巧設(shè)變式實(shí)驗(yàn)裝置探究分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象

郭濤

摘要： 分析教材中分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)的不足之處，提出針對性的解決方案。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了幾個(gè)變式實(shí)驗(yàn)裝置，分層次探究分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)探究的范圍。實(shí)驗(yàn)巧妙利用醫(yī)用輸液管和普通棉線作為實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的呈現(xiàn)裝置，明顯放大了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)裝置能生動(dòng)直觀地展現(xiàn)分子運(yùn)動(dòng)的軌跡，顯著提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞： 分子運(yùn)動(dòng); 變式實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì); 醫(yī)用輸液管; 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號： 10056629（2019）9007203? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

人民教育出版社義務(wù)教育教科書《化學(xué)》九年級上冊第三單元課題1“分子和原子”中設(shè)計(jì)有一個(gè)探究“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)[1]。該實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力的同時(shí)，啟發(fā)學(xué)生想象氨分子的存在和運(yùn)動(dòng)，能幫助學(xué)生形成良好的微觀想象能力和抽象思維能力。實(shí)驗(yàn)還可以使學(xué)生認(rèn)識到分子是不斷運(yùn)動(dòng)的，這是分子的重要屬性和特點(diǎn)，有益于學(xué)生正確建構(gòu)分子的概念[2]。該實(shí)驗(yàn)的成敗，對于學(xué)生能否正確形成微粒觀以及利用該觀點(diǎn)解決相關(guān)問題至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)探究是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，但是在一線教學(xué)實(shí)踐中，往往很少有教師按照教科書的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這是什么原因呢？

1? 教材實(shí)驗(yàn)存在的問題

（1） 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不符合綠色化學(xué)的基本理念。實(shí)驗(yàn)需要向小燒杯中傾倒5mL濃氨水，倒扣的大燒杯，密封性很差。在實(shí)驗(yàn)過程中，濃氨水持續(xù)揮發(fā)，整個(gè)教室彌散刺激性氣味，影響師生健康。

（2） 影響課堂教學(xué)效果。彌散的刺激性氣味，讓人感覺不舒服。特別是距離講臺較近的學(xué)生，眼睛和呼吸道都受到明顯刺激，降低了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的興趣，使課堂教學(xué)效果大打折扣。

（3） 實(shí)驗(yàn)試劑用量比較大（5mL濃氨水），又不能重復(fù)利用，造成藥品的浪費(fèi)。

（4） 實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長。一般需要3～5分鐘左右，才會(huì)出現(xiàn)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（5） 分子運(yùn)動(dòng)的軌跡不夠明顯。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象只展示出了分子運(yùn)動(dòng)的最終結(jié)果，沒有展示出分子運(yùn)動(dòng)過程中的變化，學(xué)生需要推理才能得出結(jié)論，不利于學(xué)生直觀感性認(rèn)知。

（6） 實(shí)驗(yàn)裝置不能移動(dòng)，不利于教室后排的學(xué)生觀察。

（7） 實(shí)驗(yàn)不能重復(fù)多次進(jìn)行。

我們在教學(xué)中設(shè)計(jì)了變式實(shí)驗(yàn)裝置，來探究分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，明顯提高了實(shí)驗(yàn)效果。何為變式實(shí)驗(yàn)裝置呢？簡單說，就是圍繞一個(gè)實(shí)驗(yàn)探究主題，采用相同或類似的實(shí)驗(yàn)器材、藥品，通過變化實(shí)驗(yàn)器材的位置或者改變實(shí)驗(yàn)操作步驟，多角度分層次地探究同一個(gè)實(shí)驗(yàn)主題，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)探究范圍，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的深度教學(xué)。變式實(shí)驗(yàn)裝置一般以一套基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)裝置為主，根據(jù)不同層次的探究需要，從不同的角度設(shè)計(jì)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究。下面以探究“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”的實(shí)驗(yàn)為例，闡述變式實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。

