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例谈初中化学实验的创新改进

范文

彭毅

摘要：实验教学在初中化学教学中具有重要地位，而化学实验是否能顺利、成功地进行与实验装置和实验过程中是否合理、恰当密切相关，在教学实践中摸索并总结了一些在实验装置和实验过程中的创新改进措施，收到了良好的效果。

关键词：初中;化学实验;创新改进

化学是一门以实验为基础的学科。在初中化学教学中教师要通过各种化学实验来引领学生走进丰富多彩的化学世界，所以实验教学在初中化学教学中具有举足轻重的地位。化学实验能否取得成功与化学实验的装置是否合理，实验过程的设计是否恰当密切相关，实验装置设置和搭配的好与差，简与繁，操作是否简便，往往直接对实验结果是否清楚明了产生重大影响。笔者在初中化学实验教学实践中，以教材基本实验、化学常规仪器装置为基础，为达到实验装置的易用和实用、装置的简练、易制作且实验效果良好的目的，对一些实验的操作过程进行了细化和优化，对一些实验装置进行了改进和创新的尝试，取得了良好的实验教学效果。

一、制气装置的创新改进

初中化学实验室制二氧化碳通常使用①锥形瓶长颈漏斗装置;②锥形瓶分液漏斗装置;③大试管简易装置;④大试管长颈漏斗有孔塑料板装置;⑤启普发生器装置等，如图1所示：

这些装置各有优缺点，比如①装置常规简单，能方便添加反应液，制取气体较多，但不能控制反应速率和不能做到随开随用随关随停;⑤装置虽能做到随开随用随关随停，但不能控制反应速率且装置复杂昂贵，耗用药品较多等。而笔者在教学实践中，从实用、易制作和装置简练角度对该实验装置做了以下改进和创新。

取塑料网纱（比如废旧塑料网纱蚊帐、塑料窗纱、装水果或鸡蛋用的塑料网纱袋等）一块，将块状大理石或石灰石适量（根据反应容器、所需的制气量做调整）用塑料网纱包好，用细铜丝捆扎结口，并将包好的小包系在一端弯了一小钩的粗铜丝上，将多余的网纱剪除。将粗铜丝另一端在酒精灯火焰上烧红热，趁热从单孔橡皮塞小端刺穿至橡皮塞大端，冷却后可通过推拉调整粗铜丝上固体包的位置，将该橡皮塞装在大试管或锥形瓶上，制气装置制作完成。制作完成的装置如图2。

相对于传统的实验方法，此实验装置的主要优点包括：（1）改进的实验器材取自日常生活中常见的物品，取材简单，几乎不需要任何费用，而且制作比较容易;（2）改进后，实验的操作流程比较简单，学生容易掌握;（3）改进后，实验药品利用率高、浪费少;（4）可以通过抽拉铜丝使固液接触或分离以达到随时控制反应的发生或停止的效用，还可以细致控制固体包被反应液浸没的程度（少量浸没，半浸没，完全浸没等），以此来达到在一定程度上较好地控制反应速率的目的。如图3：【尤其是笔者曾在高中化学实验“碳化钙与饱和食盐水的反应”中用细铜纱网代替塑料网包好碳化钙固体（此反应是剧烈的放热反应，塑料网纱要用铜丝或铁丝网纱代替），通过控制固体与液体浸没的程度，取得了特别良好的控制反应速率的效果。】

另外此装置还可用于其他固液常温型的反应：如将固体换成锌粒可用于实验室制氢气;将固体替换成用防水纱纸包好的二氧化锰粉末（比如用袋泡茶的纸纱袋装好二氧化锰粉末）或水泥负载二氧化锰小球（水泥和二氧化锰混合制成的小球），酸液换成双氧水可用于实验室制氧气。另外，如果需要制气的量少，用大试管即可，需要制气的量多则改用锥形瓶。

使用含固体包的粗铜丝穿过的单孔橡皮塞和大试管的组合，装置自身的余留空间小，首次开始反应到产出纯净气体的时间短，药品浪费少;实验中固体往往充足，液体反应物往往容易不足，看似不方便添加反应液，其实拔出橡皮塞，倒出废旧的反应液，加入新反应液的操作并不复杂，况且可以避免残留废旧的反应液对新加的反应液浓度稀释而产生反应速率变慢的影响，相比长颈漏斗或分液漏斗易添加液体药品的装置反而具有格外的优势。

当然此实验中的塑料网纱也可用扎有许多小孔的塑料小瓶、塑料网兜、耐酸的不锈钢网纱或网兜代替，只要滿足其材料不与反应物或生成物发生反应，不被反应物或生成物破坏强度即可。在笔者的教学实际中，最常运用的方法是将扎了多个小孔（底部也有小孔）的废旧塑料小瓶固定在粗铜丝下端替代塑料网纱包，其优点：可反复使用，补装固体省时省力，如图4所示：

