妙用创新技法 引领学生改进化学实验

马逸群

摘 要：在化学实验教学中，妙用创新技法引领学生发现实验不足、创新实验方案、再造实验装置、优化实验方法改进实验，可培养学生的创新精神，激活学生的创新思维，提高学生的创造能力。

关键词：缺点列举法；希望点列举法；组合法；逆向法；替换法

多年来，我们在化学教學中根据学校装备和学生的实际情况，注重以课外活动的形式开展有关化学实验改进的科技活动。在具体的活动中，学生知道了实验创新的基本思路（先列出原实验的缺点或新实验的希望点，再通过替换、模仿、组合、逆向等方法，克服缺点、落实希望[1]）。在不断的尝试中，学生的创新思维被激活，探究意识得到强化，实践能力有了明显的提升。

下面，以“检验蜡烛燃烧的产物”实验为例，谈谈如何基于创新技法引领学生开展实验改进活动。

一、发现缺点 改进实验不足

毋庸置疑，不少化学实验存在不尽如人意的地方，如操作烦琐、现象不明显、结论不流畅、污染环境、安全性不强等。针对某个化学实验，一一列出其缺点，然后逐一改进，这就是实验创新中的缺点列举法。

如按照科学或化学课本上的方法检验蜡烛燃烧的产物时（方法见图1），虽然操作简单，但实验现象不够明显。这是为什么呢？教师引导学生稍作分析，就知道实验存在如下的一些不足：

①在通常情况下，不具备使烧杯变冷的条件；烧杯内壁较薄，罩在火焰上热得快，这就导致水蒸气不易在杯壁上液化，因而难以观察到产物水的出现。

②燃烧生成的气体产物具有流动性，而烧杯是宽口的圆柱形仪器，即便罩在火焰上也不容易捕获较多的二氧化碳气体，因而石灰水变浑浊不够明显。

③如果将石灰水涂到烧杯内壁上，石灰水在受热时也会变浑浊（因为温度升高，固体氢氧化钙会析出），这样得出的实验结论可信度不高。

明晰了上述缺点，如果能将其一一克服，就能提高实验的成功率。

师生经过一番交流讨论、思维发散、对比分析，拿出化解不足的方案：将捕获燃烧产物的烧杯更换为窄口、大肚、厚壁的集气瓶或广口瓶等（见图2）。

具体操作是：将干冷的集气瓶（或广口瓶）罩在火焰中上部[2]，很快集气瓶的内壁就出现水雾，说明蜡烛燃烧产生水，进而说明石蜡中含有氢元素；稍后，再将集气瓶快速翻转过来，倒入澄清的石灰水，振荡，石灰水立刻变浑浊，说明蜡烛燃烧生成二氧化碳，进而说明石蜡中含有碳元素。

二、注意模仿 再造实验装置

模仿法就是通过借鉴已有实验中的某些有效因素（如操作方法、化学药品或实验仪器等）进行仿造。在发明创新时，模仿是一种很自然的想法和思路，但模仿不能生搬硬套。

像图2所示的改进实验，其成功的关键是使用了易于捕获燃烧产物的玻璃仪器。此时，教师可以提问学生，还有哪些玻璃仪器可以替换集气瓶，又比集气瓶更容易捕获燃烧产物呢？同学们广开言路、集思广益、比比划划，教师适时点拨、展示多种化学仪器。不少同学想到了分液漏斗、U形管、后具支试管等，于是又设计出图3所示的几个实验装置。

像图3A实验，U形管（18×180mm）具有抽气的作用，有利于燃烧产物在其中流动，从而促进水蒸气在管内降温、液化；当看到管壁上有明显的水珠后，再将U形管正立，快速向其中倒入适量的石灰水，振荡，石灰水变浑浊。

在图3B实验中，一开始分液漏斗的旋塞必须打开，以便于气体对流；水蒸气在上升的过程中能得到有效的冷却，从而在漏斗内壁、颈管内壁大量液化。当观察到有水珠出现后，关闭分液漏斗的旋塞，并快速将其正立，然后向漏斗口内倒入少许石灰水，振荡，石灰水变浑浊[3]。

按图3C进行实验时，试管的后具支具有抽气的作用，使得燃烧产物在试管里较快地上升，有利于水蒸气液化；当看到试管内壁的水雾后，再将试管正立，并倒入适量的石灰水，振荡，石灰水变浑浊。

图3所示的三种改进方案，基于原型诱导，无论是操作方法还是实验现象，都比图2所示的改进方案更优化；虽然是仿造，但已渗透新的元素，显然是对原实验的升华。

三、提出希望 追求实验完美

针对某个化学实验，有目的地列出希望点，并刻意追求，从而实现美好愿望，这就是实验创新中常常使用的希望点列举法。

我们已了解检验蜡烛燃烧产物实验的缺点，根据这些缺点，师生对该实验不难列出如下的一些希望：①燃烧产物便于捕获；②燃烧产物可以直接观察到；③实验操作相对方便。

依据上述希望点，师生不断尝试、相互评价、反复修正，设计出图4所示的实验装置，其中的V形弯颈漏斗是用长颈漏斗加工而成的；漏斗口便于捕获燃烧的产物，V形长颈弯管有利于气体流动和水蒸气液化，石灰水可以直接检验出二氧化碳的存在。

