创新化学实验顺应时代发展——中学化学实验创新的发展趋势之我见

杜啸红

(湖北省武汉市汉南区纱帽中学湖北武汉430090)

创新化学实验顺应时代发展
——中学化学实验创新的发展趋势之我见

杜啸红

(湖北省武汉市汉南区纱帽中学湖北武汉430090)

文章先简述了中学化学实验创新的意义,然后借助几个成功的实验创新案例,逐步分析中学化学实验创新的发展趋势。发展趋势为：装置简单化、操作便捷化;进程快速化、现象显著化;体验趣味化、过程安全化;用品生活化、场所家庭化;规模微型化、排放绿色化;组合系统化、功能全面化。

中学化学;实验创新;发展趋势

化学是一门以实验为基础的自然科学。化学实验除了可以帮助学生获取基本的化学知识、培养基本技能以外，在激发学生的学习兴趣、教会学生科学的探究方法、养成严谨的科学态度、丰富学生的情感体验方面，有着其他教学方式不可替代的功能。然而现行教材所涉及的有些实验存在着不足，如果对它们进行科学地改进和创新，不仅能够大大地改进实验教学条件，而且还能进一步地引导学生进行多角度、深层次的理性思维，培养学生质疑权威的批判精神和锐意创新的意志品质。

化学实验的创新，不能为了创新而创新，而应该在不违背科学原理的前提下，优于原有的实验，这样才能促进实验教学，提高学科的课堂教学效率。笔者透过以下几个成功的案例，总结出中学化学实验创新的几大发展趋势。

一、装置简单化、操作便捷化

实验教学是为化学知识和技能的学习服务的，所以对实验的改进，必须有利于教师对实验的准备，方便学生的组装和操作，容易获取明显而直观的实验现象。

例如：对新人教版初中化学教材里白磷在热水中燃烧的实验，有老师改进成直接将空的冷试管倒插入热水中，罩住杯底的白磷，利用受热膨胀从管口溢出的空气，使白磷在水下燃烧起来（如图1所示）。这样省去了制取氧气的装置和操作，简便易行，而且现象明显，在保证原有的实验效果的前提下，提高了课堂效率。

二、进程快速化、现象显著化

现行的人教版化学教材中，有的实验由于原理和条件上的限制，要么条件苛刻导致耗费时间过长，要么成功率不高或者现象不够明显。

图1 白磷在水下燃烧

例如：点燃蜡烛熄灭后的白烟的实验中，由于吹灭蜡烛导致白烟散开，再用打火机去点火，成功率很低。可改进为：用较粗的铜丝绕成一厘米左右长短、直径合适的螺旋圈从上往下，缓慢地罩住蜡烛的火焰，由于铜圈吸热使烛火的温度降到着火点以下而熄灭，此时产生浓厚的白烟，用打火机一点就着，成功率极高。

再如新人教版教材中木炭还原氧化铜的实验，不仅要加热到高温，耗时较长，而且黑色粉末中出现红色固体的现象不够明显。湖北武汉的周召兵老师将其改进成如图2所示：将胶头滴管折成带有橡胶乳头的玻璃弯管，事先用胶头滴管吸水后，如能形成一段稳定的水柱，则说明气密性良好。再用铝槽把木炭粉与氧化铜按1∶2的体积比配制好的药品较集中地铺在玻璃横管的中央，固定已加入石灰水的试管，使试管与桌面成45°角，将玻璃弯管的尖嘴部分插入试管中，调节高度，用酒精灯的外焰加热玻璃弯管的药品部位。片刻就会观察到试管内澄清的石灰水变浑浊，弯曲的滴管内壁亮红色的固体生成。这样改进后，装置简单而不失科学：通过提高热量的利用率，从而达到反应所需的条件，而且用时少，现象明显，操作容易，既符合初中学生的实验心理，也能提高实验的成功率。

三、体验趣味化、过程安全化

“兴趣是最好的老师”。许多学生对化学产生浓厚的兴趣源自于实验。各种“新”、“奇”、“特”的实验现象，不仅可以引导学生步入化学之门，还能激发他们强劲而持久的学习热情。所以对实验的改进，必须增强其趣味性。同时更要提高实验过程的安全性，这样使趣味性和安全性兼备，增强学生对化学的亲切感，体现出化学的人性化发展方向。以下是笔者对“氢气验纯”和“氢气爆炸”的改进——“巧用泡泡水，改进氢气的实验”

图2 木碳还原氧化铜实验

之一：火探水泡（检验氢气的纯度）

向蒸发皿里倒入适量的泡泡水，然后将发生器中产生的氢气通入泡泡水中，待产生几个氢气泡时，停止通入氢气并移开导管及发生装置。立刻用电子点火枪点燃氢气气泡，如果听到较大的“嘭”的爆鸣声，就证明氢气不纯，如果产生的爆鸣声极小，几乎听不到，则氢气纯净，现象对比明显。（见图3）

图3 检验氢气的纯度

之二：飞泡扑火（氢气的爆炸实验）

将铁圈调整到合适的高度，放上铁丝网，再在铁丝网上放几支燃着的小蜡烛，然后套上蘸有足量的泡泡水的吹嘴，在铁丝网的正下方约10厘米左右吹氢气的气泡，当脱离吹嘴的气泡上升至铁丝网处时即破，氢气溢出后与空气混合并被烛火点燃，发生爆炸同时发出“砰”的爆炸声，现象非常明显。（见图4）

