初三化學(xué)教師實驗操作比賽中引發(fā)的思考與建議

黎宙 湯韜 黃晏萍

【摘要】本文通過十五位初三化學(xué)教師參加的實驗操作比賽中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，并結(jié)合比賽選手的表現(xiàn)提出一些今后教學(xué)的建議，以提高這個實驗的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】教師;實驗操作比賽;問題;探討

2020年底，有幸成為初三化學(xué)教師實驗操作比賽的評委，評比的內(nèi)容是《測定空氣里氧氣的含量》，要求比賽教師用說課等形式在12分鐘內(nèi)一邊做實驗一邊分析實驗，得出空氣里氧氣含量的結(jié)論。參加比賽的選手大部分是青年教師，也有經(jīng)驗豐富的中年教師。儀器藥品由比賽地點學(xué)校提供，參賽選手抽簽確定比賽序號后，按序號提前組裝儀器，然后進(jìn)行比賽。對于初三化學(xué)教師來說，《測定空氣里氧氣的含量》是比較簡單的實驗，參賽老師己經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計比賽，有心理準(zhǔn)備，應(yīng)該說是一次比較輕松的比賽。但比賽的結(jié)果卻讓人大跌眼鏡，實驗的成功率不到30%，大部分的選手沒有做到集氣瓶內(nèi)水面上升到約1/5處，無法通過現(xiàn)象得出氧氣占空氣體積的1/5的結(jié)論。經(jīng)粗略統(tǒng)計：成功實驗約3至4人，水面上升超過1/5的約1人，有2位老師因為緊張忘記關(guān)閉彈簧夾造成失敗，另有1位老師因把時間浪費在如何把集氣瓶水面上的空間進(jìn)行五等分導(dǎo)致沒有時間做實驗外，另有7人的實驗水面上升遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于1/5，或者說幾乎沒有水流進(jìn)燒杯。實驗失敗的原因是什么呢？這個問題引起了我的極大興趣，作為初三化學(xué)的任課教師，因為緊張少數(shù)人出現(xiàn)失誤是可以理解的，但大面積的實驗失敗肯定是存在問題的。我認(rèn)真觀察選手們的實驗操作和歸還的實驗裝置與藥品，并與選手簡單交流，檢查使用過的儀器裝置的氣密性，發(fā)現(xiàn)幾個問題值得探討，下面逐一進(jìn)行敘述。

一、水面上升距離1/5還有較大差距的問題

1.根據(jù)教輔資料和多年經(jīng)驗，《測定空氣里氧氣的含量》有許多影響因素，如：導(dǎo)管中還滯留有水、集氣瓶中的氧氣沒有完全消耗、點燃的紅磷伸入集氣瓶時造成氣體膨脹逸出，這些因素在本實驗中互相制約，互相抵消影響后水面能上升到約為1/5處。因此，按課本的要求進(jìn)行實驗，只要不出現(xiàn)諸如：紅磷量不足、裝置漏氣、集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾等錯誤操作，水面上升約占空氣體積的1/5是沒有問題的。較多的選手出現(xiàn)水面上升離1/5還有較大差距，這是什么原因呢？通過觀察選手們的操作，紅磷的量都取得非常多，一般都是蓋滿燃燒匙，實驗結(jié)束后紅磷還有大量剩余，因此，紅磷的用量不是失敗的原因。集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾這一現(xiàn)象確實出現(xiàn)在少數(shù)選手身上，因為時間只有12分鐘，做實驗前鋪墊過多，就會造成時間緊張，聽到結(jié)束提示音后，提前打開彈簧夾，導(dǎo)致流入的水過少，但后續(xù)沒有觀察到燒杯中的水繼續(xù)流入集氣瓶這一現(xiàn)象。歸根到底實驗失敗的主要原因還是氣密性不好，造成紅磷燃燒后空氣進(jìn)入瓶內(nèi)，使瓶內(nèi)壓強(qiáng)接近大氣壓，燒杯中的水不能流入集氣瓶。比賽前選手要準(zhǔn)備儀器裝置，應(yīng)該會預(yù)先檢查氣密性，那么問題究竟出在哪里？我把比賽過程中觀察到的一些較為反常的現(xiàn)象聯(lián)系起來分析：

反?，F(xiàn)象1：一位男選手在橡皮塞和導(dǎo)管、燃燒匙的連接處用濕紙巾包住，解釋說是防止裝置漏氣，從教幾十年，第一次見到這樣的操作，以為是橡膠塞上的孔太大，玻璃管和橡膠塞之間有松動，造成氣密性不好。

