自制綠色簡便教具創(chuàng)新二氧化碳實驗室制法

摘 要：目前二氧化碳實驗室制法的實驗存在控制不便、操作繁瑣等問題。對此，利用塑料瓶、輸液管、調節(jié)閥等生活中常見的材料自制了綠色、簡易的實驗教具。將教具應用于二氧化碳的制備實驗中，發(fā)現(xiàn)改進后的實驗操作簡便、現(xiàn)象明顯，能夠有效實現(xiàn)實驗目的。自制教具和實驗改進對于發(fā)展學生的創(chuàng)新意識，提升核心素養(yǎng)；啟發(fā)教師繼續(xù)改良教具，促進專業(yè)發(fā)展；推進實驗教學改革等方面均有一定啟發(fā)。

關鍵詞：自制教具；二氧化碳；氣體制備

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

一、問題提出

《義務教育化學課程標準（2022年版）》對二氧化碳的相關內容進行了規(guī)定、提出了建議，要求學生通過實驗探究認識二氧化碳的主要性質，認識物質的性質與用途的關系；初步學習二氧化碳的實驗室制法，歸納實驗室制取氣體的一般思路與方法；能正確選取實驗試劑和儀器，依據(jù)實驗方案完成必做實驗，并能全面、準確地記錄實驗過程和現(xiàn)象等[1]。該內容一般是安排在氧氣的實驗室制取之后，氫氣的制法之前，發(fā)揮著承上啟下的作用。在著手學習二氧化碳實驗室制備時，學生對氣體的制備已經有了一定的了解，但實驗動手操作和分析能力還有待加強。由此可見，二氧化碳的實驗室制備是初中化學的重要學習內容，這一必做實驗將為后續(xù)學習、深化常見氣體制備反應的原理與實驗裝置選擇，領會操作方法間的聯(lián)系等奠定基礎，有利于培養(yǎng)學生動手操作和反思創(chuàng)新的能力。

人教版教材中的二氧化碳制備實驗是將稀鹽酸溶液加入試管中，其發(fā)生裝置不能實現(xiàn)反應的隨關隨停，固液不能真正分離，實驗控制和操作不方便[2]。查閱文獻發(fā)現(xiàn)，已有許多研究者針對二氧化碳制取實驗進行改進，但這些實驗還是存在儀器的使用數(shù)量較多、玻璃儀器易碎等缺陷，同時操作過程比較繁瑣，不利于學生的理解和實施操作[3][4]。

基于此，立足初中化學教學實際，本著科學性和可行性的原則，研究嘗試自制了一套“實驗室制取二氧化碳”的實驗教具。以期讓自制教具走進學生的課堂，根據(jù)教學實際自己動手、就地取材，最大限度地激發(fā)學生的求知欲望，從而提高他們的學習主動性。

二、教具制作

本教具利用生活中的用品塑料瓶和輸液管以及調節(jié)閥來制作，材料簡單，不易破碎，安全可靠[5]。

（一）制作材料

切除底部的同一尺寸的塑料瓶4個、輸液管1支、輸液軟管1個、輸液管調節(jié)閥1個，鐵架臺1個。

（二）制作方法與過程

①將切除底部的統(tǒng)一尺寸的塑料瓶兩兩拼接，在切口處用膠槍對粘，制成兩個梭形塑料瓶。

②在兩個梭形塑料瓶其中一端的瓶蓋中間打孔（豆粒大?。?，將輸液軟管兩端分別插入兩個梭形塑料瓶的瓶蓋小孔，粘合輸液軟管和小孔連接處，然后將兩個梭形塑料瓶固定在鐵架臺上，制成類似于連通器的裝置（如圖1所示）。

③在圖1右側梭形塑料瓶上部瓶蓋打孔，孔徑與輸液管直徑相當，將輸液管用膠槍粘合在此瓶蓋的小孔處，同時，將輸液管調節(jié)閥裝到輸液管上。

④檢查兩個梭形塑料瓶中用膠槍粘合處的氣密性，向其中一個梭形塑料瓶加水，直至水沒過兩個塑料瓶用膠槍粘合處，觀察粘合處是否有水溢出以及右側梭形塑料瓶上部瓶蓋粘合處是否漏氣，若出現(xiàn)上述情況，則繼續(xù)用膠槍粘合，直至無上述情況出現(xiàn)，則表明氣密性良好。

三、教具應用：二氧化碳實驗室制備

（一）實驗用品

實驗室制備二氧化碳的自制教具、大理石、稀鹽酸。

（三）實驗過程

①檢查教具的氣密性。連接好裝置，關閉輸液管的調節(jié)閥，打開左側瓶蓋，用盛有水的燒杯從左側梭形塑料瓶中注水，打開輸液管調節(jié)閥，讓水沒過右側梭形塑料瓶的軟管口處，關閉調節(jié)閥，在液面處做上標記。一段時間后，瓶內液面穩(wěn)定，說明裝置氣密性良好。

