例談對選擇傳統(tǒng)與新型化學(xué)器材的思考

田長明

摘要： 隨著社會的發(fā)展，新型的化學(xué)器材層出不窮，面對教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材的現(xiàn)狀，化學(xué)教師應(yīng)該從實(shí)驗(yàn)的目的性、觀察性和拓展性三方面綜合考慮，選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材。以天平的使用、合金熔點(diǎn)的驗(yàn)證、中和反應(yīng)的探究、蠟燭燃燒產(chǎn)物的驗(yàn)證等實(shí)驗(yàn)為案例，闡述教師在教學(xué)中應(yīng)在兩者之間進(jìn)行合理的選擇和應(yīng)用，充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)器材; 天平使用; 合金熔點(diǎn); 中和反應(yīng); 蠟燭燃燒產(chǎn)物

文章編號： 10056629（2019）9008304? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的新型化學(xué)器材進(jìn)入學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室，甚至有些辦學(xué)條件比較好的學(xué)校已經(jīng)有了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室。但各版本的初中教材中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)所使用的還都是傳統(tǒng)的化學(xué)器材，在傳統(tǒng)化學(xué)器材和新型化學(xué)器材之間，我們初中化學(xué)教師應(yīng)如何選擇？對于這個問題，筆者有以下三點(diǎn)思考。

1? 基于實(shí)驗(yàn)的目的性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的是通過觀察化學(xué)現(xiàn)象，認(rèn)識物質(zhì)變化，學(xué)會分析和推理，加深對知識的理解，也是為了培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動手能力，學(xué)會使用各種化學(xué)器材以及各種規(guī)范操作，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識。

每個實(shí)驗(yàn)，選擇何種實(shí)驗(yàn)器材一定要有兩方面的考慮，一方面要滿足實(shí)驗(yàn)的要求，另一方面，也要考慮實(shí)驗(yàn)本身的目的。以托盤天平和電子天平的使用為例。

電子天平（如圖1）的使用現(xiàn)在已經(jīng)非常普遍了，它是用電磁力平衡被稱物體重力，具有操作簡單方便、稱量準(zhǔn)確可靠、顯示快速清晰的特點(diǎn)。

托盤天平（如圖2）是測定物質(zhì)質(zhì)量的儀器，在初中化學(xué)中，探究化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系、配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液和粗鹽的初步提純中都需要用到托盤天平。托盤天平使用比較復(fù)雜，先要將托盤天平放平，然后將游碼歸零，調(diào)節(jié)天平的平衡螺母使之平衡。稱量時左物右碼，加減砝碼和移動游碼必須使用鑷子。測量完畢，物體和砝碼取下，游碼歸零，墊上墊圈。

有教師很疑惑，既然電子天平在日常生活中使用如此普遍，實(shí)驗(yàn)室為什么還使用托盤天平？托盤天平相對于電子天平來講，缺點(diǎn)是顯而易見的，操作繁瑣、精度不高且砝碼容易生銹，不易存放等。

有教師認(rèn)為使用托盤天平，可能是因?yàn)橥斜P天平價格便宜。表1是筆者在淘寶網(wǎng)上查到的兩者的價格。

表1中小型電子天平規(guī)格100g、 200g、 500g的精度為0.01g，規(guī)格1000g的精度為0.1g。通過對表1中兩者價格的對比可以發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為托盤天平價格便宜顯然是沒有道理的，那是什么原因呢？筆者認(rèn)為，教材中仍采用托盤天平作為稱量用具，主要是托盤天平可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。“配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液”和“粗鹽的初步提純”都屬于八個基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，這兩個實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹皇且髮W(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)的流程，目的之二就是要培養(yǎng)學(xué)生動手操作的能力。正因?yàn)橥斜P天平操作過程復(fù)雜，且每一步都有嚴(yán)格的操作要求，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，如果選用電子天平，這方面的能力訓(xùn)練將會大大削弱。

但對于一些實(shí)驗(yàn)精度要求比較高的實(shí)驗(yàn)，電子天平有其優(yōu)越性，如“探究化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”時，有教師設(shè)計了銅粉加熱前后質(zhì)量比較的實(shí)驗(yàn)，若用托盤天平稱量加熱前和加熱后的銅粉的質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)托盤天平的讀數(shù)相等，原因是加熱前后銅粉質(zhì)量的變化很小，沒有超過托盤天平的感量，因此選擇精度高的電子天平進(jìn)行稱量就比較好。

