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  化学是一门以实验为基础的学科。化学实验是中学化学教学的一个重要组成部分,它对于化学现象、化学概念的理解起着重要的作用.并且实验教学可以激发学生学习的兴趣,帮助学生形成概念,获得知识和技能,培养观察能力和实验能力,还有助于培养学生实事求是,严肃认真的科学态度和科学的学习方法。因此,我们不仅仅要做实验,更应改进实验教学、探索实验方法、完善实验理论。下面是本人在初中化学实验中常常采用的一些实验策略和对在化学实验教学中的几个因为缺少药品或仪器的实验进行了改进.

 

一、化繁为简

 

 

 
化学实验在保证实验效果的前提下,一定要直观、显明、省时、准确、安全。

 

例如:在探究二氧化碳的性质实验时四个实验可以用一个装置完成,方法是,取一个三通管,在它的上部和下部各放一张湿润的蓝色石蕊试纸,然后,将它与二氧化碳的发生装置连接。不一会,可观察到下部的试纸变红,而上部的试纸不变色,证明了二氧化碳密度比空气大,二氧化碳能与水反应生成碳酸。再将一燃着的木条放在三通管的上方,观察到火焰无变化,再把燃着的木条放在下口处,观察到木条立即熄灭,由此证明了二氧化碳的密度比空气大,同时还证明二氧化碳既不燃烧也不支持燃烧的性质。最后将三通管取下来,把试纸变红的那端放在酒精灯火焰上加热,很快看到试纸由红色重新变成蓝色,说明碳酸不稳定。此实验的优点是:操作方便,快而明显,证明性质更多,更能引起学生的兴趣。特别是学生分组实验,更加实用。

 

二、多步组合

 

根据化学实验应现象明显、易于比较和力求省时的要求,我们可以把多步实验合在一起同时进行。在探究温度、浓度、催化剂对化学反应速率的影响的实验时,采用了如右图所示意的装置:

 

步骤为1.用胶头滴管吸取20%H2O2,加入具支试管中,塞上橡皮塞,观察常温反应情况。

 

2. 取下橡皮塞,迅速加入少量MnO2粉末,迅速塞紧塞子,可观察到大量气泡迅速逸出,右端的量气装置两玻璃管中液面迅速升降。

 

3.待上述反应停止后,取下橡皮塞,用胶头滴管吸取10% H2O2,塞好塞子,将H2O2迅速挤入具支试管中,可观察到气体逸出速度明显变慢,右端的量气装置两玻璃管中液面升降变缓。

 

4.加热具支试管,可观察到气体逸出的速度加快,右端的量气装置两玻璃管中液面升降变快。

 

本实验所用的药品种类和用量都较少,操作简便,实验现象明显。用同一个实验装置演示说明了浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响等多个实验问题。选用了玻璃管中装有红色液注的量气装置来定量地说明浓度、催化剂、温度对化学反应速率的影响,使实验现象更直观,更具有说服力。

 

酸溶液使石蕊和酚酞的变色与碱溶液使石蕊和酚酞的变色同时做,对比实验更易使学生记住这些颜色的变化;多种金属和酸的反应可一次完成,以比较其反应的快慢;NaOHFeCl3NaOHCuSO4的实验同时演示,四种不同的颜色变化更能引起学生强烈的兴趣和注意;悬浊液、乳浊液和溶液的实验同时进行,更易比较它们的区别;较高温度下的NaCl饱和溶液和KNO3饱和溶液同时降温,学生看清了的KNO3大量析出而NaCl则几乎没有,理解了结晶的两种不同方法......

 

三、改进创新

 

达尔文说:任何改进,都是进步。同样对实验的任何改进往往具有积极的意义,甚至起到意想不到的效果。

 

1.改进装置

 

对实验器具选择及使用进行改进,使得实验操作更方便,方法更简单,效果更明显,说服力更强。

 

又如:在探究酸碱度对人的头发的影响的实验时,步骤中有用手拉断头发,感受拉断的难易程度的操作,凭手的感觉很不容易感受力的大小,在这里我改用弹簧秤去拉,做法是把头发的一端打一个节挂在弹簧秤上,另一端绕在手上,观察拉断时所用力的大小,这样不仅易于操作,而且能数字准确记录力的大小,便于比较,结果更有说服力。