在改进实验中，如果用塑料网纱包裹固体时要注意包裹固体不能包裹得太紧。其原因主要有以下几个方面：首先，如果包得太紧会使得固体包不容易变形，如果固体包直径比较大可能难以装进大试管或锥形瓶，但如果包得松一些，则可以通过轻轻挤压改变固体包形状成细长形就可以顺利装进容器内;其次，通常情况下为了保证网纱包能被装进大试管或锥形瓶，包住的固体药品量往往比较少从而不利于制出足够量的气体，而通过适当多包一些固体药品来保证用量，再包得松一些保证能通过变形而装进反应容器;然后，固体包得过紧，反应中也容易因各种原因使固体撑破网纱包，导致需要重新制作固体网纱包，使实验过程变得耗时又烦琐。

二、铁生锈的条件对比实验的创新改进

沪科版化学教材九年级上册第5章第3节“一、钢铁的锈蚀及其防护”“活动与探究——铁钉锈蚀”实验中，实验要求学生要分别记录：立即观察、1天后，3天后、1周后的现象来对比铁生锈的过程，分小组提前1周在课外进行，隔天记录实验结果。如教材所示图5-12：且不说提前1周分组实验隔天记录的教学实际难度，对学生用文字实际记录下来的实验结果进行对比时，会发现实验结果不直观，效果差;即便老师用拍照的方式记录了铁生锈前后变化过程，用照片进行对比时仍然不直观，效果一般。我在实际教学过程中改用五组实验，在同一展示板上同时展示，取得了非常好的效果。具体实验准备过程如下：两周前准备1组实验，用完全同样的实验器材在1周前、3天前、1天前、上课时分别准备其他几组实验，放在同一展示板上对比观察，这就实现了同一时间可以同时对比观察不同时间长度、不同条件下铁生锈的情况，对比清晰，效果良好，如图5（上课时立即观察的实验组展示板略;另附展示板实物图：正面、侧面、背面）。

在准备这个实验中，笔者还对一些实验中的细节进行了创新，这些创新有的使实验准备或实验操作变得更加简单，有的使实验结果的对比和观察变得更加便捷，有的使实验的结果更加准确可信。具体如下：

1.教材原实验图①试管中，将干燥剂放入试管底，干燥剂上方放棉花，棉花上方放铁钉，这样使得①中铁钉与其余四支试管中的铁钉不在同一高度，虽不影响对比，但不整齐。笔者改成将铁钉放入试管底，将干燥剂包人纱布包，将干燥剂塞在试管口位于铁钉上方，既保证了效果，又使铁钉高度与其他试管整齐一致，对比效果更好。

2.实验室买的铁钉大多经过镀锌处理，不打磨影响实验效果，若打磨，手工打磨的工作量很大，且钉柄处很难打磨出好的效果;若使用酸溶解镀锌层，酸溶后的铁钉表面会发暗发黑，没有光泽，难以体现出田夏）试管中不生锈仍然光亮的效果。笔者改用手工打磨粗的长铁丝，打磨工作量比打磨铁钉少多了，且效果好，打磨好后再剪切成相同长度的铁丝段代替铁钉。

3.②试管中将粗铁丝放入冷沸水中，再盖上橡皮塞。看似简单的操作，其实在实际操作中有一些困难。将试管中放入光亮的经过打磨的粗铁丝，再加满冷沸水，直接盖橡皮塞，很容易留有气泡，或者即便不留小气泡，橡皮塞也很难盖紧。我的改进措施是：在橡皮塞上事先穿刺好注射器针头，再旋盖在装满冷沸水的试管口，橡皮塞可以轻松旋紧且不留丁点细小的气泡，最后拔下注射器针头。笔者的实践证明：如果不采用此法，②试管中铁钉在2-3周后就会开始生锈;而在采用此创新方法的实验中，试管②中，2、3年前实验的铁钉仍未生锈。另外值得注意的是，在此实验改进中注射器针头穿刺橡皮塞时，针头细管中事先插入一根细铁丝，否则穿刺中针头孔会被橡皮碎屑堵住，导致操作失败。

三、切咸菜的铁菜刀不同处置部位生锈情况的对比实验创新改進

同样在“钢铁的锈蚀及其防护”一课中，教材中还安排了一个探究活动。该活动与探究实验的内容为：在切过咸菜的铁质菜刀同一面上选相近的三处进行下列实验：第一处用湿棉球润湿;第二处用干布擦干;第三处用干布擦干后涂上一层食用油。放置一昼夜，观察菜刀三处表面发生的变化。