反常現(xiàn)象2：比賽期間天氣嚴(yán)寒，氣溫100C以下。比賽的選手介紹說，由于天氣比較寒冷，手比較涼，須用熱毛巾來做氣密性檢查。根據(jù)我的經(jīng)驗，冬天做氣密性檢查用手捂集氣瓶的效果是非常明顯的。用熱毛巾捂和用酒精燈微熱是在夏天氣溫高的時候的做法，因為手表面的溫度與空氣的溫度相差不大。用熱毛巾捂，能使氣體迅速膨脹而產(chǎn)生氣泡，對于輕微漏氣是檢測不出來的。后面陸陸續(xù)續(xù)還有六七位選手這樣操作，但氣密性檢查還是不理想，有兩三位選手甚至沒做氣密性檢查，這是出現(xiàn)問題的節(jié)奏啊。

反?，F(xiàn)象3：選手做過實驗的橡膠塞上與集氣瓶口接觸的地方都有損壞，是一條深深的劃痕，并出現(xiàn)少量橡皮脫落現(xiàn)象。我們知道，集氣瓶口里面是光滑的，便于與橡膠塞緊密貼合，光滑面是不可能造成橡膠塞損壞的。

根據(jù)以上三種反常現(xiàn)象，可以得出實驗失敗的原因就是氣密性不好造成的。氣密性不好的原因是集氣瓶的質(zhì)量問題造成的，集氣瓶口有向內(nèi)突出的邊鋒造成瓶塞損壞而漏氣。比賽地點學(xué)校提供的儀器中，300mL的集氣瓶有兩種，大部分是新的集氣瓶，瓶口處有向內(nèi)突出的邊鋒，用手摸能夠明顯感覺得到。選手們做過實驗后橡皮塞都出現(xiàn)了表皮損壞，就是瓶口突出的邊鋒造成的;另一種是舊集氣瓶，發(fā)現(xiàn)不多，其中一個是比賽選手從外校帶來。舊集氣瓶瓶口內(nèi)表面光滑平整，用過的橡膠塞表面沒有損壞，檢查氣密性時沒有使用熱毛巾，并且有非常明顯的氣泡。橡膠塞都是9號塞，稍大一點，使用時只有少量橡膠塞能塞進(jìn)集氣瓶，大部分橡膠塞暴露在瓶外，當(dāng)時選手們做實驗時，把燃燒匙伸入集氣瓶中時都是用力向下壓，因為準(zhǔn)備階段橡膠塞就被新集氣瓶口內(nèi)突出的邊鋒損壞，向下壓沒有讓橡膠塞與突出的邊鋒嵌合緊密，導(dǎo)致漏氣。

因此，教師平時演示紅磷燃燒測量空氣中氧氣含量的實驗要注意以下幾點：

1.導(dǎo)管和燃燒匙與橡膠塞之間如果松動確實會出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，解決方法是涂抹凡士林進(jìn)行密封，在橡膠塞上包濕紙巾的操作不適合科學(xué)實驗，只能當(dāng)作應(yīng)急處理。

2.橡膠塞與集氣瓶之間出現(xiàn)漏氣是因為嵌合不好，注意要找瓶口標(biāo)準(zhǔn)的集氣瓶，橡膠塞不要使用老化的橡膠塞，剛?cè)M(jìn)集氣瓶時要旋緊，防止氣體受熱膨脹使橡膠塞彈出。

3.大多數(shù)選手把燃燒匙伸入集氣瓶時都用力壓橡膠塞，實際上橡膠塞伸入集氣瓶后最好是旋緊，能更好的防止氣體膨脹時造成瓶塞松脫漏氣。包括橡膠塞塞入試管制取氧氣的實驗，塞入橡膠塞后也是旋緊，而不是壓緊。曾經(jīng)到一些學(xué)校調(diào)研，許多學(xué)生用試管裝藥品后拼命壓橡膠塞而不是采用旋緊的方法，真擔(dān)心壓裂試管口，造成手部受傷。

二、水面上升超過1/5的問題

最后一位選手沒有使用比賽地點學(xué)校提供的實驗儀器，用自帶的儀器裝置做紅磷燃燒測量空氣中氧氣含量的實驗，檢查氣密性和操作都非常順利，并且還預(yù)先在導(dǎo)管中充滿水，防止水滯留在導(dǎo)管中。但打開彈簧夾卻發(fā)現(xiàn)水面上升超過1/5，約為1.5/5，比賽選手還分析了超過1/5的原因是：①燃燒匙伸入集氣瓶時彈簧夾未夾緊橡膠管，造成氣體通過橡膠管逸出，②燃燒匙伸入集氣瓶過慢，造成瓶內(nèi)空氣逸出，因此有較多的水流進(jìn)集氣瓶。但比賽選手的導(dǎo)管預(yù)先充滿水并夾緊彈簧夾，還把導(dǎo)管口浸入水中，未發(fā)現(xiàn)有氣泡逸出;比賽選手操作實驗還是比較迅速的，伸入速度慢也不是主要原因，哪么，原因是什么？