初中学生化学实验与创新能力的研究

2018-05-14张然功

丝路视野 2018年8期

张然功

【摘要】化学是一门以实验为基础的学科，实验是化学教学的生命线。化学实验对于激发学生的学习兴趣，帮助他们形成化学概念，巩固化学知识，获得化学实验技能，培养实事求是、严肃认真的科学态度，训练科学方法具有重要意义，在培养和提高学生的科学素养方面发挥着重要作用。有效的实验是培养学生动手实践能力非常重要的一环，也是落实三维目标的有效途径。而要达到理想的实验效果，就要首先对化学实验进行科学的设计和创新，进行思维创新，实践创新以达到对理论知识的巩固和深化。

【关键词】初中学生；化学实验；创新能力

我国著名化学家戴安邦先生曾经指出：“化学实验是实施全面教育的一种最有效的形式，是化学学科素质教育的有效组成部分。化学实验以其丰富的内涵，在培养学生素质中发挥独特的功能和作用。”新课程实施以来的教学实践也证明，化学实验不仅是中学化学教学内容的重要组成部分，也是教师教、学生学化学的重要方法，是落实三维教学目标的有效途径。为了更好地发挥实验的功能，化学教师需要具备创新意识，除完成课本上的典型实验外，还要根据本校的实际情况对个别实验进行改进与创新，以此使实验教学达到最优化。

一、中学化学实验教学的现状

从目前的初中化学课堂教学来看，受考试指挥棒的影响，教学中忽视对学生的实验能力和创新精神的培养；忽视对学生动手、动脑、操作技能的培养。初中化学实验教学的开展并不是很好。如（1）教师认识不到位，片面认为做实验耽误时间。（2）“讲实验、背现象、背结论”的偏多，而学生亲自做实验的较少。（3）验证性演示实验较多，而自主探究性实验较少。（4）家庭实验不能正常开展，与生活联系不密切。（5）实验不注重环保，使学生受到了伤害。（6）演示实验效果不明显，达不到应有的效果。

二、中学化学实验改进与创新的必要性

教材中有些实验在设计上有些缺陷，或是现象不够明显，或是存在安全隐患，或是会对环境造成污染，或是成功率低，或是实验条件太高等。这就需要教师去改进实验和创新实验，使实验真正成为学生学习化学的帮手。通过对教材实验的改进和创新，使化学实验更具有创新性、实用性、科学性、简约性、趣味性等特点。

三、中学化学实验改进与创新的原则

化学实验应符合教学性、科学性、安全性、可行性、趣味性、简约性、绿色化和微型化的原则，应当以有利于学生学习与发展为本进行改进与创新，从而更好地让学生通过实验学好化学。

第一，教学性原则：化学实验要能有效实现化学教学的目的。

第二，科学性原则：化学实验要在知识认识阶段的背景下设计，体现知识的准确性，不能随意更改，要有一定的理论基础。

第三，安全性原则：安全是实验的前提，改进和创新实验时，要充分考虑各个方面是否安全可靠，尽量避免造成人身伤害和环境污染。例如：做硫在氧气中燃烧实验时，为避免燃烧产物污染环境，实验时最好在瓶底放少量氢氧化钠溶液。

第四，可行性原则：设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行，所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学的条件下能够得到满足，确保实验顺利完成。实验室制取二氧化碳，就不能选用稀硫酸与碳酸钙反应，因为反应过程中生成的微溶物硫酸钙附着在未反应的碳酸钙表面，阻止反应的进一步发生。

第五，趣味性原则：利用贴近生活、联系生产和实际的生动有趣的实验，激发学生的学习主动性和积极性。例如：在探究燃烧与灭火的条件时，增加演示“魔棒点灯”或“烧不坏的手帕”实验等，可激发学生学习兴趣。在此基础上深入探究燃烧条件，能加深学生对燃烧条件的认识。

第六，绿色化原则：化学实验要避免使用有毒有害物质和危险操作，树立绿色化学的观念，尽可能做到原料、过程、产物绿色化。例如：制取少量氧气时，一般采用过氧化氢和二氧化锰混合制取，且二氧化锰要回收等。

第七，简约性和微型化原则：要尽可能采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，在较短的时间内来完成实验，获得最佳的实验效果。例如：做二氧化碳灭火实验时，将250ml烧杯换成100ml烧杯，用一块长度约25cm，宽度与烧杯内径相当的透明环璃片立在烧杯中间，把烧杯分为两个区域，一边放生日蜡烛，一边供倾倒二氧化碳，可避免空气快速流动造成的熄火，不仅二氧化碳用量少，符合环保要求，而且成功率高，现象十分明显。

四、中学化学实验改进与创新的案例

（一）分子运动的实验改进与创新

氨分子运动实验是初中化学的教学重点之一，是学生将微观知识形象化的重要事实。教材实验（如图1）选用三支小烧杯盛放浓氨水和酚酞溶液，观察实验现象。学生进行探究活动中，浓氨水挥发出来的刺激性气味很大，影响师生正常上课，而且用小烧杯盛放浓氨水和酚酞试液的用量也较大，该实验存在环境污染和药品浪费问题。不符合绿色化学的要求。