具体操作是：按图4连好实验用品（夹持装置略），点燃蜡烛，待其充分燃烧后，将漏斗口罩在火焰中上部；然后将挤瘪的洗耳球插入V形管口抽气，燃烧产物就被吸入漏斗的弯颈中；很快漏斗的弯颈内壁上有大量的水雾出现，同时V形管里的石灰水中冒气泡，且石灰水变浑浊。

四、巧妙组合 创新实验方案

创新归根结底是两条路，一是全新的发现，二是针对已有物品的组合。组合创新一般有异类组合、同类组合、主体附加、延伸组合等方式。

如果我们把捕获燃烧产物、检验水、检验二氧化碳的实验用品巧妙组合起来，那么实验操作将更简便、实验现象更直观，于是教师指导学生利用组合法继续改进实验。通过思想交流、思维碰撞、取长补短、不断完善，研制出图5所示的实验装置。

具体操作是：对于图5A实验，按图连好实验用品；点燃蜡烛，待其充分燃烧后，轻轻后拉注射器活塞，燃烧产物依次进入玻璃管、注射器；一会儿，白色硫酸铜变蓝色，石灰水变浑浊，从而直观显示燃烧产物有水和二氧化碳。对于图5B实验，按图连好实验用品，待蜡烛充分燃烧后，将挤瘪的洗耳球插入V形管口抽气，燃烧产物就被吸入长柄V形玻璃管；一会儿，白色硫酸铜变蓝色，石灰水变浑浊，从而直观显示燃烧产物有水、二氧化碳。

需要说明的是，图5所示的改进实验装置属于异类组合，并且达到了1+1>2的效果。

五、等值替换 优化实验方法

替换法就是通过更换不同性能或不同类别的仪器或药品，对原有的实验方法、实验装置进行创新，从而产生更好的实验效果。

像图5所示的实验装置已经很完美了，但实验用品有点多，能否压缩简化呢？只有想不到，没有做不到——师生想到了石蕊试纸。利用干燥的蓝色石蕊试纸替换白色硫酸铜和石灰水，于是又有了图6所示的改进实验。

具体操作是：按图连好实验用品，待蜡烛充分燃烧后，轻轻挤压橡胶负压球抽气，一会儿干燥的蓝色石蕊试纸变红色，说明试纸接触到了水和二氧化碳，所以蜡烛燃烧的产物有水和二氧化碳。

六、逆向思维 突破实验弊端

逆向思维法是指为实现某一创新时不循常规思路，而采取反向思维去探寻解决问题的方案。

像上面的实验改进方案，都是将仪器罩在蜡烛火焰上捕获燃烧产物。此时，教师提醒学生逆向思考：若将燃烧的蜡烛置于容器内，燃烧产物不就自动储存在容器里了吗？据此，师生设计出图7所示的实验方案。

具体操作是：在图7A所示的实验中，将长3～4cm的短蜡烛粘在燃烧匙上，点燃后，小心伸入干冷的250mL平底烧瓶中；7～8s后，取出燃烧匙，可以看到烧瓶内壁有水珠；再将少许澄清石灰水倒入烧瓶中，振荡，石灰水明显变浑。在图7B所示的实验中，用双面胶将一张干燥的石蕊滤纸（提前在石蕊试液中浸泡，然后晾干）粘到250mL烧杯内底上；点燃长3～4cm的短蜡烛，然后将该烧杯罩在蜡烛上[4]；大约15s后，取走烧杯，可以看到烧杯内底上的石蕊试纸变红，说明蜡烛燃烧的产物有水和二氧化碳。

学生参与的实验创新是综合性较强的实践活动，教师要注意通过专题讲座、示范引导、小组合作等形式，向学生渗透创新技法、提供创新模型，从而引领学生有效地改进和设计化学实验。要相信学生、敢于放手，要鼓励创新，善于指导，着力培养更多具有创新精神和实践能力的学生，从而为未来高端科技创新人才的培养奠定基础。

总之，引导学生参与化学实验创新，不仅丰富了实验课程资源，也提升了学生的科学素养；在培养学生创造能力的同时，也提高了化学教师实施素质教育的能力。在实验创新的过程中，学生体验了探究的过程，享受了成功的快乐，点燃了创造的激情，这样学生的创新能力将不断生长。

参考文献：

[1] 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法[J].化学教学，2013（3）：65-68.

[2]甘磊，李德前.《化石燃料》教学实录与评价[J].中小學教学研究，2013（9）：50-53.

[3]刘桂军，荆啸海.探究蜡烛燃烧产物实验的改进[J].中国教育技术装备，2014（3）：122-124.

[4]熊言林，李晓龙，金海莲，等.蜡烛燃烧产物二氧化碳非常规灭火原因的实验探究[J].化学教育，2011（8）：48-50.