“探究微粒的運(yùn)動”進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

周廣 李德前

摘要： 探究微粒的運(yùn)動是發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)的重要實(shí)驗(yàn)。利用塑料瓶、小藥瓶等生活用品設(shè)置三組進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)，教學(xué)中運(yùn)用對比的實(shí)驗(yàn)思想，指導(dǎo)學(xué)生由點(diǎn)到面、由二維空間到三維空間分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維及空間想象力，幫助學(xué)生從微觀層面理解宏觀現(xiàn)象的發(fā)生，從而深刻體會微粒的運(yùn)動性。

關(guān)鍵詞： 微粒的運(yùn)動; 進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)教學(xué); 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

文章編號： 10056629（2022）04007104

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

現(xiàn)行九年級化學(xué)教科書中均安排了借助濃氨水和酚酞溶液探究微粒運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)（裝置如圖1所示），旨在通過酚酞溶液變紅的宏觀現(xiàn)象來認(rèn)識微粒的運(yùn)動性。對于初中階段的學(xué)生而言，能從燒杯C中的甲溶液逐漸變紅得出“構(gòu)成物質(zhì)的微粒是不斷運(yùn)動的”這一知識，基本上就達(dá)到了教學(xué)要求。

筆者引導(dǎo)學(xué)生繪制上述實(shí)驗(yàn)過程中的微粒運(yùn)動示意圖（如圖2所示），對微粒及其運(yùn)動軌跡進(jìn)行探析。從作品反饋來看，學(xué)生雖能從實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2對比中得出燒杯C中的酚酞溶液變紅是因?yàn)闃?gòu)成濃氨水的微粒不斷地從燒杯B中運(yùn)動到燒杯C中，但頭腦中對微粒的運(yùn)動狀態(tài)還不是很清晰。為了幫助學(xué)生深入微觀世界，認(rèn)識微粒的運(yùn)動性，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維與方法[1]，我們對課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)、整合，設(shè)計(jì)了3組進(jìn)階式對比實(shí)驗(yàn)，旨在引領(lǐng)學(xué)生逐步深入地探析微觀世界的奧秘，逐步感知微粒的運(yùn)動狀態(tài)及最終達(dá)到的一種動態(tài)平衡過程。

1 進(jìn)階實(shí)驗(yàn)Ⅰ

1.1 實(shí)驗(yàn)用品

250mL燒杯、棉簽、玻璃片;濃氨水、酚酞溶液

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。

1.3 實(shí)驗(yàn)操作

（1） 取兩根棉簽，分別蘸取適量的濃氨水、酚酞溶液。

（2） 如圖3所示，將兩根棉簽方向相反放置于玻璃片上，再罩上燒杯，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

1.4 現(xiàn)象與結(jié)論

蘸有酚酞溶液的棉簽慢慢變紅，說明構(gòu)成濃氨水的微粒在不斷運(yùn)動。

1.5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)操作簡單，藥品用量很少，實(shí)驗(yàn)過程綠色環(huán)保，很適合學(xué)生的分組實(shí)驗(yàn)。

1.6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

學(xué)生從蘸有酚酞溶液的棉簽不斷變紅的現(xiàn)象分析，很容易得出構(gòu)成濃氨水的微粒在不斷地運(yùn)動，初步感知微粒的運(yùn)動性。學(xué)生雖能從該實(shí)驗(yàn)中認(rèn)識到構(gòu)成物質(zhì)的微粒在不斷地運(yùn)動，但對微觀世界微粒是如何運(yùn)動的還比較模糊。教學(xué)中可再組織學(xué)生進(jìn)一步思考、交流，通過對以上實(shí)驗(yàn)的評價(jià)與反思來發(fā)展學(xué)生的化學(xué)思維，培育學(xué)生的學(xué)科人文素養(yǎng)。

