趣味化学实验在新教材实验教学中的妙用

吴桂英 夏年利 袁仕琼

2010年9月四川省金堂中学校开始使用人教版高中化学新教材，我们是第一批使用新教材的教师。人教版高中化学必修1“引言”中第一句话就是“化学是一门充满神奇色彩的科学”。我们深知这句话的深刻含义，更知趣味化学实验的魅力所在。为了突出化学学科的特色，创新课堂教学方法，营造课堂气氛，在两年多的新教材实验教学中，充分挖掘与教材内容相关的趣味实验，精心设计实验方案和研制新型教具，功夫不负有心人，我们设计的趣味化学实验方案《奇妙的化学溶洞》，在“2011国际化学年全国趣味化学实验设计大赛”中以总分第二名的成绩荣获一等奖。喜获大奖，激发了我们的研究欲望，奇妙化学，创意无限，更让师生感受到化学实验的神奇与魅力。两年来我们在趣味化学实验研究中取得了丰硕的成果，下面主要介绍我们的经验和经典趣味化学实验案例，供同行参考。

一、趣味化学实验研究的主要途径及重要意义

伟大的科学家爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。”在化学课堂教学中，学生一旦产生了学习化学的兴趣，就可以形成一种主动获取知识的强烈欲望，在这种强烈欲望的驱使下，学生就能主动克服学习过程中的种种困难，自然而然由被动接受知识变成主动参与学习，甚至把艰苦的学习当成是快乐的享受！

趣味化学实验的研究方法多种多样，其主要途径有：

(1)利用教材中现有的实验，巧妙设计趣味化学实验。如：Na2O2与H2O反应设计为“滴水生火”实验。

(2)利用教材中的概念、原理，巧妙设计趣味化学实验。如：H2O2的分解设计为“蛋糕”实验(KI催化剂+洗涤剂起泡剂)。

(3)利用逆向思维方法，巧妙设计趣味化学实验。如：将“水中花园”实验中的难溶物的生长方向由下往上生长改为由上往下生长，用磷酸盐等作生长液，实验效果更加奇特壮观。

作为一名化学教师，我们应该根据化学学科的特色，在课堂教学或课外活动中多开展一些趣味化学实验活动，这对激发学生学习化学的兴趣、培养学生创新能力和提高教学质量，都具有十分重要的意义。

二、趣味化学实验研究案例

1.神奇的结晶实验

(1)自制多种大晶体

妙用一：在进行人教版高中化学选修3第三章第一节《晶体的常识》教学时，课前在实验教师的协助下自制了硝酸钾(如图1所示)、硫代硫酸钠(如图2所示)、磷酸氢二钠(如图3所示)、磷酸二氢铵(如图4、图5所示)、硫酸铜(如图6、图7所示)等晶体，用于课堂展示，这些晶体可以帮助学生理解“晶体具有一定几何形状”的概念，也激发了学生学习化学的兴趣。

图1

图2

图3

图4

图5

图6

图7

在本章的实验教学中，不仅展示了自制的晶体，还设计了多个实验方案供师生在课内和课外探究。

(2) 醋酸钠过饱和溶液的结晶实验

妙用二：《晶体的常识》一节中，教材只对途径“气态物质冷却不经液态直接凝固(凝华)”设计了实验3-1，而对途径“溶质从溶液中析出”未设计实验。我们可以把87页“热袋的秘密”实验提前安排在实验3-1后面进行，但要把该实验设计为探究性实验“探究不同浓度醋酸钠溶液的结晶效果”。 一般4～6人为一个实验小组，教师在课前配制所需浓度的热溶液(分别保存在锥形瓶中)，上课时分发给每个实验小组。实验时每个小组要记录不同浓度结晶过程所用时间，有条件的小组用相机录制整个结晶过程。

实验一：分别将锥形瓶中已冷却至室温的不同浓度醋酸钠溶液100 g倒入5个培养皿中，依次向每个培养皿(直径12 cm)中央加一粒醋酸钠晶种，观察结晶过程及效果，并记录结晶过程所需时间。