 

2.改进原料

 

对实验所用药品及用量进行改进,使得实验效果更明显,实验的安全性更好,实验可视性更明晰,另外,对于有些实验的材料,由于受条件或季节的影响,无法得到合适的原料,从而影响实验的继续进行。例如:在自制酸碱指示剂的探究实验时,由于课程在二三月份时学习,正值冬季,没有什么鲜花可以做实验材料,我改用了一些干花瓣做原料,用酒精浸泡后,获得了同样的结果。受此启示,学生中有的将干紫草用酒精浸渍,紫草原液遇酸变红,遇碱变蓝。有的用杨梅汁,遇酸显红,遇碱显蓝。有的采来菜园的篱笆上干菜花,如丝瓜花浸泡汁,在酸性溶液中显红色,在碱性溶液中显黄色。进一步的探究,怎样长时间的保存和使用这些试剂呢,经过讨论,探索,终于得出了较好的办法:将有关汁液用滤纸浸渍,凉干制得试纸,使自制酸碱指示剂的应用的以延伸。

 

3.改进过程

 

有的化学实验过程中,因为操作步骤的不严密,可能导致产生错误的理解,对实验的操作程序及步骤进行改进,使实验过程更加简捷,实验步骤更加合理,就需要根据具体情况适当改进一下实验过程。

 

例如:CO2Ca(OH)2反应有沉淀生成,而与NaOH反应无现象,那么CO2NaOH是不是确实发生了反应?对于这种无现象的反应能不能设计出一些实验,使反应产生一些现象,从而直观地证明两者发生了反应?在此探究活动中,学生设计的众多方案中有这样一例 :由于CO2NaOH反应生成Na2CO3,将CO2NaOH反应,在反应后的溶液里滴加HCl,如果有气泡产生,证明CO2NaOH发生了反应。但是对这样的设计方案过程中是否严密的问题,也有人提出了疑问:

 

因为CO2也能与H2O反应生成H2CO3,同样含有CO32-,怎么知道是Na2CO3中的CO32-与酸反应放出的CO2,还是H2CO3中的CO32-与酸反应放出的CO2?怎么消除H2CO3的影响?

 

所以将实验过程做了一点改进:先将反应后的溶液加热,使H2CO3分解,再滴加HCl

 

经过改进,这个实验方案变得完整,实验证明,加热后,再滴加HCl,有气泡产生,证明CO2NaOH确实发生了反应,使实验解除了疑问,排除了干扰,获得了准确的结论。

 

4.改进方法

 

有的实验实验按照课本上的操作方法,现象不很明显,观察不到,对知识的理解印象不深。就要对原有的方法进行改进。

 

例如:固体氢氧化钠溶于水放热实验,用手触摸试管外壁时,现象不很明显,于是做了如下改进:将试管注入少量水,加热至沸腾,移开火焰,水停止沸腾,加入氢氧化钠固体少量,发现溶液又重新沸腾,说明氢氧化钠溶于水放热,使水又沸腾了。

 

四、补充强化

 

对一些实验可以在原实验的基础上补充,以增强学生对这方面知识的理解和深化。

 

例如:在做金属氧化物与酸反应的实验时,书上只让学生探究了氧化铁与稀盐酸的反应,为了更进一步探究这一性质的普篇性,增设探究了氧化铜与稀硫酸反应的实验,并对传统的这一实验做了一点改进,将一根铜丝擦光亮后,一端绕成螺旋状放在酒精灯火焰上灼烧,使这段变黑,然后趁热放进稀硫酸中,一会儿就可以看到螺旋上的黑色消失铜丝又变得光亮了,溶液也由无色变成蓝色。这一实验具有节约、省时、形成对比的特点,既加深了学生对金属氧化物与酸反应的性质的理解,实验现象的记忆,又巩固了铜的化学性质,增强了实验效果。

 

