高中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)探究

胡玲玲 沈強(qiáng)

摘 要：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，而演示實(shí)驗(yàn)則是化學(xué)課堂的點(diǎn)睛之筆。然而要畫好這一筆，教師必須增大實(shí)驗(yàn)的可見度，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓全班同學(xué)都可以看得見、看得清、看得懂，并且如果實(shí)驗(yàn)中釋放出較多有刺激性氣味或者有毒的氣體會對師生的身體健康以及空氣環(huán)境造成影響。因此，課堂上的演示實(shí)驗(yàn)應(yīng)朝著綠色化發(fā)展。基于此，從遵循的原則方面入手，就如何改進(jìn)高中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)做出詳細(xì)說明。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);演示實(shí)驗(yàn);遵循原則;改進(jìn)對策

眾所周知，化學(xué)學(xué)科的形成與發(fā)展和實(shí)驗(yàn)有著密切的聯(lián)系。在高中化學(xué)教學(xué)實(shí)施過程中，演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，輔助著學(xué)生掌握化學(xué)概念、原理、物質(zhì)性質(zhì)等。但是，就當(dāng)前高中教材中安排的演示實(shí)驗(yàn)來看，存在著一些問題，如缺乏趣味性、存在危險(xiǎn)性、成功率低等。要想真正地發(fā)揮演示實(shí)驗(yàn)的作用，在組織教學(xué)活動的時(shí)候，教師就需要在綠色化學(xué)理念的指導(dǎo)下，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。在對演示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)探究過程中，我認(rèn)為要遵循以下原則。

一、遵循科學(xué)性改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們可以將晦澀抽象的化學(xué)概念、定理等，以直觀的現(xiàn)象展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生在觀察中對已有的結(jié)論進(jìn)行驗(yàn)證，或者對未知的問題進(jìn)行探索。要想實(shí)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)的此作用，在改進(jìn)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們首先要以科學(xué)性為基礎(chǔ)。所謂的科學(xué)性是指所演示的實(shí)驗(yàn)必須是經(jīng)由前人科學(xué)研究過的，定理、概念、定義等是相統(tǒng)一的，不能存在矛盾。在改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，如果缺乏科學(xué)性，則會導(dǎo)致學(xué)生無法通過實(shí)驗(yàn)獲取有價(jià)值的化學(xué)知識，甚至?xí)W(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生消極的影響，加重學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。對此，我在改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，會在科學(xué)性原則的指導(dǎo)下，對實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)設(shè)備等加以改進(jìn)。

人教版化學(xué)必修1教材第三章第一節(jié)《金屬的化學(xué)性質(zhì)》中的【實(shí)驗(yàn)3-3】設(shè)計(jì)為：先在燒杯中加入一些水，接著滴加一些酚酞溶液，之后，在燒杯中放入一塊鈉。因?yàn)殁c的性質(zhì)較為活潑，在被放進(jìn)燒杯之后，會迅速地與水發(fā)生反應(yīng)，釋放熱量，且鈉的體積逐漸縮小，產(chǎn)生氣泡，發(fā)出“呲呲”聲，燒杯中的水變?yōu)榧t色。根據(jù)這一現(xiàn)象得出溶液呈堿性，有氫氣生成這樣的結(jié)論。

在演示實(shí)驗(yàn)的過程中，盡管實(shí)驗(yàn)操作獲得了成功，但是筆者發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的氣體是無法判斷是否是氫氣的，不符合科學(xué)性的原則。對此，筆者在科學(xué)性原則的指導(dǎo)下，對教材中的演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我嘗試先在燒杯中加入350 mL的蒸餾水，并向燒杯中滴加幾滴酚酞試液。之后，向被關(guān)閉了的分液漏斗中加滿蒸餾水，同時(shí)滴加幾滴酚酞試液，并把插有玻璃管的單孔橡皮塞插進(jìn)分液漏斗中，用橡皮管將玻璃管和注射器連接起來，把止水夾夾在橡皮管的中間位置。在排空注射器中的空氣之后，把連接好的分液漏斗放到鐵架臺上，保證分液漏斗的底部處于燒杯的底部。在做好裝置之后，將分液漏斗上的橡皮塞拔出來，丟進(jìn)一小塊鈉，在分液漏斗上部還存有一些空氣的時(shí)候，迅速地?cái)Q緊橡皮塞。在如此實(shí)驗(yàn)的過程中，會發(fā)生與教材中一樣的現(xiàn)象。此外，分液漏斗中的水面會不斷地下降，而下面燒杯中的水面會不斷地上升，此現(xiàn)象表明有氣體產(chǎn)生。此時(shí)，將止水夾打開，用插在分液漏斗上的注射器吸取30 mL的氣體，拔出注射器，迅速地放到酒精燈上，推擠注射器，發(fā)現(xiàn)，在注射器針頭的地方出現(xiàn)了藍(lán)色的火焰，證明有氫氣產(chǎn)生。

