基于初中化學(xué)對比實驗教學(xué)的改進(jìn)探究

姚偉宜

【摘要】本文針對初三化學(xué)三種教材中“二氧化碳的性質(zhì)實驗”進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)為對比實驗，實驗操作簡便有趣，現(xiàn)象明顯直觀，有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)效率。用對比實驗法培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維。

【關(guān)鍵詞】初中化學(xué);二氧化碳性質(zhì);對比實驗;實驗改進(jìn)

二氧化碳是初中化學(xué)氣體化合物的代表，是初中化學(xué)“身邊的化學(xué)物質(zhì)”中最重要的部分之一，是聯(lián)系酸、堿、鹽等物質(zhì)的關(guān)鍵性物質(zhì)。二氧化碳性質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容最重要的意義在于，通過大量實驗來探究物質(zhì)的性質(zhì)，通過這些實驗可以培養(yǎng)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰?。而且通過對二氧化碳性質(zhì)實驗的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠獲得最直接、最客觀、最形象的體驗，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而得出學(xué)習(xí)化學(xué)的科學(xué)方法，培養(yǎng)實驗探究能力。

一、實驗創(chuàng)新原因

科粵版、人教版、魯教版教材對探究的二氧化碳性質(zhì)，一共包含五個性質(zhì)探究實驗，其中有二氧化碳密度比空氣大、能溶于水、不支持燃燒和不能燃燒、能與水反應(yīng)、能與澄清石灰水反應(yīng)。

教師在日常教學(xué)中，大多采用的是教材設(shè)計的實驗方案。教材實驗方案的設(shè)計考慮到學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，幫助學(xué)生了解化學(xué)學(xué)科知識探究的基本過程和方法。但是，從已有的教學(xué)經(jīng)驗來看，在實踐中往往存在以下困難：

1.把集氣瓶中的二氧化碳倒入高低蠟燭中，得到密度比空氣大的實驗成功率并不高：第一，傾倒二氧化碳的速度過快，高低蠟燭同時熄滅或熄滅前后順序區(qū)分不明顯;第二，當(dāng)燒杯內(nèi)高低蠟燭燃燒的時間過長，以致燒杯內(nèi)溫度升高，而倒入的二氧化碳會受熱膨脹上升，密度降低，使得二氧化碳不能下沉，導(dǎo)致上方蠟燭比下方蠟燭先熄滅，或者兩支蠟燭都沒有熄滅，與“二氧化碳密度比空氣大，下方蠟燭先熄滅，上方蠟燭后熄滅”的結(jié)論不一致，造成學(xué)生的思維混亂;第三，用銅片做成階梯狀擺放兩支蠟燭，傾倒二氧化碳時，導(dǎo)致下方蠟燭和上方蠟燭與二氧化碳的位置距離不在同一垂直面，學(xué)生會有誤解：認(rèn)為下方蠟燭先熄滅是因為與二氧化碳距離較近，先接觸二氧化碳，而不是因為二氧化碳比空氣重，下沉到燒杯底部與蠟燭火焰接觸，引致火焰熄滅。

2.科粵版和魯教版都暴露出一個問題：導(dǎo)致石蕊溶液變紅色的物質(zhì)可能是蒸餾水、酸性物質(zhì)、二氧化碳本身。人教版在探究二氧化碳和水生成碳酸致使紫色石蕊變紅實驗中，通過分步對比后排除水和二氧化碳分別不能使紫色石蕊變紅，并且以紫色石蕊遇醋酸變紅作為對比，得出二氧化碳和水生成了碳酸的結(jié)論。但是，教師需要提前制備多瓶二氧化碳和多朵干燥的石蕊。要完成人教版的二氧化碳性質(zhì)實驗需要的儀器多、藥品多、操作繁瑣，比較費時。制好的二氧化碳常因密閉性不強而造成流失，使得實驗效果不佳。

3.科粵版中用呼出氣體使澄清石灰水變渾濁，來獲取二氧化碳與澄清石灰水反應(yīng)的性質(zhì)。但人體呼出的氣體大部分是氮氣，該實驗不能得出二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的這一結(jié)論?！八帷A、鹽”教學(xué)要求有：學(xué)生認(rèn)識二氧化碳與堿反應(yīng)。若能在其復(fù)習(xí)課教學(xué)中整合二氧化碳和氫氧化鈉、氫氧化鈣反應(yīng)實驗，有利于學(xué)生深入理解知識，并提升其科學(xué)探究能力。

針對以上教材中的不足，教學(xué)需要通過設(shè)計對比性強的二氧化碳的性質(zhì)探究實驗，提升學(xué)生的探究能力，并使學(xué)生從中培養(yǎng)探究能力，教師在教學(xué)中滲透科學(xué)探究的方法。

二、實驗創(chuàng)新要點

通過改進(jìn)實驗裝置，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，使學(xué)生更深刻地理解實驗原理，同時培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力、發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力及對實驗創(chuàng)新的興趣。

實驗1：二氧化碳密度比空氣大，不能燃燒也不支持燃燒。

實驗操作：稀鹽酸和石灰石在反應(yīng)容器中產(chǎn)生二氧化碳。當(dāng)打開活塞，二氧化碳進(jìn)入垂直的玻璃管，把兩根燃著的木條分別放在玻璃管的上、下口處（圖一），引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對比觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：上管口木條火焰沒有明顯現(xiàn)象，而下管口木條很快熄滅。