又如:在讲授灭火的方法时,学生对隔绝空气可以灭火很容易理解,但对将温度降低至可燃物着火点以下同样可以灭火,总是持怀疑态度。为了使学生真正理解灭火原理,我们增加了一个降低温度灭火的实验。实验过程是这样的:向一个250 mL的烧杯中加入150 mL左右的水,然后在水中加入适量的NH4NO3,并不断搅拌,使水的温度急骤降低。接着将少量豆油倒入一个小铁盒中,并点燃;用坩埚钳把小铁盒放在烧杯冰冷的水面上,学生这时可以看到由于温度的降低而使火焰一下熄灭。为了使观察到的现象更全面,把小铁盒拿出来,重新点燃,残留在铁盒中的豆油在空气中则再次燃烧起来。至此学生对降低温度可以灭火深信不疑,同时也加深了对灭火原理的理解。

 

五、增设必需的实验

 

对于重要的知识,虽然教材未安排实验,但增加是必要的。初中化学实验的趣味性还不够,大量的实验需要改进,以增强化学实验的趣味性,加深对知识的理解。

 

例如:用石灰石和浓硫酸反应来制取CO2是不可行的。如何让学生信服和领会?可增做石灰石和硫酸反应的实验,学生会看到只有刚开始冒出一点点气泡反应便停止了。对此结果学生会产生疑问,教师再引导学生分析,就很容易弄明白了。

 

再如:NaOHCO2能否反应,教材是直接给出的,这难以使学生信服,因此很有必要增设。我采用的是喷泉实验,如右图,操作如下:在250 ml圆底烧瓶中先加入约5 gNa2CO3粉末,然后再加入5 ml浓盐酸,使其充分反应生成CO2,然后倒入5-10 mlNaOH溶液,迅即塞好带有导管的橡皮塞,晃动烧瓶,使其充分反应,将它倒置在铁圈上,打开导管上的止水夹,可观察到水迅速地进入烧瓶且变为红色,形成美丽的喷泉!学生会立即得出这是CO2反应完的缘故。这时再分析CO2NaOH的反应及方程式的书写便是水到渠成了,学生也更感兴趣了。

 

六、微型节约

 

为了开设学生实验,学校每个学期都要购买大量的实验仪器和药品,花费一笔不小的实验经费,实验老师在学生实验前还需要花费大量的时间去准备实验,不仅浪费人力物力,学生的实验效果也不明显。微型实验的试剂用量比常规实验节省得多,且许多实验还可以采用代用品作实验,在仪器上花费也很少,故微型实验大大节省了实验经费。微型仪器来源广泛,可以做到人手一套。可使绝大多数学生都有动手做实验的机会,改变过去那种“一人做、大家看”的局面;使学生由过去被动“等待”和“接受式”的学习方式,变为“主动”和“探索式”的学习方式;使多年来提倡的“启发式”、“学生为主体、教师为主导”的教学方法得以实验。教学中,教师只要积极引导,学生通过自制仪器和动手做实验,既训练了动手能力,培养了创新思维,同时较强的参与意识及微型实验内在的魅力,又大大地激发了学生进行化学实验的兴趣。

 

例如:用滤纸片作为载体可以完成许多的化学实验,在滤纸片上完成化学实验相对于在试管、烧杯中完成化学实验既节约药品,又方便操作。

 

1、酸、碱、盐的导电性实验(以氯化钠溶液为例)

 

实验过程:⑴ 将电流计、电池串联在一起, 然后在电流计和电池的另一端分别联一表笔;⑵ 把滤纸放置在表面皿上,然后在滤纸片的中央滴上2滴氯化钠溶液;⑶ 将联接好电路的两个表笔分别同时接触在滤纸片中间的湿润部位(注意:两表笔不能接触),可以观察到电流计指针偏转。

 

2、液体与液体的反应实验(以碱与指示剂的反应为例)

 

实验过程:⑴ 取两块滤纸片,将其分别放置在表面皿的不同位置上,然后在其中间部位分别滴上一滴氢氧化钠溶液。⑵再在两滤纸片上有氢氧化钠溶液的部位分别滴上一滴石蕊试剂和酚酞试剂,即可观察到滤纸片上的颜色变化。

 

又如作炭还原氧化铜的实验,耗时长,现象不明显,将此实验作以下改进:

 

①将直径约4mm玻璃管截取两根长为10cm,其中一根用酒精喷灯将一端封口,制成微型试管,另一根弯成近90°作为导管;

