通过自制化学教具培养学生质疑探究精神的有效策略
刘丽美 周同学
化学教具是开展研究性学习，培养学生质疑和创新精神，提升学生化学素养的有效载体。虽然化学教具多种多样，但一般性的教具在某些特定环境下并不能够充分发挥其作用。这时，便需要自制教具，或对原来的教具进行改进和完善。在教学实践中，笔者通常先指导学生运用教材设计的教具进行实验探究，并在探究过程中引导学生发现已有装置的不足之处，然后鼓励学生自制教具，使其在解放大脑和多种感官的同时，体验创新研究的独特魅力，提高设计能力和探究能力，激励质疑和创新精神。在此，以“探究白磷在空气中燃烧前后的质量有无变化”的实验为例，探讨通过自制教具培养学生质疑和探究精神的策略。
一、实践反思激发质疑
爱因斯坦曾说，提出一个问题比解决一个问题更重要。提问是探究的前提，因此，在“探究白磷在空气中燃烧前后的质量有无变化”的实验教学中，笔者首先指导学生运用教材中设计的实验教具进行研究，通过观察和体验，反思、交流其中的优缺点，培养问题意识。
教材中提供了一种设计：由锥形瓶、细沙、橡皮塞、玻璃棒组成密封装置，用灼热的玻璃棒点燃白磷。学生通过反复观察和思考发现，玻璃棒在火焰上的受热时间不能少于5秒，否则就会温度太低，同时移动过程又会散失少许热量，可能导致白磷不能被点燃。因此，使用该装置做实验虽然用时很短，但存在四点不足之处。一是如果白磷用量过大，燃烧放热过多，可能引起瓶内气体体积膨胀，使瓶塞鼓开导致实验失败;二是要用到细沙，刷洗仪器麻烦;三是如果用力稍大可能将白磷捅入沙内，导致无法点燃;四是观察不到白磷受热熔化、冒白烟、再剧烈燃烧的变化过程。
教材中还提供了另一种设计：由锥形瓶、细沙、橡皮塞、玻璃导管、小气球组成密封装置，用酒精灯垫上石棉网间接加热锥形瓶点燃白磷。学生通过反复实验和观察发现，加热大约1分20秒时白磷才会冒出几缕白烟，加热1分30秒时白磷开始燃烧。这种设计的优点是气球能缓冲瓶内压强，缺点是加热时间过长，观察不到白磷受热至燃烧之间的变化过程，同时实验中也用到细沙，刷洗仪器比较麻烦。
面对教材中的设计，学生亲自实践，亲历过程，反思分析，了解问题和不足，激发了问题意识，提高了质疑能力。
二、实践研究培养创新
教师在指导学生通过实践发现了教材中的实验装置存在的不足后，继续鼓励学生集思广益激发智慧，另辟蹊径大胆创新，设计出两套新的装置，以及点燃白磷的两种新方法。
1.铜条导热点燃法
创新装置1由锥形瓶、橡皮塞和铜条组成（见图1），铜条的一端被砸成一个小勺，用来盛放白磷。实验设计的原理是：铜具有良好的传热性能，可以通过加热铜条的一端，将热量传递到另一端点燃白磷。在完成设想后，教师组织学生开展了实践检验。
首先是制作反应装置。指导学生选择直径分别为2mm、1mm和0.7mm的三根铜条开展对比实验，测定设计的可行性。以直径为2mm的铜条为例，先将一根约80mm长的铜条一端慢慢弯曲卷成一个直径约20mm的铜圈，以增大受热面积，使单位时间内传递热量更多，以加快点燃白磷的速率;再将铜条的另一端旋转插入并穿过6号橡皮塞，在瓶塞上部留出约20mm的铜条，使铜盘被弯平时能与瓶塞保持一定距离，以防止加热时烧到橡皮塞;然后，将插入锥形瓶内的铜条一端弯曲卷成一个小圈，再用锤子捶打成一个小勺，用来盛放白磷;最后，将带有铜条的橡皮塞安装到125ml的锥形瓶上，就组装成了观察白磷在空气中燃烧的密封装置。同理，分别用直径为1mm和0.7mm的两根铜条组成相应的密封装置。
接下来，要测定加热点燃白磷所需要的时间。第一步，分别在三个反應装置的小铜勺上放置半颗绿豆粒大小的白磷，然后探入锥形瓶，并将橡皮塞塞紧;第二步，用同一盏250ml的酒精灯，在保持火焰大小基本相同的前提下，先后加热直径为2mm、1mm和0.7mm的铜条卷成的铜盘，直到铜盘所传递的热量点燃白磷。最终测定所用时间分别是1分23秒、3分12秒、14分59秒，由此证明直径为2mm铜条的实验效果最好。该实验装置的优点是点燃白磷所需时间合理，使用仪器少，整理和刷洗方便，且便于学生清楚地观察到白磷从受热至燃烧的一系列变化过程，即固体先软化变形，然后慢慢熔化成一团，接着冒出缕缕白烟，随后燃烧发出明亮的火焰，并产生大量的白烟。
2.电热丝点燃法
创新装置2由锥形瓶、橡皮塞、燃烧匙和电热丝组成（见图2）。首先选取初中物理测定发热时所使用的直径为0.5mm的镍铬合金丝10cm，将它缠绕成紧密的螺旋状，以增大单位发热面积并减少占用空间，更便于放在燃烧匙内。通过物理实验测知该镍铬合金丝的电阻为1Ω。将电热丝置于燃烧匙内，一端固定在燃烧匙的铁条上，另一端固定在一根细铁丝上，将燃烧匙的铁条和细铁丝分别穿过6号橡皮塞，用于连接电源的正负极。最后，将带有燃烧匙、细铁丝的6号橡皮塞安装到125ml的锥形瓶上，组成白磷在空气中燃烧的密封装置。
在测定点燃白磷的时长时，指导学生先取半颗绿豆粒大小的白磷放在燃烧匙的电热丝上，并将橡皮塞塞紧;再接上3v电源，使电热丝发热。这种装置点燃白磷的时间为5.03秒，用时最短。该装置设计的优点是节省时间，组装和刷洗仪器非常方便，但来不及观察白磷从受热至燃烧的一系列变化过程。
三、总结
综上，通过自制教具，带领学生经历观察、体验、感悟和反思的过程，使学生通过实践，体验了质疑和创新的过程，进一步激发了探究的动力，培养了质疑和创新的意识，同时也提高了设计能力，促进了多种思维的发展。
（责任编辑? ?姚力宁）