按教材中的原实验方案做出的效果为（如图6）。

用家庭中日常所见的菜刀进行科学实验具有取材方便，便于组织家庭实验，能够调动学生主动学习探究等方面的优点。但是教师如果要在课堂上演示该实验的结果，就具有携带不便，有安全隐患等不利因素;此外由于家庭用的菜刀一般经过长时间使用后本身可能具有锈迹、油渍等使得实验结果不易观察。

鉴于此，我对该演示实验做了如下改进和创新，将铁质菜刀换成美工刀片，减小危险器物在视觉上的负面效仿影响，将刀片封装进大试管内，进一步增大安全因素，减小可能的意外伤害。同时为了丝毫不影响实验效果，封装刀片的大试管用带短玻璃导管的单孔橡皮塞塞紧，以便刀片能与外界大气相通;为了增强更为明显的对比效果，我在三个区域间用油漆隔离带隔开，对比效果更明显。另外，润湿区改用所切酸菜的酸菜汁润湿，收到了更快速更明显的效果。实验结果如图7：

四、对比证明氢氧化钠与二氧化碳发生反应使瓶变瘪实验的创新改进

实验内容与结果：收集两个同样装有二氧化碳的塑料瓶，分别加入等体积的水和氢氧化钠溶液，旋紧瓶盖振荡，对比观察：加水的塑料瓶略微变瘪，而加氢氧化钠溶液的塑料瓶变得更瘪，从而证实二氧化碳确实与氢氧化钠溶液发生了反应。

该实验较为简单，容易操作，看似没有可改进的地方。不过，采用实验室常规方法制取二氧化碳，从安装调试仪器，气密性检查，装药品收集验满，过程还是相对烦琐复杂，耗费时间长，前后集满两瓶二氧化碳大约需要15分钟甚至更多的时间，实验准备时间偏长，增加了教师的工作量。笔者就此实验中耗时长的制取收集二氧化碳步骤做了如下改进，极大地缩短了实验准备时间，取得了良好的效果。

在两塑料瓶中各加入等量的约3～4g固体碳酸氢钠，再各加入等量的约3～4mL1：2的硫酸，不加盖放正塑料瓶，约1分钟后盖好塑料瓶盖，两塑料瓶的二氧化碳即已制取收集好。课堂实验时，在一瓶中加入50mL水，另一瓶中加入50mL（8～10%）氢氧化钠溶液，均旋紧两瓶盖振荡，得到良好的实验结果。实验过程和效果如图8。

此实验改进看似并无新意可言，但实验改进设计过程中对药品的选取却是基于理论指导下的仔细推敲和反复的实验实际验证而得出的结果。制取等量的二氧化碳，所需碳酸氢钠的质量小、耗酸少且反应快速充分;选用硫酸是因为硫酸是稳定的不易挥发的二元强酸，等量酸提供氢离子多，完全反应所需酸的量少;选用1：2的硫酸，若太浓所需酸液体积过少，难以和碳酸氢钠固体充分混合溶解后反应;太稀则所需酸液体积大，会对实验的后续步骤中加入液体得到瓶瘪实验效果产生过大的干扰;还有碳酸氢钠固体与1：2的硫酸溶液恰好完全反应时，碳酸氢钠质量（9）的数值与1：2硫酸溶液的体积（mL）数值碰巧近似相等（理论上酸略微过量，更能保证固体的完全反应），数值上的相等便于记忆和操作。本实验巧妙地运用了向上排空气法，二氧化碳在瓶底生成向上将原有的空气排出，使得塑料瓶中充满二氧化碳气体。这样的改进，极大地缩短了实验准备时间，减轻了教师的工作负担，取得了同样良好的实验效果。

化学实验的创新有多种方向，比如化学实验创新的实验数据测量数字化显得高大上，但对实验仪器的装备要求高;化学实验装置创新中的一体化，装置仪器的制作本身复杂昂贵、易损坏且成本高;而笔者秉持的是化学实验常规装置的优化、常规操作细致化，以基础实验的基本装置为出发点，通过适宜的改进和创新，以实验装置实用、易制作和最终装置简练且实验效果良好为最终目的，这也不失为化学实验创新的一个重要方向。

参考文献：

[1]任跃红.中学化学实验研究[M].北京：中国石化出版社，2011.

[2]周存军.谈探究碳酸钠性质实验的创新[J].化学教学，2014（5）.

[3]周存军.析现状，寻方向：谈中学化学实验创新[J].教育研究与评论中学教育教学，2019（1）.

编辑王彦清

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