下面是一个实验小组的实验过程记录(见表1)及结晶过程照片(如图8～11所示)。

表1 实验过程记录

图8

图9

图10

图11

学生通过触摸结晶皿的外壁，证明在结晶过程中放出了大量的热量，有助于学生理解“热袋”的秘密(证明了热袋内盛装的是含水的醋酸钠)。

实验结论：从表1和图8～11可知，在相同条件下，浓度越大，结晶速率越快。

妙用三：为了激发学生学习化学的兴趣，在本章的教学中还安排了一次课外活动“快速自制醋酸钠石笋”。

实验二：快速自制醋酸钠石笋

将配制的100 g浓度为 60%的醋酸钠热溶液转移到锥形瓶中冷却至室温，再将冷却的过饱和溶液缓慢倒入培养皿中央的醋酸钠晶种上，即可快速自制醋酸钠石笋。

图12～14是学生课外活动照片。

学生们专注的神情，发自内心的微笑，使我们更加深刻地感悟到趣味化学实验研究的真正价值。

图12

图13

图14

(3)磷酸二氢铵过饱和溶液的结晶实验

妙用四：选修3中“明矾晶体的制备”实验，可按实验三进行，改进后的实验效果更奇特壮观，趣味性更强，更能激发学生学习化学的兴趣。

实验三：NH4H2PO4晶体的制备——人造“水晶”

操作步骤：在500 mL的烧杯中配制40%(浓度与室温有关，一般30%～40%)的磷酸二氢铵热的过饱和溶液500 g，加盖冷却，备用。将冷却的过饱和溶液倒入已布景的结晶容器中，再在塑料树上加1～2粒磷酸二氢铵晶种，加盖静置，观察并记录结晶现象。第2天取2/3饱和溶液于烧杯中，再加入60 g磷酸二氢铵晶粉，加热溶解，冷却后倒入结晶容器中，根据个人喜好重复补充晶粉多次。待晶体长到理想的长度时，加盖密封保存(如图15所示)，也可将饱和溶液倒出后密封保存，一件精美的DIY艺术作品就制作完成了!

图15

妙用五：进行选修3 “晶体的自范性即晶体能自发地呈现多面体外形的性质”教学时，采用实验四方案，将抽象的概念直观化。

实验四：探究NH4H2PO4晶体的自范性

选取实验三样品中的一根晶体将其折断，再将晶体(两端不规则)平放在该饱和溶液中，隔几天观察被折断的晶体外形有何变化(两端修复为原来的规则晶形)。

学生在课余时间完成实验三和实验四，便于学生理解饱和溶液中溶解与结晶的关系，晶体生长是以晶核为中心生长、晶体的自范性等结晶知识。我们还向学生开放实验室，学生在实验室亲自完成硫酸铜、明矾、磷酸二氢铵和磷酸氢二钠等大晶体的制备。这些实验活动培养了学生的观察能力和实验探究能力，学生在探究活动过程中收获了成功与快乐。

(4)奇特的结晶现象产生的教学效果

通过该系列实验方案的开展，有利于学生理解结晶知识。学生亲自体验晶体的生长过程，调动了积极参与、小组合作学习的氛围，培养了学生的探究能力和审美情趣。促使学生不断探索问题，体验科学家实验成功的快乐和实事求是的科学精神，学生在实验探究活动中真正体会实验之美以及化学的独特之美。

2.“沉淀反应实验装置”在新教材教学中的妙用

(1)研究背景

2011年我们利用逆向思维法将师生喜爱的 “水中花园”实验进行巧妙的设计，收到了非常奇特的实验效果，宛如自然界的溶洞奇观(如图16所示)。完成这个实验的关键，必须制作一个特制的实验装置“沉淀反应实验装置”(如图17所示)，它是由反应容器和多孔网状塑料筛组成。

图16

图17

该实验设计方案在“2011国际化学年全国趣味化学实验设计大赛”中得到评委们的高度评价，参赛归来，我们又对教材中的很多沉淀反应进行研究，并用“沉淀反应实验装置”进行实验，收到了更加奇特的实验效果。由于不同的沉淀反应生成的难溶物颜色和形状有所不同，而且反应的速率也不一样，这样就产生了千姿百态的实验效果(如图18～22所示)。