此時(shí)，教師可提問： 實(shí)驗(yàn)中有沒有聞到刺激性的氣味？學(xué)生就會聯(lián)想到教科書上的實(shí)驗(yàn)所用濃氨水的量較多，氨氣在室內(nèi)的泄漏也會較多，不利于師生身心健康，此時(shí)會有不少學(xué)生腦海里重新思考： 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)才能減少濃氨水的用量，同時(shí)還能形象地顯現(xiàn)出微粒的運(yùn)動過程[2]。這一想象的閃現(xiàn)會即刻激活學(xué)生的思維，學(xué)生經(jīng)過思考交流后，展示各自的實(shí)驗(yàn)方案，教師根據(jù)學(xué)情加以評價(jià)和引導(dǎo)，適時(shí)呈現(xiàn)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)Ⅱ。

2 進(jìn)階實(shí)驗(yàn)Ⅱ

2.1 實(shí)驗(yàn)用品

550mL寬口透明塑料瓶、小藥瓶、濕巾、塑料吸管、剪刀、細(xì)線、膠頭滴管;濃氨水、酚酞溶液

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作

（1） 找兩個(gè)550mL寬口透明塑料瓶，洗凈后備用。

（2） 用剪刀將塑料吸管剪成6cm長的兩段，每一

段的中間都穿上細(xì)線。

（3） 用剪刀將濕巾剪成兩塊大小一樣的長方形（5cm×30cm），再將每塊濕巾用酚酞溶液浸濕（注意擠去多余溶液），然后將濕巾對折后分別掛放在穿有細(xì)線的塑料吸管上。

（4） 取兩個(gè)小藥瓶，在瓶口系上一段細(xì)線，再用膠頭滴管向小藥瓶中滴入約1mL濃氨水。

（5） 按圖4所示，連接好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置不漏氣），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.4 現(xiàn)象與結(jié)論

靠近小藥瓶附近的濕巾先出現(xiàn)星星點(diǎn)點(diǎn)的紅色，然后紅色逐漸擴(kuò)散開來;變紅的深淺程度開始不同，但最終整塊濕巾都變紅了。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說明構(gòu)成濃氨水的微粒是在不斷地運(yùn)動的，而且最終濕巾周圍的微粒分布還是比較均勻的。

2.5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)操作簡單，實(shí)驗(yàn)用品來自生活，富有趣味性;藥品用量較少，實(shí)驗(yàn)過程綠色環(huán)保。

（2） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，學(xué)生通過觀察濕巾上出現(xiàn)紅點(diǎn)由點(diǎn)到面的發(fā)展變化，可以感知微粒的運(yùn)動過程，初步探析微觀世界微粒運(yùn)動的奧秘。

（3） 實(shí)驗(yàn)裝置的制作過程，凸顯勞動教育。既鍛煉了學(xué)生的動手操作能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。

2.6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生容易理解構(gòu)成濃氨水的微粒從小藥瓶處不斷地向四周運(yùn)動，最終均勻地?cái)U(kuò)散致整個(gè)塑料瓶內(nèi)。

學(xué)生初步理解微粒的運(yùn)動性后，教師可再進(jìn)一步發(fā)問： 你認(rèn)為該實(shí)驗(yàn)有哪些優(yōu)點(diǎn)和不足？你能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探析微粒在三維空間的運(yùn)動軌跡嗎？這些問題的提出再次激發(fā)學(xué)生的深度思考，為學(xué)生思維的生長或發(fā)散搭建臺階。他們會不斷地思索，會有學(xué)生大膽而創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)出一些實(shí)驗(yàn)[3]。此時(shí)，教師針對學(xué)情及時(shí)鼓勵(lì)與評價(jià)，即時(shí)呈現(xiàn)進(jìn)階實(shí)驗(yàn)Ⅲ。

3 進(jìn)階實(shí)驗(yàn)Ⅲ

3.1 實(shí)驗(yàn)用品

5L的寬口透明塑料桶、小藥瓶、剪刀、細(xì)線、膠頭滴管;濃氨水、濃鹽酸

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示[4]。

3.3 實(shí)驗(yàn)操作

（1） 將3個(gè)5L的透明塑料桶洗干凈，備用。

（2） 取6個(gè)小藥瓶，洗干凈后分別用細(xì)線系住瓶口;向3個(gè)小藥瓶中分別滴入約1mL的濃氨水，向另外3個(gè)小藥瓶中分別滴入約1mL的濃鹽酸。