2? 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2.1? 實(shí)驗(yàn)用品

大試管、試管架、膠頭滴管、醫(yī)用輸液管（透明）、粗棉線（1～2mm）、剪刀、細(xì)鐵絲、60mL棕色試劑瓶（配單孔橡膠塞）、10mm的尖嘴玻璃導(dǎo)管（配玻璃旋塞）、膠皮管;濃氨水、酚酞溶液。

2.2? 實(shí)驗(yàn)裝置

（1） 先把橡膠塞打一孔，將帶有玻璃旋塞的玻璃導(dǎo)管插入橡膠塞，尖嘴朝上。再把橡膠塞塞緊試劑瓶。組成裝置A（如圖1）。檢查玻璃旋塞的靈活性，并檢驗(yàn)裝置的氣密性。

（2） 用剪刀把粗棉線剪成長度35cm的棉線段，然后把棉線段放在酚酞溶液中浸泡，充分浸泡后，取出，晾干備用。

（3） 用剪刀把醫(yī)用輸液管剪成長度40cm的短管。用細(xì)鐵絲把備用的長度35cm的粗棉線段送入40cm的短管中。組成裝置B（見圖2）。

（4） 用膠皮管連接裝置A的尖嘴和裝置B的一端，裝置B的另一端插入裝有水的大試管中。

改進(jìn)后的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。該基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置中試劑瓶位置和大試管位置在同一水平面，裝置B呈水平狀態(tài)。

2.3? 實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

（1） 向裝置A的60mL試劑瓶中加入約20mL濃氨水，關(guān)緊玻璃旋塞。

（2） 用膠皮管連接裝置A和B，組裝成基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)裝置，如圖2。

（3） 打開玻璃旋塞，觀察現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)干燥的棉線沒有變紅。

（4） 另取一個(gè)裝置B，用膠頭滴管吸取2～3mL水，由裝置B的一端加入醫(yī)用輸液管中，潤濕其中的棉線。

（5） 再用膠皮管連接裝置A和B，組裝儀器，如圖3。

（6） 先打開玻璃旋塞，然后一手拿試劑瓶，另一手拿裝有水的大試管。進(jìn)行試驗(yàn)，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象： 觀察到濕潤的棉線由a→b逐漸變紅，并且棉線變紅的速率比較一致。

變式實(shí)驗(yàn)裝置一： 試劑瓶位置明顯低于大試管位置，裝置B呈豎直（或斜向上）狀態(tài)，如圖3。

現(xiàn)象： 觀察到濕潤的棉線由下（a）向上（b）迅速變紅，并且棉線變紅的速率明顯高于圖2裝置。

變式實(shí)驗(yàn)裝置二： 試劑瓶位置明顯高于大試管位置，裝置B呈垂直（或斜向下）狀態(tài)，如圖4。

現(xiàn)象： 觀察到濕潤的棉線由上（a）向下（b）逐漸變紅，并且棉線變紅的速率明顯低于圖2裝置。c→b段棉線變紅的速率比較緩慢，近b端甚至不能變紅。

變式實(shí)驗(yàn)裝置三： 試劑瓶位置和大試管位置在同一水平面，裝置B呈拱形狀態(tài)，如圖5。

現(xiàn)象： 觀察到濕潤的棉線逐漸變紅，a→b段和c→d段棉線變紅的速率明顯不一致，并且a→b段棉線變紅的速率明顯高于c→d段棉線變紅的速率。

（7） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)緊玻璃旋塞，把試管放在試管架上（注意： 不要把裝置B移出試管）。

2.4? 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

以上實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論：

① 氨氣不能使干燥的酚酞變色;

② 氨氣能使酚酞試液變紅色;

③ 微粒在不停地運(yùn)動(dòng);

④ 氨氣的密度比空氣小。

3? 實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1） 醫(yī)用輸液管的內(nèi)徑一般是2.1～3.2mm，實(shí)驗(yàn)用的粗棉線粗細(xì)要合適，以直徑1.0～1.5mm為宜。太粗了就會(huì)阻礙氨氣的流通，影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)行;太細(xì)了不利于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