2? 基于實(shí)驗(yàn)的觀察性

化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象易于觀察、實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加直觀，對學(xué)生正確認(rèn)識和理解化學(xué)知識有直接的影響，因此對于教材中的每個實(shí)驗(yàn)教師都應(yīng)精心設(shè)計，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果一目了然。在實(shí)驗(yàn)過程中我們有時可以選擇新型化學(xué)器材。

滬教版九年級《化學(xué)》（上冊）第五章中關(guān)于“合金”的性質(zhì)，有這樣的描述：“……多數(shù)合金的熔點(diǎn)低于組成它的成分金屬?！苯滩闹兄挥薪Y(jié)論，并沒有相關(guān)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，有教師就利用手機(jī)等器材進(jìn)行了以下相關(guān)的實(shí)驗(yàn)探究。

案例1? 比較錫塊、鉛塊和錫鉛合金塊的熔點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)1： 取一塊圓形的鐵片（直徑約15cm），在圓形鐵片的中央畫一個等邊三角形（邊長約為10cm），等邊三角形的三個頂點(diǎn)用鐵杵分別砸出一個圓形的坑。在圓坑內(nèi)分別放等質(zhì)量的錫塊（A1）、鉛塊（B1）和錫鉛合金塊（C1），在三種金屬塊上分別用釘上粘有紅（A）、綠（B）、黃（C）顏色的紙旗，紙旗上分別寫上Sn、 Pb、 SnPb等符號，教師的手機(jī)用手機(jī)支架固定在鐵架臺上。實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

將裝置按圖3組裝好后，打開教師手機(jī)上的QQ或微信的視頻聊天功能，打開電腦中某位學(xué)生的QQ或微信的視頻聊天功能后，將電腦與大屏幕連接;調(diào)節(jié)教師手機(jī)攝像頭的角度和焦距。然后點(diǎn)燃酒精燈，對準(zhǔn)圓形鐵片的中心位置加熱。

過一段時間后，從大屏幕上學(xué)生可以非常清楚地觀察到插在錫鉛合金塊上的黃色小紙旗先倒下，其次是插在錫塊上的紅色小紙旗倒下，最后是插在鉛塊上的綠色小紙旗倒下，這說明錫鉛合金的熔點(diǎn)在三者中最低，其次是錫，而鉛的熔點(diǎn)是最高的，可見驗(yàn)證了合金的熔點(diǎn)一般低于組成它的成分金屬。

借助大屏幕、電腦和手機(jī)完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生就能從大屏幕上非常清楚地觀察到相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大大增強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可觀察性[1]。

3? 基于實(shí)驗(yàn)的拓展性

拓展性實(shí)驗(yàn)是開闊學(xué)生視野、培養(yǎng)學(xué)生思維、探究知識本質(zhì)的一種重要手段。但在實(shí)際教學(xué)中我們常碰到一些問題，有些實(shí)驗(yàn)使用傳統(tǒng)的化學(xué)器材并不能很好地完成，但我們?nèi)绻柚谝恍┬滦偷幕瘜W(xué)器材，能夠很方便地解決這一問題。

案例2? 中和反應(yīng)的探究

在滬教版九年級《化學(xué)》第七章“中和反應(yīng)”中有如下的“活動與探究”。

實(shí)驗(yàn)2： 在盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，滴加2～3滴酚酞溶液，插入一支溫度計，測量溶液的溫度。用膠頭滴管吸取鹽酸逐滴加入盛有氫氧化鈉溶液的燒杯中，邊滴邊用玻璃棒攪拌。當(dāng)燒杯中溶液剛好變成無色時，停止加入鹽酸。在實(shí)驗(yàn)過程中，溶液的堿性發(fā)生了什么變化？溶液的溫度有什么變化[2]？