（3） 按圖5所示，連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置不漏氣），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.4 現(xiàn)象與結(jié)論

實(shí)驗(yàn)過程中，3個(gè)塑料桶內(nèi)最先出現(xiàn)白色的位置不同（A桶中部靠近濃鹽酸的位置最先出現(xiàn)白色，B桶中部靠近濃鹽酸的位置最先出現(xiàn)白色，C桶中部靠近濃鹽酸位置最早出現(xiàn)白色），由現(xiàn)象可知氨分子運(yùn)動速率快于氯化氫分子運(yùn)動速率。最終3個(gè)桶內(nèi)都比較均勻地充滿了白煙（白煙是NH3和HCl反應(yīng)生成的NH4Cl固體小顆粒）。

對比3個(gè)桶中白煙最早出現(xiàn)的位置和白煙的變化，學(xué)生可以清晰地想象出，構(gòu)成氨水的微粒和構(gòu)成濃鹽酸的微粒在三維空間里做無規(guī)則運(yùn)動，并且在相同情況下分子質(zhì)量越小其運(yùn)動速率越快。

3.5 實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)

（1） 實(shí)驗(yàn)操作簡單，藥品用量較少，綠色環(huán)保。

（2） 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象空間感比較強(qiáng)，可以幫助學(xué)生探析微粒在三維空間的運(yùn)動軌跡，豐富學(xué)生的空間想象力，深度感知微觀世界的運(yùn)動奧秘。

3.6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

通過設(shè)計(jì)3組對比實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生觀察瓶內(nèi)白煙的產(chǎn)生及變化，他們會認(rèn)識到： 不同微粒的運(yùn)動速率是不同的。此時(shí)教師加以點(diǎn)撥后，學(xué)生會得出： 分子的質(zhì)量不同其運(yùn)動速率不同。白煙的產(chǎn)生可以從宏觀上反映出微觀粒子的空間運(yùn)動全過程，豐富了他們的想象力，培育了他們的實(shí)驗(yàn)思維。學(xué)生通過參與以上3組進(jìn)階式的實(shí)驗(yàn)探究，腦海中會對微粒的運(yùn)動性有一個(gè)比較深入的認(rèn)識，感知到微粒在三維空間的運(yùn)動情況及微粒的運(yùn)動最終會到達(dá)一個(gè)動態(tài)平衡，這為后續(xù)學(xué)習(xí)溶解現(xiàn)象、溶液中的離子反應(yīng)、酸堿鹽知識、化學(xué)平衡等基本原理做好了前期的知識鋪墊[5]。

筆者再次引導(dǎo)學(xué)生繪制有關(guān)微粒運(yùn)動的示意圖（如圖6所示），發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生對微粒的運(yùn)動有了比較清晰、全面的認(rèn)識。

4 結(jié)束語

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一些教育裝備條件有限的學(xué)校應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生從日常生活中尋找替代品，鼓勵(lì)條件較好的學(xué)校積極開展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)效果。教師還可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)特點(diǎn)設(shè)計(jì)進(jìn)階式實(shí)驗(yàn)，以培育和豐富學(xué)生的化學(xué)思維方法[6]，體現(xiàn)和增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的育人功能。

總之，拓寬實(shí)驗(yàn)手段和方法，將教科書中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)并創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)形式或內(nèi)容，可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的趣味性和知識性，激發(fā)學(xué)生深層次的思維活動，鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳俊明. 化學(xué)思維引論[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2018， （6）： 3～11.

[2]周廣， 李德前. 分組、演示同精彩——巧借廢舊塑料瓶探究微粒運(yùn)動[J]. 化學(xué)教與學(xué)， 2017， （2）： 82～83， 96.

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[5]周廣， 劉翠， 李德前. 基于化學(xué)思維進(jìn)階的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J]. 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器， 2020， （2）： 38～40.

[4]甘磊， 李德前， 張羿. 借助直角玻璃管開發(fā)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的嘗試[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2021， （8）： 68～71.

[6]中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2012.