妙用創(chuàng)新技法 引領(lǐng)學(xué)生改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

馬逸群

摘 要：在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，妙用創(chuàng)新技法引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)不足、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案、再造實(shí)驗(yàn)裝置、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，可培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，激活學(xué)生的創(chuàng)新思維，提高學(xué)生的創(chuàng)造能力。

關(guān)鍵詞：缺點(diǎn)列舉法；希望點(diǎn)列舉法；組合法；逆向法；替換法

多年來，我們?cè)诨瘜W(xué)教學(xué)中根據(jù)學(xué)校裝備和學(xué)生的實(shí)際情況，注重以課外活動(dòng)的形式開展有關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的科技活動(dòng)。在具體的活動(dòng)中，學(xué)生知道了實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的基本思路（先列出原實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)或新實(shí)驗(yàn)的希望點(diǎn)，再通過替換、模仿、組合、逆向等方法，克服缺點(diǎn)、落實(shí)希望[1]）。在不斷的嘗試中，學(xué)生的創(chuàng)新思維被激活，探究意識(shí)得到強(qiáng)化，實(shí)踐能力有了明顯的提升。

下面，以“檢驗(yàn)蠟燭燃燒的產(chǎn)物”實(shí)驗(yàn)為例，談?wù)勅绾位趧?chuàng)新技法引領(lǐng)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)改進(jìn)活動(dòng)。

一、發(fā)現(xiàn)缺點(diǎn) 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)不足

毋庸置疑，不少化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在不盡如人意的地方，如操作煩瑣、現(xiàn)象不明顯、結(jié)論不流暢、污染環(huán)境、安全性不強(qiáng)等。針對(duì)某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，一一列出其缺點(diǎn)，然后逐一改進(jìn)，這就是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中的缺點(diǎn)列舉法。

如按照科學(xué)或化學(xué)課本上的方法檢驗(yàn)蠟燭燃燒的產(chǎn)物時(shí)（方法見圖1），雖然操作簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。這是為什么呢？教師引導(dǎo)學(xué)生稍作分析，就知道實(shí)驗(yàn)存在如下的一些不足：

①在通常情況下，不具備使燒杯變冷的條件；燒杯內(nèi)壁較薄，罩在火焰上熱得快，這就導(dǎo)致水蒸氣不易在杯壁上液化，因而難以觀察到產(chǎn)物水的出現(xiàn)。

②燃燒生成的氣體產(chǎn)物具有流動(dòng)性，而燒杯是寬口的圓柱形儀器，即便罩在火焰上也不容易捕獲較多的二氧化碳?xì)怏w，因而石灰水變渾濁不夠明顯。

③如果將石灰水涂到燒杯內(nèi)壁上，石灰水在受熱時(shí)也會(huì)變渾濁（因?yàn)闇囟壬?，固體氫氧化鈣會(huì)析出），這樣得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論可信度不高。

明晰了上述缺點(diǎn)，如果能將其一一克服，就能提高實(shí)驗(yàn)的成功率。

師生經(jīng)過一番交流討論、思維發(fā)散、對(duì)比分析，拿出化解不足的方案：將捕獲燃燒產(chǎn)物的燒杯更換為窄口、大肚、厚壁的集氣瓶或廣口瓶等（見圖2）。

具體操作是：將干冷的集氣瓶（或廣口瓶）罩在火焰中上部[2]，很快集氣瓶的內(nèi)壁就出現(xiàn)水霧，說明蠟燭燃燒產(chǎn)生水，進(jìn)而說明石蠟中含有氫元素；稍后，再將集氣瓶快速翻轉(zhuǎn)過來，倒入澄清的石灰水，振蕩，石灰水立刻變渾濁，說明蠟燭燃燒生成二氧化碳，進(jìn)而說明石蠟中含有碳元素。

二、注意模仿 再造實(shí)驗(yàn)裝置

模仿法就是通過借鑒已有實(shí)驗(yàn)中的某些有效因素（如操作方法、化學(xué)藥品或?qū)嶒?yàn)儀器等）進(jìn)行仿造。在發(fā)明創(chuàng)新時(shí)，模仿是一種很自然的想法和思路，但模仿不能生搬硬套。