在科學(xué)性原則指導(dǎo)下改進(jìn)的此實(shí)驗(yàn)，不僅裝置愈加完善，還可以以清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明實(shí)驗(yàn)結(jié)論，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察和體驗(yàn)過程中獲得科學(xué)的化學(xué)結(jié)論。

二、遵循綠色原則改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的環(huán)境問題愈加嚴(yán)重。環(huán)境問題的出現(xiàn)為社會的發(fā)展帶來了消極的影響?；瘜W(xué)作為一門與生活有著密切聯(lián)系的學(xué)科，其在生活中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。但是，在應(yīng)用化學(xué)的過程中，出現(xiàn)了工業(yè)“三廢”問題，而工業(yè)“三廢”給環(huán)境帶來了一定的污染。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作過程中，所產(chǎn)生的氣體、廢料等同樣在污染著環(huán)境。實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的某些污染物對師生的身體會造成不同程度的傷害。因此，我們需要遵循綠色性的原則對化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，借此減少實(shí)驗(yàn)給環(huán)境帶來的污染，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。

人教版化學(xué)必修2教材第二章第一節(jié)《化學(xué)能與熱能》中的【實(shí)驗(yàn)2-1】設(shè)計(jì)為：將約20 g的氫氧化鋇晶體[Ba（OH）2·8H2O]研細(xì)后與約10 gNH4Cl晶體一起放入一個(gè)小燒杯中，并將小燒杯放在事先已滴有幾滴水的玻璃片或小木板上，立即用玻璃棒迅速攪拌，使Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl充分反應(yīng)。最后通過觀察玻璃片上的水由于結(jié)冰而將玻璃片與小燒杯粘在一起來判斷該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。

在實(shí)際教學(xué)過程中，此實(shí)驗(yàn)雖可操作成功，但筆者發(fā)現(xiàn)其存在以下不足：（1）該節(jié)課的授課時(shí)間通常是在五月上旬，此時(shí)我國南方地區(qū)教室內(nèi)氣溫已經(jīng)較高，實(shí)驗(yàn)時(shí)玻璃片上的水不易結(jié)冰，而且即使結(jié)冰，由于玻璃片或小木板較重，也很容易與燒杯脫離，難以觀察現(xiàn)象。（2）該實(shí)驗(yàn)中藥品用量較大，反應(yīng)后生成的氯化鋇屬于可溶性的重金屬鹽，若回收會較麻煩，而如若不回收，又會造成環(huán)境污染。（3）反應(yīng)中會釋放出大量氨氣，不加處理直接釋放到空氣中會引起污染，不符合綠色化學(xué)的原理。

針對以上問題，筆者對此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。具體的改進(jìn)方法為：先在普通的小試管中加入5滴水，此時(shí)可見試管內(nèi)的水為液態(tài)。接著，在一個(gè)有蓋的塑料杯杯蓋上開孔使小試管可剛好穿過。在塑料杯中加入10 g已研磨成粉末的Ba（OH）2·8H2O和5 gNH4Cl晶體。然后，在杯蓋內(nèi)貼上用水潤濕且滴有酚酞的濾紙，蓋上杯蓋。之后，用之前滴加過5滴水的試管從杯蓋開孔中插入，然后將一團(tuán)潤濕的棉花團(tuán)套在試管外，用試管代替玻璃棒迅速攪拌，30 s后取出試管，擦去試管外的附著物，可見試管內(nèi)水結(jié)成冰，學(xué)生可以相互傳看3到5分鐘也不融化。最后打開杯蓋，可見濕潤的濾紙變紅說明產(chǎn)生了氨氣。

該實(shí)驗(yàn)方案中，通過試管內(nèi)的水結(jié)冰來判斷該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，由于小試管套在塑料杯里面，保溫隔熱性好，即使使用的藥品只有教材方案的一半，且教室內(nèi)溫度較高，試管內(nèi)水也可結(jié)冰，成功率高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。并且該實(shí)驗(yàn)方案消耗的試劑較少，節(jié)約藥品，產(chǎn)生的氨氣也較少，而有蓋的裝置，以及被潤濕的濾紙和濕棉花都可以保證沒有氨氣泄露出來，不會污染空氣，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。

三、遵循生活原則改進(jìn)演示實(shí)驗(yàn)

我國著名的教育家陶行知先生立足傳統(tǒng)教學(xué)的不足，提出了生活教學(xué)理念，指導(dǎo)著教師在組織教學(xué)活動的時(shí)候，從生活中選取教學(xué)素材，實(shí)施生活化的教學(xué)手段，引導(dǎo)學(xué)生在體驗(yàn)生活中，感知知識內(nèi)容，積累知識應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，提升教學(xué)質(zhì)量。就高中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)而言，其操作離不開實(shí)驗(yàn)器材。而實(shí)驗(yàn)器材有些較為昂貴，或在操作過程中容易損壞，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果不佳。針對該情況，要想提升化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，我們需要遵循生活性的原則進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。

