試管口套上一個(gè)盡量排盡空氣的大氣球，用棉線綁緊，以防止實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣球脫落。如圖7。

在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將底部有白磷的試管浸入紙約80℃熱水，學(xué)生很清晰地看到白磷迅速燃燒，氣球剛開(kāi)始時(shí)脹大，隨后燃著的白磷熄滅、氣球縮小，并在完全冷卻時(shí)氣球一部分被吸入試管中的現(xiàn)象。待試管冷卻后，將試管口朝下，浸入盛有常冷水（為使容易觀察可將常溫水染紅）的大燒杯中。教師在水中取出氣球并引導(dǎo)學(xué)生觀察，學(xué)生可以清晰看到：水倒吸入試管并約占試管體積的五分之一（如圖7、圖8、圖9）。

本實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：1.白磷燃燒過(guò)程在密閉體系中進(jìn)行，生成的五氧化二磷不會(huì)泄漏空氣中污染空氣，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)向零污染靠近的進(jìn)擊目的。2.學(xué)生能清晰的看到氣球從脹大到縮小直至部分倒吸入試管，感官上直接感知到試管內(nèi)氣體減少，進(jìn)而更就好的幫助學(xué)生理解和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。3.操作便捷，現(xiàn)象明顯。4.可以減少實(shí)驗(yàn)誤差。

四、多媒體輔助演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)綠色化

在日常教學(xué)中進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，難免會(huì)遇到一些危險(xiǎn)性大、污染嚴(yán)重的實(shí)驗(yàn)?；趯?duì)師生安全和環(huán)境污染問(wèn)題的影響，可利用多媒體技術(shù)輔助進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。利用多媒體演示實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，讓學(xué)生有“身臨其境”的感覺(jué)，可以更好加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和認(rèn)識(shí)。

比如下冊(cè)教材53頁(yè)實(shí)驗(yàn)10-4：濃硫酸稀釋。這個(gè)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是規(guī)范正確的操作。因此，筆者在實(shí)際教學(xué)中，會(huì)演示正確的稀釋操作，也會(huì)讓學(xué)生通過(guò)觸碰燒杯外壁感知現(xiàn)象。但錯(cuò)誤的操作不做演示，因?yàn)樘豢煽?。這樣學(xué)生就體會(huì)不到錯(cuò)誤操作導(dǎo)致的真實(shí)后果會(huì)是怎樣。如果不做處理，學(xué)生只能通過(guò)書(shū)本的文字和圖片了解相關(guān)的知識(shí)，而這樣的認(rèn)知方式通常讓學(xué)生無(wú)法印象深刻。很多學(xué)生學(xué)完后，過(guò)一段時(shí)間，就會(huì)記不清到底是將水注入濃硫酸中還是將濃硫酸注入水中。

因此，在本實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，筆者首先通過(guò)多媒體輔助教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察動(dòng)畫(huà)模擬濃硫酸稀釋錯(cuò)誤操作演示的過(guò)程，并進(jìn)行探討和交流，認(rèn)識(shí)不恰當(dāng)?shù)牟僮鲿?huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。然后，教師再進(jìn)一步在講臺(tái)上演示正確的濃硫酸稀釋操作步驟，這樣，學(xué)生就可更加深刻地領(lǐng)悟正確的操作方法以及它的重要作用。

本實(shí)驗(yàn)用多媒體輔助實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生通過(guò)觀看多媒體演示動(dòng)態(tài)效果，對(duì)實(shí)驗(yàn)操作有了正確和錯(cuò)誤對(duì)比，進(jìn)而更深刻地理解了：為什么不能把水倒入濃硫酸而應(yīng)把濃硫酸倒入水進(jìn)行稀釋的原因，從而達(dá)到“百聞不如一見(jiàn)”的效果，讓學(xué)生更深層次的理解和掌握化學(xué)知識(shí)。

結(jié)語(yǔ)

演示實(shí)驗(yàn)是利用演示功能，讓學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象去分析思考獲得知識(shí)或驗(yàn)證原理的。在整個(gè)演示過(guò)程中，教師的一舉一動(dòng)都會(huì)給學(xué)生帶來(lái)潛移默化的影響。所以在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師必須身體力行，對(duì)會(huì)或可能會(huì)造成環(huán)境污染的化學(xué)實(shí)驗(yàn)做好綠色化設(shè)計(jì)，讓污染變?yōu)榱慊蛳蛄憧繑n，同時(shí)更要把防止環(huán)境污染的理念傳輸給學(xué)生，讓學(xué)生懂得保護(hù)環(huán)境得從一點(diǎn)一滴做起，每個(gè)人做起。這是我們對(duì)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)綠色化設(shè)計(jì)的最終目的和最大愿望。

[ 參 ?考 ?文 ?獻(xiàn) ]

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