像圖2所示的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，其成功的關(guān)鍵是使用了易于捕獲燃燒產(chǎn)物的玻璃儀器。此時(shí)，教師可以提問學(xué)生，還有哪些玻璃儀器可以替換集氣瓶，又比集氣瓶更容易捕獲燃燒產(chǎn)物呢？同學(xué)們廣開言路、集思廣益、比比劃劃，教師適時(shí)點(diǎn)撥、展示多種化學(xué)儀器。不少同學(xué)想到了分液漏斗、U形管、后具支試管等，于是又設(shè)計(jì)出圖3所示的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

像圖3A實(shí)驗(yàn)，U形管（18×180mm）具有抽氣的作用，有利于燃燒產(chǎn)物在其中流動(dòng)，從而促進(jìn)水蒸氣在管內(nèi)降溫、液化；當(dāng)看到管壁上有明顯的水珠后，再將U形管正立，快速向其中倒入適量的石灰水，振蕩，石灰水變渾濁。

在圖3B實(shí)驗(yàn)中，一開始分液漏斗的旋塞必須打開，以便于氣體對(duì)流；水蒸氣在上升的過程中能得到有效的冷卻，從而在漏斗內(nèi)壁、頸管內(nèi)壁大量液化。當(dāng)觀察到有水珠出現(xiàn)后，關(guān)閉分液漏斗的旋塞，并快速將其正立，然后向漏斗口內(nèi)倒入少許石灰水，振蕩，石灰水變渾濁[3]。

按圖3C進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，試管的后具支具有抽氣的作用，使得燃燒產(chǎn)物在試管里較快地上升，有利于水蒸氣液化；當(dāng)看到試管內(nèi)壁的水霧后，再將試管正立，并倒入適量的石灰水，振蕩，石灰水變渾濁。

圖3所示的三種改進(jìn)方案，基于原型誘導(dǎo)，無論是操作方法還是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，都比圖2所示的改進(jìn)方案更優(yōu)化；雖然是仿造，但已滲透新的元素，顯然是對(duì)原實(shí)驗(yàn)的升華。

三、提出希望 追求實(shí)驗(yàn)完美

針對(duì)某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，有目的地列出希望點(diǎn)，并刻意追求，從而實(shí)現(xiàn)美好愿望，這就是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中常常使用的希望點(diǎn)列舉法。

我們已了解檢驗(yàn)蠟燭燃燒產(chǎn)物實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)，根據(jù)這些缺點(diǎn)，師生對(duì)該實(shí)驗(yàn)不難列出如下的一些希望：①燃燒產(chǎn)物便于捕獲；②燃燒產(chǎn)物可以直接觀察到；③實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)方便。

依據(jù)上述希望點(diǎn)，師生不斷嘗試、相互評(píng)價(jià)、反復(fù)修正，設(shè)計(jì)出圖4所示的實(shí)驗(yàn)裝置，其中的V形彎頸漏斗是用長頸漏斗加工而成的；漏斗口便于捕獲燃燒的產(chǎn)物，V形長頸彎管有利于氣體流動(dòng)和水蒸氣液化，石灰水可以直接檢驗(yàn)出二氧化碳的存在。

具體操作是：按圖4連好實(shí)驗(yàn)用品（夾持裝置略），點(diǎn)燃蠟燭，待其充分燃燒后，將漏斗口罩在火焰中上部；然后將擠癟的洗耳球插入V形管口抽氣，燃燒產(chǎn)物就被吸入漏斗的彎頸中；很快漏斗的彎頸內(nèi)壁上有大量的水霧出現(xiàn)，同時(shí)V形管里的石灰水中冒氣泡，且石灰水變渾濁。

四、巧妙組合 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案

創(chuàng)新歸根結(jié)底是兩條路，一是全新的發(fā)現(xiàn)，二是針對(duì)已有物品的組合。組合創(chuàng)新一般有異類組合、同類組合、主體附加、延伸組合等方式。

如果我們把捕獲燃燒產(chǎn)物、檢驗(yàn)水、檢驗(yàn)二氧化碳的實(shí)驗(yàn)用品巧妙組合起來，那么實(shí)驗(yàn)操作將更簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更直觀，于是教師指導(dǎo)學(xué)生利用組合法繼續(xù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。通過思想交流、思維碰撞、取長補(bǔ)短、不斷完善，研制出圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

