优化化学实验设计 发展学生科学探究能力

方扬平

（江苏省句容市教育局 江苏 句容 212400）

化学是以实验为基础的自然科学，实验是学生获取知识、进行知识创新的重要手段，是培养学生的科学兴趣、科学态度、提高学生科学探究能力的重要途径，在新课程实施中，我们就要十分重视化学实验在提高学生科学素养中的作用。以往的实验都是教师按照教材的要求准备好实验仪器和药品，学生按照实验用品和步骤“照方抓药”式的操作，基本属于纯技能的训练，停留在表现层面，缺乏足够的思维训练和兴趣养成，更不是基本方法的培养。新课程标准明确“能在教师指导下或通过小组讨论，根据所要探究的具体问题设计实验方案”。同时对教学过程建议了多个实验设计的题目。

基础知识是学生在学习过程中逐渐积累起来的，它包括化学、物理、数学、生物、社会的等多方面知识，它需要学生整个学习阶段的积累，甚至是将来工作中的不断积累。基本方法是一种系统的处理问题的思路。如果从初中开始培养学生进行一些可行的实验设计分析，学习实验设计方法，那么，当他们学会这些基本方法后，在他们遇到新情景实验问题时，他们就会知道怎样去思考。

现在，以氧气和氢气的实验室制法为例，谈谈实验设计的一般分析方法，以引导学生学习一些基本的实验设计方法，发展科学探究能力。

一、化学实验中普遍适用的知识

1．物质间的化学反应发生的一般条件：构成物质的微粒必须接触碰撞。

2．气体的流动规律：一般气体是从压强较大的地方流向压强较小的地方。

二、原理分析

表1 物质性质反应现象

分析结论：

制氧气：用氯酸钾固体与催化剂二氧化锰固体作用，在加热条件下，制氧气，可以在玻璃仪器中进行。

制氢气：用难溶性块状固体锌与稀硫酸接触反应制取难溶于水的氢气，可以在玻璃仪器中进行。

三、对原理分析结论的处理

1．药品的选择

制氧气：KCLO3（粉末）——便于混匀

MnO2（粉末）——便于混匀

制氢气：Zn（块状固体） H2SO4（稀）（溶液）

2．仪器的选择

制氧气：酒精灯——热源（附带火柴）

导气管——输送气体的管道

大试管——对制气量进行估算后选择的可以直接加热的反应容器

橡胶塞——密封连接器材

橡皮管——密封连接器材

集气瓶——集气容器及盖玻片

水 槽——排水集气法中大型盛水容器

铁架台——固定仪器

研 钵——把固体研成细微粉末

制氢气：大试管——少量制气时的反应容器

（烧瓶——大量制气时的反应容器）

导气管——输送气体的管道

橡胶塞——密封连接器材

橡皮管——密封连接器材

集气瓶——集气容器及盖玻片

铁架台——固定仪器

3．仪器使用注意事项

（1）制氧气

铁夹夹在离试管口1／3处，防止加热时烧坏铁夹。

试管口稍向下倾斜，防止加热过程中，可能产生的水冷凝回流至试管高温部分，造成温度骤变而导致玻璃仪器炸裂。

导气管伸入制气反应容器要短，防止试管中空气较长时间排出不尽。

（2）制氢气

反应容器口向上，防止液体药品流失。

导气管伸入集气瓶要接近瓶底，在排空气集气法中，便于尽快排出空气。

同理，导气管伸入制气反应容器要短。

4．实验操作注意事项

（1）制氧气

检查装置气密性，若装置漏气，则不可以顺利地进行实验。

移动酒精灯均匀加热试管中的药品，因为玻璃仪器不耐温度骤变。

避免用纸槽送药至试管中，因为，可能留下的纸屑在较高温度下与KClO3会剧烈反应。

制气完成时，应先拿出水中的导气管再停止加热。因为，停止加热后，试管中的气体体积会随温度的降低而收缩，可能造成水槽中的水沿导气管流进试管的现象。

（2）制氢气

检查装置气密性，若装置漏气，则不可以顺利地进行实验。

检查氢气的纯度。因为，氢气易与空气形成爆鸣气，给实验带来安全隐患。

四、对实验的改进

1．原理性改进

优点：不用加热。

2．方便性改进

制氢气过程中：中途加药可以不再检纯吗？（长颈漏斗或分液漏斗的加入）

能不用笨重的铁架台吗？（用广口试剂瓶替代试管）。

能更节约药品且使用更方便吗？（启普发生器及其再创造，如图1所示）

3．安全性改进

制氢气过程中：导管内塞入细铜丝防爆。利用铜的优良传导性，对进入导气管的燃烧，迅速分散其放热，使温度下降至燃点以下，以达到阻燃防爆之目的。

尾气的处理：例如，点燃排空氢气。

4．纯净性改进

洗气装置与干燥装置的引入。

5．集气装置的改进

如图2所示，A口进气集气，即向上排空气集气法；B口进气集气，即向下排空气集气法；若装满水，然后气体从B口进入，即排水集气法。或者集气瓶装满水后倒置，气体从A口进入，这也是排水集气法。这样收集气体的优点是便于设计成封闭系统处理尾气，减少对环境的污染。

综上所述，通过对实验原理的分析，结合药品、仪器的特点和实验基本操作技能，对实验装置和实验步骤加以设计，这就是实验设计的基本方法。在实验设计分析过程中，学生利用已有知识解决实际问题的能力也同时得到训练，随着学生的知识体系的建立和扩展，其独立处理实验问题的能力必将得到进一步发展。所以，发展学生实验能力，要让他们在新的实验问题中有所创造，就应该让他们学习实验设计方法，扫清他们在基本方法上的障碍，帮助他们铺平实验能力发展的起飞跑道。

在义务教育化学新课程实施中，既要重视实验技能的训练，更要注意学生实验设计能力的培养，设计一些适宜的探究分析实验，将极大地调动学生学习的积极性，开阔学生思维，学习科学方法，培养学生的创新精神，发展科学探究能力。