人教版化學(xué)必修1教材第三章第二節(jié)《幾種重要的金屬化合物》中的【實(shí)驗(yàn)3-6】設(shè)計(jì)為：將焊接在玻璃管上的鉑絲放到酒精燈上，利用酒精燈的外焰進(jìn)行灼燒，直到與原本的火焰顏色一樣。接著，用灼燒后的鉑絲蘸取一些碳酸鈉溶液，繼續(xù)放到酒精燈的外焰上進(jìn)行灼燒，觀察火焰的顏色。然后，用鹽酸清洗鉑絲，直到被火焰燃燒的部分沒有顏色，再次蘸取碳酸鈉溶液，重復(fù)之前的操作。在實(shí)驗(yàn)過程中，透過藍(lán)色鈷玻璃觀察火焰的顏色。

根據(jù)教材中的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行操作，卻出現(xiàn)了這樣的問題：在反復(fù)用酒精燈外焰灼燒鉑絲的時(shí)候，鉑絲很容易從玻璃管上脫落下來。因?yàn)殂K絲的價(jià)格較為昂貴，如此不僅造成了經(jīng)濟(jì)上的損失，還導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)無法繼續(xù)。在操作實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，我們需要用玻璃管蘸取鹽酸，并將其放到酒精燈的外焰上進(jìn)行烘烤，因?yàn)辂}酸具有揮發(fā)性，在灼燒的過程中，很容易產(chǎn)生污染物，污染空氣。此外，在使用鉑絲做焰色反應(yīng)的時(shí)候，因?yàn)槊看问褂貌ＡЧ苷喝〉娜芤毫渴菢O為有限的，在使用酒精燈外焰灼燒的時(shí)候，盡管可以觀察到焰色反應(yīng)，但是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間較短，很難細(xì)致地觀察實(shí)驗(yàn)。

針對教材實(shí)驗(yàn)演示過程中出現(xiàn)的諸多不足，筆者在生活性原則的指導(dǎo)下，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)：首先，在玻璃管的一端纏繞上脫脂棉。將乙醇、固體碳酸鈉、固體碳酸鉀、固體氯化韓、固體氯化銅等固體藥品配置成溶液，并根據(jù)教材中給出的實(shí)驗(yàn)步驟，分別用纏有脫脂棉的玻璃管蘸取可溶性鹽的溶液。

如此改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)，相較于教材中的實(shí)驗(yàn)，操作簡單，實(shí)驗(yàn)材料簡單易取，造價(jià)低廉。在實(shí)驗(yàn)過程中，焰色反應(yīng)的時(shí)間也較長，能長時(shí)間地進(jìn)行觀察。而且，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過程中，很少產(chǎn)生污染物，做到了綠色環(huán)保。與此同時(shí)，在實(shí)驗(yàn)操作過程中我們使用到的材料是隨處可見的，學(xué)生可以自主地在課下搜集實(shí)驗(yàn)材料，進(jìn)行自主操作，在親身實(shí)踐中，通過觀察現(xiàn)象加深化學(xué)理解，提升實(shí)驗(yàn)操作水平。

除了以上所提及的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)之外，筆者認(rèn)為，我們還需要遵循安全性的原則。因?yàn)榛瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的操作是為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)提供服務(wù)的，如果在實(shí)驗(yàn)操作過程中發(fā)生意外，對學(xué)生的身體造成傷害就得不償失了。而化學(xué)實(shí)驗(yàn)恰恰會在操作過程中使用到一些易燃易爆、有毒性的物品，或者因?yàn)椴僮鞑划?dāng)，發(fā)生爆炸問題，如此給師生的人生安全帶來不小的危害。基于此，我們需要對有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)操作過程中，首先要嚴(yán)格地遵循實(shí)驗(yàn)室的各項(xiàng)規(guī)范。其次，要使用一些保護(hù)措施。最重要的是要提升實(shí)驗(yàn)的安全性。

總之，在高中化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)操作過程中，教師既需要以教材為依據(jù)，按照教材的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，但同時(shí)又要善于發(fā)現(xiàn)教材中給出的實(shí)驗(yàn)不足，發(fā)揮自身的教學(xué)能力，對教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使學(xué)生能在科學(xué)性、綠色性、生活性的演示實(shí)驗(yàn)觀察和操作的過程中，真正地發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析、總結(jié)，探尋到其中包含的化學(xué)概念、定理等，深刻地理解化學(xué)知識，提升化學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量。

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