②將裝置內的水倒出，將右邊梭形塑料瓶從鐵架臺上取下，打開梭形塑料瓶上部的瓶蓋，將水全部倒出后，添加適量的玻璃珠，防止底部的軟管堵塞，并用鑷子添加適量塊狀大理石，接著將右邊棱形塑料瓶將瓶蓋擰緊安裝在鐵架臺上，打開輸液管調節(jié)閥。然后向左側的梭形塑料瓶內添加適量稀鹽酸，稀鹽酸通過軟管流進右側梭形塑料瓶內，與大理石接觸，反應發(fā)生?？梢杂^察到瓶內有大量二氧化碳氣體產生，氣體會從右邊塑料瓶上部的輸液管逸出。關閉調節(jié)閥，梭形塑料瓶底部與大理石反應的稀鹽酸將慢慢倒流回原瓶內，固液分離，反應停止。

③實驗結束后，蓋上左側梭形塑料瓶的瓶蓋，防止稀鹽酸揮發(fā)。

（四）教具應用的評價

此教具應用于二氧化碳實驗室制備之后，對在職化學教師和初三學生進行訪談，以了解他們對該教具使用后的反饋信息，從教具的形式、使用、材料、現(xiàn)象等多個方面做出了評價。訪談結果摘錄如表1所示，綜合來看，他們認為此教具使用方便，認同其在實驗教學中能夠發(fā)揮一定的作用。

四、結論與啟示

教具依托于人教版教材九年級化學上冊第六單元實驗活動2“二氧化碳的實驗室制取與性質”的內容，利用生活中的用品自制了實驗教具，并將其應用于二氧化碳的實驗室制備實驗中，結果發(fā)現(xiàn)該教具能夠有效完成實驗，實現(xiàn)了二氧化碳的實驗室制法的創(chuàng)新。從性能上看，通過打開和關閉輸液管調節(jié)閥使反應能隨時發(fā)生、隨時停止，有效實現(xiàn)固液分離。從材料上看，該裝置的制作材料簡單，來源于生活，綠色經濟，且不易破碎，安全可靠，易于觀察[6]。在功能價值上，通過自制教具和實驗改進，能夠激發(fā)學生反思、創(chuàng)新的熱情，充分鼓勵學生自己動手實踐，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。它對于當下的實驗教學具有一定的啟發(fā)。

（一）學生發(fā)展：培養(yǎng)創(chuàng)新意識，提高核心素養(yǎng)

實驗教具的制作，滲透了模型建構與整合等高級思維能力，指向、促進學生“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的培養(yǎng)；利用生活中常見物品設計實驗教具，符合“從生活走進化學”的課程觀，體現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展和綠色化學的理念；通過實驗改進、探索與創(chuàng)新，學生將會更加關注化學學科的應用，分析、反思教材實驗，有助于他們在原有知識的基礎上“生長”出新的經驗，發(fā)展問題解決能力，也有助于形成質疑創(chuàng)新的科學態(tài)度，從而提升學科核心素養(yǎng)。

（二）教師成長：啟發(fā)繼續(xù)改良教具，促進專業(yè)發(fā)展

要制作出適用的教具，需要教師深入鉆研課程標準，認真分析教材，明確教學的重難點；需要教師了解學生，知道學生的年齡特征、智力發(fā)展水平和學習習慣；需要教師了解教具，知道現(xiàn)有教具的種類、數(shù)量、性能及適用范圍，啟發(fā)繼續(xù)改良；需要教師關注現(xiàn)代科技，了解新材料、新技術，開發(fā)新教具，并最終實現(xiàn)促進教師專業(yè)發(fā)展的目的。

（三）教學保障：方便實驗教學，推進實驗教學改革

該教具的構思理念新穎，制作材料來源廣泛、易得，加工容易，使用方便、安全、可靠，可視性強，易于觀察反應現(xiàn)象和反應過程，很適合初中生使用，方便實驗教學。同時，最新的義務教育化學課程標準非常重視使用身邊的物品進行化學實驗，自制教具是對化學教學和實驗教學反思、改進需求的熱烈響應。從化學課程的教學上來看，自制教具具有建構主義的特質，會使自主、合作、探究的教學方式走向深入，推進實驗教學改革。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022版）[S].北京；北京師范大學出版社，2022.

[2]王晶，鄭長龍.全日制義務教育教科書·化學（九年級上冊）[M]北京：人民教育出版社，2012.

[3]吳冷貞，陳女婷.實驗室制備二氧化碳的改進[J].理科考試研究，2018，25（24）：58-59.

[4]董玉玉，柴紅梅，覃一峰等.二氧化碳實驗室制取與性質實驗改進[ J].中學化學教學參考，2020（20）：69-70.

[5]韋新平.利用塑料滴管實現(xiàn)乙炔制備與性質實驗的簡易化設計[ J].教育與裝備研究， 2023， 39（8）：93-96.

[6]王榮橋.塑料礦泉水瓶在初中化學實驗中的應用[J].化學教學，2017（7）：55-57.

（責任編輯：加順花）