（2） 裝置A試劑瓶中加入的濃氨水要用濃度較高的氨水。不宜使用長時(shí)間放置的氨水。

（3） 用膠頭滴管吸取水，潤濕裝置B中的棉線。使用的水量要根據(jù)棉線的粗細(xì)和裝置B的長度而定，一定要確保棉線完全潤濕。

（4） 如果實(shí)驗(yàn)當(dāng)天氣溫較低，可以用手握住試劑瓶，用體溫加熱氨水，加快氨氣的揮發(fā)。也可以輕輕搖動(dòng)試劑瓶，加速氨氣揮發(fā)。

（5） 如果把試劑瓶放入溫水（50～60℃）中，上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中棉線變紅的速率都會(huì)明顯變快。說明溫度升高，微粒運(yùn)動(dòng)速率加快。也可以增設(shè)冷水組，進(jìn)行對比試驗(yàn)，效果更加明顯。

（6） 教學(xué)實(shí)踐中可以手持裝置，在教室中間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。也可以讓學(xué)生手持試劑瓶或者大試管，引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)。

（7） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)緊玻璃旋塞，不要把裝置B移出試管，繼續(xù)正常進(jìn)行其他教學(xué)活動(dòng)。期間，利用氨氣極易溶于水的特性，完成實(shí)驗(yàn)尾氣的吸收。

（8） 課堂演示建議以實(shí)驗(yàn)裝置一（如圖2所示）為主。該實(shí)驗(yàn)已經(jīng)能夠形象直觀地展現(xiàn)出微粒運(yùn)動(dòng)的軌跡，增強(qiáng)了學(xué)生對微粒運(yùn)動(dòng)的理解。其余幾個(gè)變形實(shí)驗(yàn)要根據(jù)學(xué)生知識掌握的實(shí)際情況，結(jié)合課堂教學(xué)效果的反饋情況，再?zèng)Q定是否展示。課堂教學(xué)要以完成基本教學(xué)任務(wù)為主。

4? 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)裝置簡單，儀器易得。特別有利于實(shí)驗(yàn)條件較差的學(xué)校開展實(shí)驗(yàn)。

（2） 實(shí)驗(yàn)?zāi)苤庇^地觀察到微粒運(yùn)動(dòng)的軌跡，有利于學(xué)生直觀認(rèn)知分子的運(yùn)動(dòng)。

（3） 實(shí)驗(yàn)比較環(huán)保。實(shí)驗(yàn)在密閉容器內(nèi)進(jìn)行，聞不到刺激性氣味。

（4） 實(shí)驗(yàn)趣味性強(qiáng)，極大地激發(fā)了學(xué)生探究的興趣，積極參與課堂討論，課堂教學(xué)效果明顯。

（5） 實(shí)驗(yàn)用時(shí)短。一般在1分鐘左右就會(huì)出現(xiàn)明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，節(jié)省了寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間。

（6） 濃氨水可以反復(fù)使用，節(jié)約藥品。

（7） 實(shí)驗(yàn)結(jié)束，取出裝置B，晾干后，可以重復(fù)使用。

（8） 實(shí)驗(yàn)裝置便攜、可移動(dòng)，便于學(xué)生觀察。

（9） 實(shí)驗(yàn)操作簡便，且可以反復(fù)進(jìn)行，很適合在平行班級連續(xù)授課。

教材設(shè)計(jì)的“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn)，使用了大燒杯，這導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)裝置密封不嚴(yán)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也遲遲不能出現(xiàn)。本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，引入了透明的醫(yī)用輸液管，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能夠在短時(shí)間內(nèi)清晰地展現(xiàn)出來，同時(shí)能夠生動(dòng)地看到分子運(yùn)動(dòng)的軌跡。醫(yī)用輸液管的引入不僅豐富了實(shí)驗(yàn)裝備，也開拓了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的新思路[3]。而實(shí)驗(yàn)裝置的變式應(yīng)用，大大提高了實(shí)驗(yàn)空間的有效利用率，強(qiáng)烈激發(fā)了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的好奇心，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，有益于學(xué)生進(jìn)行微觀辨識與宏觀探析，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法、求實(shí)精神和證據(jù)意識[4]。

參考文獻(xiàn)：

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