用顏料盒自制微型化實驗教具的設(shè)計與實施

摘 要：利用顏料盒等材料制作自制教具。該教具可以用于一般有毒氣體的制備及性質(zhì)檢驗、分子擴散等實驗，體現(xiàn)微型化實驗綠色、節(jié)約等特點；同時結(jié)合教具的制作與使用，促進師生創(chuàng)新意識的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：自制教具；微型化實驗

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學，化學實驗的開展離不開實驗儀器這一基本物質(zhì)條件。隨著基礎(chǔ)教育課程改革的有效推進和不斷深化，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、實踐能力、環(huán)保意識已成為重要的現(xiàn)代教育目標。微型教具的自制設(shè)計與使用成為落實目標的重要方法之一[1]。微型實驗以其環(huán)保、節(jié)約、便捷等特點受到重要關(guān)注，其本身的發(fā)展也為基礎(chǔ)教育化學實驗儀器種類多樣性提供新方案。《普通高中化學課程標準》（2020年修訂版）中指出，鼓勵教師實施綠色化實驗，開展微型化學實驗[2]。教師積極研制教具，主動使用教具，大力推廣教具，已成為教師實踐教學中必做的課題。本實驗教具依據(jù)綠色化學等理念，以“顏料盒”作為教具基本載體，通過簡要設(shè)計改造，使其成為能夠完成一系列化學實驗的多用途教具。

一、實驗裝置

（一）制作材料

顏料盒（3cm×8cm，透明）、打孔器、橡皮泥、黏土、保鮮膜。

（二）裝置設(shè)計

利用打孔器按照如圖1所示進行打孔，其中盒蓋孔對應的格子空間為“氣體發(fā)生室”；室與室之間鉆有小孔，以“氣體發(fā)生室”為中心，與“氣體發(fā)生室”相鄰的四個格子空間均為“氣體檢驗室”，呈“十”字形分布。且在裝置中間一排格子空間之間做連通處理，上下兩排只在“氣體發(fā)生室”對應的上下格子空間做連通處理，連通的具體位置如圖1中的黑色標識線。

處理后的實驗裝置可用于諸多微型實驗，如有毒氣體的制備及性質(zhì)檢驗實驗、分子擴散實驗、酸堿鹽性質(zhì)實驗等。

二、實驗案例

中學化學教學中，氯氣、二氧化硫等有毒氣體的制備及性質(zhì)檢驗相關(guān)內(nèi)容是非常重要的元素化合物知識，且涉及的反應多數(shù)是較為復雜的氧化還原反應，方程式的理解和書寫難度較大。由于這類氣體具有毒性且容易逸散，因此在實際教學過程中教師多采用視頻方式加以呈現(xiàn)，學生自主實驗難以實現(xiàn)。但單從教師課堂講授方面引導學生理解往往效果較差，如果能夠配合相關(guān)實驗將宏觀實驗現(xiàn)象、微觀反應本質(zhì)及化學方程式相結(jié)合，實現(xiàn)三重表征下的多角度思考，更能促進學生對知識的理解與掌握。微型實驗教具以其微型化、綠色化等特點，能夠在不失實驗現(xiàn)象的情況下將藥品用量降至很少，能夠適用于高中化學在課堂中進行實際操作。下面以氯氣的制備及性質(zhì)檢驗為例進行說明。

（一）Cl2的制備及性質(zhì)檢驗實驗

2017版高中化學課程標準關(guān)于非金屬及其化合物內(nèi)容要求指出，“結(jié)合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氯、氮、硫及其重要化合物的主要性質(zhì)?！比私贪妗Ⅳ斂瓢?、蘇教版高中化學教材（2019版）內(nèi)容編排皆以氯元素作為學生學習非金屬元素的首個重要案例[3-5]，說明氯元素相關(guān)知識在高中化學元素化合物內(nèi)容中具有十分重要的地位。有關(guān)氯元素的教材實驗圍繞氯氣制備、次氯酸漂白、金屬或非金屬在氯氣中的燃燒等方面，在氯氣的制備及性質(zhì)檢驗實驗模塊教材中的實驗表現(xiàn)出試劑用量較多、有毒氣體易泄露、集成性低等不足?；诖耍米灾莆⑿蛯嶒灲叹咴O(shè)計實施氯氣的制備及性質(zhì)檢驗實驗，具體實驗方案如下。

（1）儀器與試劑

自制教具、橡皮泥、KMnO4溶液、品紅溶液、稀HNO3、AgNO3溶液、NaOH溶液、水、淀粉-KI試紙、藍色石蕊試紙、濾紙。

（2）操作步驟

將自制教具內(nèi)部中間位置的小孔用橡皮泥堵住，選取其中一個“氣體發(fā)生室”。如圖2所示，向其中加入一定量的KMnO4溶液，在與其相鄰的四個方格中分別放置滴有品紅溶液的小濾紙片、稀HNO3酸化的AgNO3溶液小液滴、濕潤的淀粉-KI試紙、濕潤的藍色石蕊試紙。