具體操作是：對(duì)于圖5A實(shí)驗(yàn)，按圖連好實(shí)驗(yàn)用品；點(diǎn)燃蠟燭，待其充分燃燒后，輕輕后拉注射器活塞，燃燒產(chǎn)物依次進(jìn)入玻璃管、注射器；一會(huì)兒，白色硫酸銅變藍(lán)色，石灰水變渾濁，從而直觀顯示燃燒產(chǎn)物有水和二氧化碳。對(duì)于圖5B實(shí)驗(yàn)，按圖連好實(shí)驗(yàn)用品，待蠟燭充分燃燒后，將擠癟的洗耳球插入V形管口抽氣，燃燒產(chǎn)物就被吸入長柄V形玻璃管；一會(huì)兒，白色硫酸銅變藍(lán)色，石灰水變渾濁，從而直觀顯示燃燒產(chǎn)物有水、二氧化碳。

需要說明的是，圖5所示的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置屬于異類組合，并且達(dá)到了1+1>2的效果。

五、等值替換 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法

替換法就是通過更換不同性能或不同類別的儀器或藥品，對(duì)原有的實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行創(chuàng)新，從而產(chǎn)生更好的實(shí)驗(yàn)效果。

像圖5所示的實(shí)驗(yàn)裝置已經(jīng)很完美了，但實(shí)驗(yàn)用品有點(diǎn)多，能否壓縮簡(jiǎn)化呢？只有想不到，沒有做不到——師生想到了石蕊試紙。利用干燥的藍(lán)色石蕊試紙?zhí)鎿Q白色硫酸銅和石灰水，于是又有了圖6所示的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

具體操作是：按圖連好實(shí)驗(yàn)用品，待蠟燭充分燃燒后，輕輕擠壓橡膠負(fù)壓球抽氣，一會(huì)兒干燥的藍(lán)色石蕊試紙變紅色，說明試紙接觸到了水和二氧化碳，所以蠟燭燃燒的產(chǎn)物有水和二氧化碳。

六、逆向思維 突破實(shí)驗(yàn)弊端

逆向思維法是指為實(shí)現(xiàn)某一創(chuàng)新時(shí)不循常規(guī)思路，而采取反向思維去探尋解決問題的方案。

像上面的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案，都是將儀器罩在蠟燭火焰上捕獲燃燒產(chǎn)物。此時(shí)，教師提醒學(xué)生逆向思考：若將燃燒的蠟燭置于容器內(nèi)，燃燒產(chǎn)物不就自動(dòng)儲(chǔ)存在容器里了嗎？據(jù)此，師生設(shè)計(jì)出圖7所示的實(shí)驗(yàn)方案。

具體操作是：在圖7A所示的實(shí)驗(yàn)中，將長3～4cm的短蠟燭粘在燃燒匙上，點(diǎn)燃后，小心伸入干冷的250mL平底燒瓶中；7～8s后，取出燃燒匙，可以看到燒瓶內(nèi)壁有水珠；再將少許澄清石灰水倒入燒瓶中，振蕩，石灰水明顯變渾。在圖7B所示的實(shí)驗(yàn)中，用雙面膠將一張干燥的石蕊濾紙（提前在石蕊試液中浸泡，然后晾干）粘到250mL燒杯內(nèi)底上；點(diǎn)燃長3～4cm的短蠟燭，然后將該燒杯罩在蠟燭上[4]；大約15s后，取走燒杯，可以看到燒杯內(nèi)底上的石蕊試紙變紅，說明蠟燭燃燒的產(chǎn)物有水和二氧化碳。

學(xué)生參與的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是綜合性較強(qiáng)的實(shí)踐活動(dòng)，教師要注意通過專題講座、示范引導(dǎo)、小組合作等形式，向?qū)W生滲透創(chuàng)新技法、提供創(chuàng)新模型，從而引領(lǐng)學(xué)生有效地改進(jìn)和設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。要相信學(xué)生、敢于放手，要鼓勵(lì)創(chuàng)新，善于指導(dǎo)，著力培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的學(xué)生，從而為未來高端科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

總之，引導(dǎo)學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，不僅豐富了實(shí)驗(yàn)課程資源，也提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)；在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力的同時(shí)，也提高了化學(xué)教師實(shí)施素質(zhì)教育的能力。在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過程中，學(xué)生體驗(yàn)了探究的過程，享受了成功的快樂，點(diǎn)燃了創(chuàng)造的激情，這樣學(xué)生的創(chuàng)新能力將不斷生長。

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