實驗結(jié)論：二氧化碳的密度比空氣大;既不能燃燒，也不支持燃燒。

創(chuàng)新要點：改進(jìn)后的實驗裝置如圖一所示，解決了因蠟燭燃燒時間過長導(dǎo)致燒杯內(nèi)溫度較高，二氧化碳受熱膨脹導(dǎo)致現(xiàn)象不明顯的問題，也解決了因傾倒二氧化碳角度，而產(chǎn)生兩支蠟燭與二氧化碳接觸距離不相等而引發(fā)的誤解。

通過對比實驗增強學(xué)生的直觀感受，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，初步認(rèn)識二氧化碳的性質(zhì)，同時為上好后續(xù)教學(xué)內(nèi)容做準(zhǔn)備。

實現(xiàn)了邊制取氣體邊探究性質(zhì)，既方便教師課堂演示實驗，也實現(xiàn)學(xué)生分組實驗探究。

實驗2：二氧化碳能和水反應(yīng)生成碳酸。

實驗操作：稀鹽酸和石灰石在反應(yīng)容器中產(chǎn)生二氧化碳。在橫放的玻璃管兩端各放一條濕潤的紫色石蕊紙條和一條干燥的紫色石蕊紙條，通二氧化碳片刻后觀察現(xiàn)象。然后在濕潤的紫色石蕊紙條下方加熱片刻，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：干燥的紫色石蕊紙條沒有明顯現(xiàn)象，濕潤的紫色石蕊紙條變紅;變紅的石蕊紙條加熱后又變回紫色（圖二）。

實驗結(jié)論：二氧化碳能和水反應(yīng)生成碳酸。

觀察到對比明顯的實驗現(xiàn)象，學(xué)生學(xué)習(xí)到：不是水，也不是二氧化碳使石蕊變紅，而是二氧化碳與水反應(yīng)生成了新物質(zhì)——碳酸。經(jīng)過稍微加熱后，學(xué)生驚奇地發(fā)現(xiàn)，變成紅色石蕊紙條重新又變成紫色。學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到：碳酸不穩(wěn)定，容易分解。

創(chuàng)新要點：解決了魯教版和科粵版沒有清晰明確何種物質(zhì)導(dǎo)致紫色石蕊變紅的問題;還解決了人教版中二氧化碳性質(zhì)實驗需要的儀器多、藥品多、操作繁瑣、費時等問題。

實驗3：二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。

實驗操作：在玻璃管兩端用膠皮管連接分別裝有氫氧化鈉溶液和澄清石灰水的試管。稀鹽酸和石灰石在反應(yīng)容器中產(chǎn)生二氧化碳，通過玻璃管進(jìn)入試管中，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：裝有澄清石灰水的試管變渾濁，裝有氫氧化鈉溶液的試管沒有明顯現(xiàn)象（圖三）。

實驗結(jié)論：二氧化碳能和澄清石灰水中的氫氧化鈣反應(yīng)生成沉淀碳酸鈣和水，和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成溶于水的碳酸鈉和水。

創(chuàng)新要點：改進(jìn)為對比實驗，學(xué)生認(rèn)識到二氧化碳與堿反應(yīng)。當(dāng)然，該改進(jìn)實驗更適合在復(fù)習(xí)課教學(xué)中使用，整合二氧化碳和氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液反應(yīng)實驗，體現(xiàn)了對比的思想，有利于學(xué)生深入理解知識，并提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科知識探究能力，培養(yǎng)學(xué)生研究化學(xué)的思維方法。

三、實驗創(chuàng)新亮點

上述三個實驗的設(shè)計主旨是對學(xué)生化學(xué)學(xué)科創(chuàng)新精神和化學(xué)實驗實踐能力的培養(yǎng)，以教材實驗為基礎(chǔ)，進(jìn)一步擴(kuò)展探究，滿足學(xué)生探索、思考、創(chuàng)造和表現(xiàn)的心理需求。

1.實驗組合科學(xué)、巧妙，對比強烈，使現(xiàn)象對比更直觀，現(xiàn)象明顯。

2.對課本實驗的創(chuàng)新，以原有課本實驗為起點，簡化了儀器的使用和實驗操作，提高了課堂效果，有利于提高課堂效率。課堂更加緊湊高效，給學(xué)生留下了充足的思考空間。

3.本次經(jīng)改進(jìn)實驗的裝置適合學(xué)生開展學(xué)科研究性體驗活動，激發(fā)初中學(xué)生化學(xué)實驗創(chuàng)新精神，提高學(xué)生科學(xué)探究實踐能力;改進(jìn)為對比實驗，用對比實驗法培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗探究能力。

4.加入氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應(yīng)，與澄清石灰水做對比，為下學(xué)期酸堿鹽的學(xué)習(xí)作好鋪墊。

總之，簡單化、探究性是實驗裝置改進(jìn)的追求，也是實驗設(shè)計的方向。這個改進(jìn)實驗裝置不僅能夠在制取二氧化碳的同時探究二氧化碳的性質(zhì)，而且操作簡便富有趣味性，現(xiàn)象明顯并且直觀，能讓學(xué)生真切地感受到化學(xué)的趣味。同時，以學(xué)生為主體進(jìn)行自主探究的課堂，培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)和化學(xué)實驗創(chuàng)新能力，激發(fā)了學(xué)生勇于探索的精神，讓學(xué)生真正學(xué)有所獲，為終身學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯? 陳小鳳