合上盒蓋，通過盒蓋上的小孔向“氣體反應室”中滴加一定量的濃鹽酸，迅速用橡皮泥將盒蓋上的小孔堵?。ɑ蚴褂孟鹌つ嗪笥帽ｕr膜對教具整體進行密封），觀察并記錄實驗中液滴和紙片的顏色。

反應完成后，取下盒蓋上的橡皮泥，快速向“氣體反應室”中滴加NaOH溶液，繼續(xù)用橡皮泥堵住小孔，并輕輕搖晃處理多余尾氣。一段時間后，于通風處處理裝置中的剩余藥品。

（3）“三重表征”分析（見表1）

（二）氨分子擴散實驗

義務教育階段，氨分子擴散實驗是重要的分子運動啟蒙實驗。學生可以通過實驗宏觀現(xiàn)象間接感受到分子運動的真實存在。人教版初中教材中的分子運動實驗裝置如圖3所示，利用該裝置進行實驗現(xiàn)象十分明顯，但裝置中的濃氨水與酚酞試液用量較多，并且濃氨水實驗過程前后會暴露于空氣中產(chǎn)生大量氨氣，對空氣環(huán)境和人體健康具有一定的危害。利用自制微型實驗教具不僅可以實現(xiàn)學生自主實驗，還可以在保證實驗現(xiàn)象明顯的同時節(jié)省實驗試劑用量。具體實驗方案如下。

（1）儀器與試劑

自制教具、粘土、保鮮膜、濃氨水、稀鹽酸、酚酞試劑、濾紙。

（2）操作步驟

如圖4所示在a、b、c、d對應的四個方格中橫排放置四個形狀相同且滴有酚酞試劑的小濾紙片，選取一個“氣體發(fā)生室”作為產(chǎn)生氨氣的濃氨水容器。

合上盒蓋，通過盒蓋上的小孔向所選取的“氣體發(fā)生室”中滴加幾滴濃氨水，并迅速用粘土堵住盒蓋上的兩個小孔（或使用黏土后用保鮮膜對教具整體進行密封），觀察并記錄實驗中液滴和紙片的顏色。

實驗結(jié)束后向滴有濃氨水的“氣體發(fā)生室”中滴加稀鹽酸，繼續(xù)用黏土堵住小孔，并輕輕搖晃處理多余氣體。一段時間后，于通風處處理裝置中的剩余藥品。

（3）實驗現(xiàn)象及解釋（見表2）

三、本教具的特點

（一）適用范圍較廣

本研究自制的實驗教具，可以用于某些有毒氣體實驗的制備及性質(zhì)檢驗實驗，例如氯氣、二氧化硫、氨氣等；該裝置在義務教育階段還可以用于氨氣分子的擴散實驗。除此之外，由于教具本身具有容器作用，利用教具中的每個方格空間，還可以用于酸堿鹽實驗的教學，如表3所示。

（二）實驗成本較低，環(huán)境污染較小

本教具進行的系列實驗，其實驗試劑的用量較少，利用較少的實驗試劑即可呈現(xiàn)良好的實驗現(xiàn)象。廉價的實驗裝置和少量的實驗試劑直接降低化學實驗的實驗成本。在實驗過程中，少量的實驗試劑情況下結(jié)合裝置良好的密封性使得實驗所排放的污染物大大減少，對于尾氣及剩余藥品的處理較為簡便。

四、教學反思

（一）促進教師專業(yè)成長，提升教師創(chuàng)新意識

通過教具的自制及使用，教師在此過程中鍛煉自身動手能力、體現(xiàn)自身教學智慧，對教師的專業(yè)成長具有一定的積極意義；同時，在對自制教具的創(chuàng)新過程中，教師充分利用自身所學，將創(chuàng)新意識轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新點，進而過渡到創(chuàng)新點的實踐，教具的使用與反饋，有效提高教師對創(chuàng)新的熱情，增強教師的創(chuàng)新意識。

（二）調(diào)動學生學習興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維

課堂上展示給學生的自制教具，體現(xiàn)出創(chuàng)新的魅力。結(jié)合教具的設(shè)計歷程與多維使用，以此啟迪學生積極動腦，勇于實踐。利用教具進行的多種不同性質(zhì)的化學實驗，其實驗方法簡潔，效果明顯，學生對此興致高昂，充分調(diào)動了學生對實驗教學與化學知識學習的興趣。因此，在日常教學過程中，教師可以結(jié)合自身的創(chuàng)新經(jīng)歷，適時對學生進行引導啟發(fā)，鼓勵學生將創(chuàng)造性思維轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新產(chǎn)品，以此來促進學生創(chuàng)新思維的發(fā)展。

參考文獻：

[1]李俊，楊明岸，伍曼菲.中學化學微型實驗的設(shè)計[J].中學化學教學參考，2021（5）：69-70.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[3]王晶.普通高中教科書：化學第二冊 （必修）[M].北京：人民教育出版社，2019.

[4]王磊.普通高中教科書：化學第二冊（必修）[M].濟南：山東科學技術(shù)出版社，2019.

[5]王祖浩.普通高中教科書：化學第二冊 （必修）[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社，2019.

（責任編輯：加順花）