图18

图19

图20

图21

图22

(2)反应原理

固体物质与生长液接触发生化学反应，在固体物质的表面形成具有半透膜性质的难溶物。该半透膜允许水分子往固体表面渗透，渗入的水又溶解固体物质，溶解液在重力的作用下，流向生长点(乳芽)，又与生长液反应生成新的半透膜。这一过程不断重复，使固体物质在生长液中生长成美丽的“钟乳石”“石柱”，部分溶解液随难溶物掉落到瓶底，又从瓶底往上生长，形成“石笋”，宛如自然界中的溶洞奇观。

(3)“沉淀反应实验装置”在新教材实验教学中的妙用

用我们设计制作的“沉淀反应实验装置”可以完成初、高中教材中许多沉淀反应实验，奇妙的实验效果深受师生喜爱。我校的化学权威吴子林老师说：“我教了几十年的化学，还从没有做个溶洞模拟实验。现在好了，有了你们设计的方案，在初三讲‘钟乳石、石笋和石柱的形成’就好讲了。”在研究期间，经常有学生在实验室的窗口停留观看。

妙用一：人教版初三化学教材6页和高中化学必修1的33页，“氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应”如果按教材进行实验，只能看到一团蓝色沉淀，而用我们设计制作的“沉淀反应实验装置”则能观察到一定形状的蓝色沉淀。直观形象的实验现象，能产生强烈的视觉效果，有助于初三学生理解“化学变化”的本质和高一学生理解“离子反应发生的条件” 。

妙用二：人教版高中化学必修1的59页增设一个“明矾晶体与0.35%的NaOH溶液反应”的趣味实验。这个实验便于学生认识絮状沉淀，了解明矾的净水作用。

妙用三：人教版初三化学教材中“石笋和钟乳石的形成”，教师可根据学校的实验条件(药品)用“沉淀反应实验装置”进行实验，完成“模拟自然界溶洞形成过程”的趣味实验，目的在于直观形象地展示自然界溶洞中钟乳石和石柱的生长过程，千姿百态的实验现象，有利于激发初中学生学习化学的兴趣。

妙用四：人教版高中化学必修1“引言”教学中，增设一个沉淀反应的趣味实验，让学生领悟“化学是一门充满神奇色彩的科学”和“神奇而又平凡，正是化学最为引人入胜之处”这两句话，以激发学生学习化学的兴趣。该趣味实验可以使教材内容更加具体化、形象化，让学生真正体会到化学的神奇与魅力。

化学是一门以实验为基础的学科，化学实验是师生发现化学之美的眼睛。作为一名中学化学教师，我们要善于发现实验的独特之美，用艺术的眼光去欣赏美，想方设法创造化学实验之美。让学生在美的熏陶下，去感受化学实验的神奇与魅力，以激发学生学习化学的兴趣!

三、趣味化学实验研究的效果

1.给学生以“灵活”的学习

趣味化学实验能使抽象的化学概念直观化，能使化学课堂形象生动、气氛活跃、增光添彩，学生在探究过程中跃跃欲试、情绪激昂，能将抽象的知识变得形象生动，便于学生理解应用。

2.给师生以“美妙”的体验

趣味化学实验能将化学神奇的色彩、奇妙的现象展示给师生，让学生体会到学习化学是一种乐趣，从而转化为乐学，真正体会到化学变化的独有魅力!

3.给师生以“激励”的作用

学生在趣味化学实验体验活动中，能激发学生学习化学的兴趣；教师在趣味化学实验研究过程中，能激发教师的钻研精神和创新意识。

4.给学生以“未来”的航向

趣味化学实验引导学生将来钻研化学、从事化学专业的学习，让我们的化学事业后继有人。

四、结束语

作为一名化学教师，我们应该利用化学学科的特色，精心设计具有艺术魅力的趣味化学实验方案，使化学课堂更加丰富多彩，让学生体会化学艺术的魅力，使学生徜徉在创意的快乐之中，放飞心灵，放飞思维。趣味化学实验贯穿整体教学过程的始终，课前有，课后有，课外活动有，学生生活中也有，使学生在愉快的学习中，思维得到积极发展，加快知识同化，提高教学效果。 通过两年多的教学实践证明：趣味化学实验能以简单的操作，鲜明的现象，让学生喜欢上化学，学生在探究中享受学习知识的乐趣，从内心体会到学习的愉快，有了学习化学的兴趣，就能学好化学。