這個實(shí)驗(yàn)加入酸堿指示劑酚酞，通過觀察溶液顏色的變化來判斷溶液酸堿性;通過溫度計測量反應(yīng)前后溫度的變化，判斷反應(yīng)是放熱還是吸熱。但在反應(yīng)過程中溶液的pH是如何變化的？反應(yīng)過程中溫度在什么時候達(dá)到最高？有教師利用溫度和pH傳感器設(shè)計了下列實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)3： 將溫度傳感器和pH傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器上，數(shù)據(jù)采集器連接計算機(jī)，在計算機(jī)上打開相關(guān)軟件。取20mL NaOH溶液于250mL燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加入稀鹽酸并固定在鐵架臺上，將溫度傳感器和pH傳感器插入燒杯溶液中。開啟磁力攪拌器，滴加稀鹽酸，采集實(shí)驗(yàn)過程中溫度和pH變化數(shù)據(jù)并繪制曲線[3]。實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

實(shí)驗(yàn)繪制的曲線見圖6。通過圖6，我們能很精確地看到反應(yīng)過程中溶液pH和溫度的變化趨勢，便于學(xué)生進(jìn)一步理解中和反應(yīng)的過程和本質(zhì)。

案例3? 蠟燭燃燒產(chǎn)物的探究

滬教版九年級《化學(xué)》（上冊）第一章中關(guān)于“化學(xué)研究物質(zhì)的性質(zhì)與變化”的內(nèi)容，設(shè)計了蠟燭的燃燒實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)過程如下。

實(shí)驗(yàn)4： 點(diǎn)燃蠟燭，在蠟燭火焰上方罩一個干冷的小燒杯，觀察燒杯內(nèi)壁的變化。向上述小燒杯中加入少量澄清石灰水，振蕩，觀察現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)過程如圖7所示。

該實(shí)驗(yàn)?zāi)茯?yàn)證蠟燭燃燒產(chǎn)生水和二氧化碳，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也非常明顯，但蠟燭燃燒有沒有一氧化碳產(chǎn)生呢？這個實(shí)驗(yàn)是無法驗(yàn)證的，為了驗(yàn)證蠟燭燃燒是否有CO產(chǎn)生，有教師借助CO報警器設(shè)計了如下實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)5： 先將CO報警器固定在銅絲上，然后將銅絲插入橡皮塞，吸有澄清石灰水的膠頭滴管、燃燒匙也插入橡皮塞中，再將插有膠頭滴管和CO報警器的橡皮塞旋入三頸瓶，最后在燃燒匙上固定好蠟燭，點(diǎn)燃蠟燭并放入三頸瓶中，旋緊橡皮塞。實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示。

通過觀察，我們可以發(fā)現(xiàn)三頸瓶內(nèi)壁上有水霧出現(xiàn)，CO報警器上會顯示CO的濃度數(shù)據(jù)，到達(dá)一定濃度后，CO報警器會自動報警，將膠頭滴管內(nèi)的澄清石灰水?dāng)D入三頸瓶，振蕩后發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁。這個實(shí)驗(yàn)不僅能驗(yàn)證蠟燭燃燒會產(chǎn)生CO2和水，同時能驗(yàn)證蠟燭在供氧不足時燃燒會產(chǎn)生CO2、 CO和水，實(shí)驗(yàn)操作簡單，現(xiàn)象明顯。

傳統(tǒng)化學(xué)器材和新型化學(xué)器材各有自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，例如傳感器能直觀地看到溫度、pH、氣體濃度、溶液的電導(dǎo)率等變化的情況，但在使用過程中因?yàn)樘`敏，操作不易控制，往往會造成數(shù)據(jù)誤差比較大。因此我們在使用過程中一定要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行合理選擇，不必為了追求方便和創(chuàng)新，大量使用新型化學(xué)器材，也不必因?yàn)樾滦蛢x器有些地方還不太成熟而棄之不用，因噎廢食。只有將兩者有機(jī)融合，才能發(fā)揮它們的最大作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王建芬， 曹愛娟. 利用現(xiàn)代媒體技術(shù)增強(qiáng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的可觀察性——以“比較錫、 鉛和錫鉛合金的熔點(diǎn)實(shí)驗(yàn)”為例[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （3）： 68～69.

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[3]陳學(xué)東，嚴(yán)西平. 利用多信道傳感技術(shù)探究酸堿中和反應(yīng)的過程和本質(zhì)[J]. 化學(xué)教與學(xué)， 2014， （9）： 89～90.