 

②取0.1gCuO粉末和0.01g碳粉,在白纸上轻轻混匀后,把药品小心送入自制微型试管底部,将管口稍稍向下倾斜固定于微型操作台上;

 

③小心敲动试管,使药品平铺在试管底壁上;④用胶管将微型试管和导管连接,并通入盛有2ml饱和石灰水的小试管中。如图所示:

 

 

⑤用酒精灯加热微型试管,加热约1min后,微型试管出现水珠,这是药品中含有少量水分;加热至10min时,澄清饱和石灰水出现混浊;加热至12min移去导管,移去酒精灯,冷却后,微型试管壁附有一层红色铜,现象十分明显。

 

七、绿色环保

 

绿色化学是可持续发展的需要,是现代化学的新发展和重要特点。化学实验绿色化是社会发展的需要,是学生身心健康发展的需要,是进行环境教育的需要,也是了解现代化学发展和趋势的需要。

 

中学化学教学过程中,无论是演示实验还是学生实验,常常是有毒的物质参加反应,若处理不当,对环境会造成污染。针对这一问题,而引导学生积极思维,进行创新,对实险进行绿色化设计。

 

硫在氧气里燃烧的实验有一定的污染,在做这个实验时作了以下改进,并将模拟酸雨的危害一起作,具体是:把一个小燃烧匙的柄固定在橡皮塞上,在集满氧气的集气瓶里倒入少量的水,放入一粒锌、一小块大理石和一片树叶。将少量的硫在燃烧匙内点燃,马上观察火焰的颜色后,伸入集气瓶,塞上橡皮塞,观察火焰颜色变化,熄灭后振荡,一会儿,就可以看见锌和大理石表明有少量气泡冒出,树叶发黄。该实验集几个实验于一体,验证了氧气的性质,酸雨的成因和危害,消除了实验中SO2对空气的污染。

 

课改教材对比原教材,增加了白磷在热水下面通氧气燃烧的趣味实验。作为探究性实验,提供给学生进行操作,但是该设计有三个弊端:①生成物污染大,②易燃物处理不好不安全。③向热水下通氧气时,水下白磷会到处“乱跑”。部分白磷会浮上水面燃烧,也有不安全隐患存在,改用以下几种方式较好。

 

1)红磷、白磷着火点比较:将吸干水的白磷、红磷加入试管内,塞上橡皮塞、再将试管同时浸入热水里,让白磷在试管内安全的燃烧。红磷不会燃烧。取出盛红磷的试管留待下一班的学生做相同实验。

 

2)白磷的燃烧需要氧气的支持:在一试管内注入热水,加入一小粒白磷,再把试管放入盛热水的烧杯内。通入空气,既可观察到白磷在热水下燃烧,又可控制白磷不致“乱跑”。

 

八、模拟实验

 

有些实验的效果不明显,特别是某些演示实验,由于观察角度、教室或实验室光线、距离讲台的不同,实验效果有显著不同,同样这些实验也必不可少,这就存在一个增强实验的可视性问题,如将演示实验改成边讲边实验,或将通过现代教学技术放大实验效果或模拟动画等。对于一些危险的、有毒的、复杂的、多次重复的或微观粒子的实验用计算机进行模拟演示实验更是可行的,甚至是必须的。 

 

【作者简介】 宋丽,女,南漳县高级中学化学骨干教师和学科带头人。在平时的课堂教学中,面向全体学生,以智能目标为核心,一情感为动力,构建“活化双基,开发智力,激发兴趣,创新思维,学以致用”的教学模式,讲究教学策略,重视创设问题情境,结合学科特点,优化学生的认知结构,教学效果好,同时重视学生的品格教育和自身的教学反思,所教班级中考成绩均名列前茅。在多年的教学工作中,根据学科特点,特别是在化学实验的改进与优化中,做出了多方面的实践与研究,并取得了显著的成效,大大激发了学生的学习兴趣,培养了学生的创新精神。在2005年的湖北省化学两学会学术年会论文评选中,《中学化学实验研究性学习的研究与实践》获得市优秀论文一等奖,在人教网的化学栏目中发表过教学案例、教学随笔、实验改进、测验试题等。 

    
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