图4 氢气的爆炸实验

这样改进以后，以气泡代替盛放氢气的试管和纸筒，简化了实验装置和操作步骤，而且现象明显，成功率高。整个实验过程中，氢气都是在一个开放的空间内点燃，不会出现爆炸导致容器或者其碎片伤人的危险，安全性高。而且趣味性也更强，在实验过程中，随着爆炸声响起，部分蜡烛被炸熄灭后，有时又会被后来氢气爆炸时产生的火焰重新引燃，学生做起来兴致盎然。

四、用品生活化、场所家庭化

著名的教育家陶行知说过：“生活即教育”。所以，积极地鼓励学生大胆地选用生活用品替代专门仪器，组建自己的家庭实验室，完成科学的、安全的实验探究，正是“从生活走进化学”的理念在化学实验教学中的具体体现。

例如：人教版中红磷燃烧法“测量空气中氧气的体积分数”的实验，将其做出如图5的改进：用注射器代替广口瓶及盛水的烧杯，用食品包装袋中的脱氧剂代替红磷，先用双面胶把潮湿的脱氧剂固定在针筒的内壁，再将活塞推入一个合适的刻度，然后立即用胶皮管和弹簧夹封紧针头，最后读出活塞停止时所指示的刻度。这样改进后，不仅装置简单，操作便捷，现象明显，而且测量数据更加准确，还特别适合学生在家里自行完成。很好地体现了化学实验的生活化、家庭化的发展方向。

图5

五、规模微型化、排放绿色化

化学实验的废弃物，也是环境污染物之一，而且有些化学实验过程中原本就会放出有毒有害的气体（如：氨气、二氧化硫、一氧化碳等等），对师生的身体健康造成危害。因此，在不影响实验效果的前提下，尽可能地减少药品的用量，减少污染物的排放，甚至不排放出有毒有害物质，对实验进行微型化、绿色化的改进显得尤为迫切。

例如新人教版课本中，氨分子扩散的实验，浓氨水的用量就很大，实验时氨气的气味浓烈而刺鼻。江苏徐州的李德前老师对其作出如图6所示的改进：用小药瓶装浓氨水，塞上带有导管的橡皮塞，两个导管之间用内含玻璃珠的软胶管连接，连接好装置后，由于软胶管被玻璃珠堵塞，氨分子不能扩散出来，滴有酚酞试液的纱布条不变红。再用力挤捏玻璃珠，上下导管相连通，氨分子从小药瓶扩散到玻璃管里，可以观察到纱布条自下到上逐渐变红。这样改进后，小药瓶里的浓氨水用量少不说，还可以重复使用多次，而且氨气的排放量也很少，突显了化学实验微型化和绿色化的发展趋势。

图6

六、组合系统化、功能全面化

现行教材上的物质的制取和性质实验，有利于学生在鲜活的现象中感知物质的特性，但是大多都是分开逐一展现的，不仅加大了药品的用量，而且耗时较长。如果我们将它们进行科学的系统组合，就能很好地解决这一问题，切实提高实验教学的效率。

例如：李德前老师的“氯气的制取和性质集成化实验组合”（如图7所示），巧妙地将氯气的制取、各项性质实验以及尾气处理实验有机地组合在同一实验装置当中，教师就可以通过这一次实验，让学生全面地认识氯气的制取、各项性质以及吸收方法。不仅Mg2+的化学平衡反应方程式。通过Ca2+、Mg2+的添加，学生认识到肥皂不在海水中起泡是因为海水的硬度比一般的水质要大。然而对于EDTA能够使浊液溶解并产生泡沫感到惊奇并不可理解，有25%的学生认为是EDTA直接与Ca2+、Mg2+之间的络合。但事实上，EDTA作用是由于它能够与沉淀CaCO3、MgCO3中的Ca2+、Mg2+离子形成可溶性络合物。同理，不难推测实验6中的现象，EDTA将不溶的脂肪酸盐转化为其可溶性的钠盐形式。

不难看出，学生能较好地运用以往知识来解释现有的现象，但对软化剂是什么，怎么作用并不了解，教师可以借洗涤液中的软化剂成分，对作用原理加以介绍，利用学生的兴趣引发他们对生活中的现象的深层次思考。综合来看，肥皂泡的起泡效果与水的硬度和洗涤剂的成分都有关系。

四、结论

这个看似简单的试验结合了日常常见的生活现象，从肥皂泡引发的对于水硬度的思考引起了学生的广泛兴趣。这种使用安全、廉价的反应物和简单装置的实验，通过结合巧妙的教学设计能够引导学生进入更深层次的思考，不仅可以引发对化学原理的探讨，如配合物的形成、离子交换等知识；更能够激发学生思考更加广泛的问题，包括水体污染、饮用水的软化问题与方法、洗涤剂的研发等关于水的硬度的深层次的思考。实验的真实情景化教学与模拟实验相结合，突出实验原理教学，让实验教学不再局限于书本。

［1］王祖浩等.高中化学选修1《化学与生活》［M］.南京：江苏教育出版社,2006

［2］Yappert,M.C.;DuPre,D.B.J.Chem.Educ.［J］.1997,74：1422-1423

1008-0546（2013）04-013-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2013.04.005