实验改进如下。

1.实验仪器与试剂：具支试管、胶头滴管、金属丝、气球、浓氨水、生石灰、湿润的酚酞试纸（如图2）。

2.实验操作：（1）在具支试管底部装入少量生石灰；（2）在具支试管的支管处系一气球；（3）將插有吸有浓氨水的胶头滴管和湿润的酚酞试纸橡胶塞塞入具支试管口；（4）挤压胶头，使浓氨水挤入具支试管里；（5）观察现象，湿润的酚酞试红变红色，气球变大。

3.此实验的优点：（1）操作简单、实验现象明显；（2）安全环保，浓氨水对皮肤有一定的腐蚀性，氨气刺激呼吸系统，实验在密闭体系中进行不会对人体造成损伤；（3）节约药品，改进后的实验操作更加简单，避免浓氨水和酚酞试液的浪费；（4）可将演示实验转变为学生实验，通过实验的微型化、普通化，培养学生的创新意识、环保意识。

（二）测定空气中氧气含量的实验创新

1.教材中的实验必须注意：（1）导管过长，里面的空气影响实验的测定结果。（2）红磷点燃方式属于外燃式，产生的五氧化二磷会扩散到空气中，造成空气污染，而且再将燃烧的红磷插入集气瓶时，也会有部分空气受热从瓶中逸出造成实验结果不准确。（3）等待集气瓶完全冷却的时间长。

2.改进后的实验步骤：（1）将四根橡皮筋均匀套在集气瓶上。（2）取一定量红磷放在燃烧匙上，塞紧带导管的橡皮塞，用激光笔照射集气瓶下部燃烧匙中的红磷，使红磷燃烧。（3）红磷在集气瓶中继续燃烧，等火焰熄灭，用湿毛巾覆盖在集气瓶壁上，待集气瓶内白烟散尽之后，取下湿毛巾，再将集气瓶倒过来，乳胶管插入水中，打开止水夹，水自动进入集气瓶，形成喷泉。（4）观察水的体积。

3.实验创新点：（1）采用封闭式点燃，避免了五氧化二磷的扩散及装置内空气逸散。（2）省去一截进水玻璃管，减少了实验误差。（3）选用“喷泉”法向瓶内补水，增加了实验的趣味性。（4）再利用此装置做硫、磷分别在氧气中燃烧实验，能有效的防止实验过程中有害气体外泄。

（三）硫与氧气反应实验创新

1.实验改进原因：污染空气、损害健康。

2.实验改进措施

（1）实验改在密闭容器中进行，二氧化硫用水吸收。

（2）此实验改为对比试验。

（3）此实验中使用了pH试纸。

3.实验仪器、药品

燃烧匙（2）、注射器（2）、漆包线（4）、电阻丝、旧电瓶、药匙、镊子、细沙、水、空气、氧气、硫磺、pH试纸等。

4.实验过程：（1）准备一瓶氧气、一瓶空气。（2）将湿润的pH试纸放入空气瓶内。（3）在燃烧匙内铺上一薄层细沙，然后取少量的硫。（4）将带有电阻丝、燃烧匙、注射器的橡皮塞迅速和盛空气的集气瓶连接，并旋转拧紧橡皮塞。（5）重复3、4操作，和盛氧气的集气瓶连接。（6）连接电源。

5.实验效果评价：（1）实验创新的生活化；（2）实验创新的绿色化；（3）实验创新的科学化；（4）实验创新的趣味化。

（四）面粉爆炸装置的创新设计

1.实验器材、用品：塑料罐（带盖子）、小塑料瓶、胶皮管、气嘴、气筒、插有铁丝的小木板、蜡烛（高5cm左右）、面粉。

2.实验装置（见自制面粉爆炸装置）

3.实验步骤：（1）将面粉或食用淀粉装入小塑料瓶内（面粉量加到与瓶口相平为宜）；（2）点燃固定在小木板上的蜡烛，小心地放入塑料瓶内（放稳），盖紧盖子；（3）用小气筒向罐内鼓气，鼓气后，罐内迅速产生大量红色火苗，伴随“嘭”的一声巨响，盖子被高高掀起。

4.实验创新点：（1）用气筒向罐内鼓气，气流大，能使面粉小颗粒迅速充满整个容器，现象明显，成功率极高；（2）因罐是透明的，可以清晰地看见粉尘在罐内燃烧的火焰及盖子被掀起的现象；（3）操作简单，方便实用；（4）所用材料体现了资源利用意识，进一步增强了学生的安全环保意识。

5.注意事项：（1）气密性良好是该实验成功的关键，为保证良好的气密性，盖子必须旋紧；（2）为确保安全，可将罐放在铁架台底座上，罐口上方固定一个铁圈（用于阻挡掀起的盖子），切勿将头伸在瓶口上方；（3）用食用淀粉效果较好。

五、结语

中学化学实验改进与创新是一个庞大的课题，我们只是选择了几个实验，尝试自制实验器具与装置进行实验，在实验的生活化、微型化、绿色化方面进行了改进与创新。中学化学实验改进与创新可以弥补传统实验之不足，提高实验的安全性与可操作性，节省药品、减少环境污染.教学中可将演示实验改为边讲边实验，增加学生进行实验操作和实验探究的机会，解决大班或农村中学进行“实验探究”教学的问题，同时教师实验探究、实验改进、实验创新的精神潜移默化地影响着学生，对学生创新精神培养，环境保护意识、绿色化学思想的形成大有益处，有利于落实国家课程标准的要求，提高学生的科学素养。