关于几个高中化学实验的改进与思考

来源:用户上传      作者: 麻锐杰

　　一、前言
　　化学是一门以实验为基础的学科，实验是其重要特征。新课改也将化学实验提到了一个全新的高度，在地位、功能、内容以及教与学的方式上都发生了很大的变化，从实验探究、实验事实、实验史实和实验方法论等角度重新诠释了“以实验为基础”的涵义，突出了化学学科的特征，更好地发挥实验在教育教学中的功能。
　　在化学教学实践中，笔者发现中学化学教材中部分实验存在设计上的不足，已不能满足当前教育教学发展的需要。具体反映在：一、部分实验结论没有科学的严谨性，实验装置材料搭配欠佳，操作繁琐；二、实验内容不完整，方法陈旧；三、实验现象不够直观、明显或成功率不高；四、部分实验产物对环境有污染，在环保性上尚不能达到要求[1]等。针以上种种情况，笔者觉得有必要对中学部分化学实验进行改进，这是化学教学的需要，也是社会发展和全面实施素质教育的需要。现就中学化学实验中的部分实验改进谈几点粗浅的认识。
　　二、实验改进
　　1.原电池实验的改进
　　人教版高一化学必修2第二章第二节实验[2-4]原电池实验，按教材内容的要求很容易做成原电池，但产生的实验现象有几点不足。
　　按教材内容所示，制作成的原电池，确实有许多气泡从铜片上冒出，但实际上锌片上也有气泡产生，现象与结论不符，对学生造成误解。
　　究其原因主要有三点：①实验所所用的锌片可能不纯，当锌片浸入稀硫酸溶液中时其表面已形成了许许多多的原电池，使实验现象与事实不符；②锌片和铜片之间的电阻较大，使锌片上的电子难以转移到铜片上；③所用的稀硫酸溶液浓度可能偏高。
　　为了能使学生观察到正确的实验现象，针对这三个原因，笔者做了如下尝试。
　　实验药品：锌片、铜片、0.1mol・L－1的稀硫酸溶液
　　实验仪器：烧杯（两个）、导线、电流计、砂纸
　　实验步骤：选用新买的锌片（或者用砂纸磨掉锌片表面发黑的物质），向两个烧杯中分别倒入浓度为0.1mol・L－1的稀硫酸溶液适量，连结好装置，发现电流计的指针发生偏转，锌片上几乎观察不到有气泡产生，而铜片上却产生大量的气泡，实验效果非常明显，并且与事实相符。
　　改进后的优点：
　　（1）实验设计体现了科学的严谨性。实验现象单一，符合原电池的原理，更有利于学生理解原电池的原理，培养了学生科学素养。
　　（2）实验现象与结论相符，不会对学生造成迷惑，有利于学生根据实验现象推断出相应的实验结论。
　　2.化学反应速率实验的改进
　　人教版高中化学必修二，第二章第三节实验[2-5]化学反应速率实验，按教材操作有的不足：反应过快，现象不明显。在演示因反应物不同，反应速率不同的因素时，选用的是镁和铁与同种浓度的盐酸同时反应。由于镁和铁与盐酸反应生成物没有颜色，只能通过气泡判断，而且反应时间太短，不能使所有学生清楚的观察到。
　　针对以上实验中存在的问题，笔者对实验做了如下改进，收到了良好的效果。
　　实验药品：不同浓度的硫代硫酸钠溶液、0.1mol・L－1稀硫酸溶液
　　实验仪器：试管（四个）
　　实验原理：Na2S2O3 + H2SO4 == Na2SO4 + S↓ + SO2 ↑+ H2O
　　实验操作：在两支试管中分别取0.1mol・L－1稀硫酸溶液的硫酸溶液适量，再同时加入不同浓度的硫代硫酸钠溶液，观察，可清楚地看到沉淀出现的先后，以及颜色的不同。
　　改进后的优点：实验现象中有沉淀析出，可以清楚明了的观察出反应的快慢。可以使学生更能从根本上理解所学知识。
　　3.焰色反应实验的改进
　　人教版高中化学必修一，第三章第二节实验[3-6]焰色反应实验，如按教材内容进行操作，有几点不足：
　　（1）损坏率大：焰色反应实验的载体常用铂丝(或光洁无锈的铁丝)，由于其在火焰中反复灼烧，容易从连结的玻璃棒上脱落或折断。
　　（2）污染环境：实验中须在铂丝上蘸取盐酸在火焰上反复灼烧至无色，才能进行实验，由于盐酸极易挥发，在火焰中反复灼烧时，会逸散到空气中，造成污染。
　　（3）实验中,用铂金丝实验效果虽然理想,但是铂金丝价格昂贵,许多中学并不具备。
　　（4）由于铂丝上蘸取的金属盐溶液有限,灼烧时,火焰呈现的时间短,火焰小,实验时不能使所有学生观察清楚，几种金属盐溶液的焰色也难以比较。
　　通过教学实践以及教学效果的对比，笔者对本实验做了如下改进，取得了良好教学效果。
　　实验药品：无水乙醇，固体Na2CO3，固体K2CO3，固体CaC12，固体CuC12
　　实验仪器：三脚架、蒸发皿、玻璃棒(4个)、火柴
　　实验操作：在三脚架上放一个干燥洁净的蒸发皿,加入15mL无水乙醇,点燃,用药匙取少量金属盐粉末撒在火焰上,即可观察到各个金属离子在焰色反应中的特征焰色。并用玻璃棒不断搅拌燃烧的乙醇,焰色可持续到乙醇燃烧完毕。
　　改进后的优点：
　　（1）仪器简单,材料经济,来源广泛，而且操作简便。
　　（2）乙醇在蒸发皿中燃烧,火焰很旺,加入固体金属盐后,产生的焰光很强,用玻璃棒搅拌使金属盐与火焰充分接触,延长了观察的时间,使焰色反应更加明显。
　　（3）酒精自身燃烧颜色浅，对金属离子焰色的干扰小。
　　（4）整个实验过程对环境没有污染，符合现代绿色化学的要求。
　　三、反思
　　笔者通过报刊检索法，以三种化学期刊为调查对象――《化学教育》、《化学教学》、《中学化学参考》，发现这三种期刊中以化学实验为主题的文章非常多，问题也涵盖了化学教学的各个方面，具体可分为：理论研究，实验改进设计和经验总结应用。文章比例如下表所示：
　　三种刊物中化学实验文章的分类统计
　　刊物 理论研究 实验改进设计 经验总结应用
　　化学教学 7 162 115
　　中学化学参考 11 159 130
　　化学教育 6 296 91
　　总计 24 617 336
　　百分比（%） 2.4 63.1 34.5
　　
　　由表可知，化学实验在教学中已经被广大教师重视起来，并在不断整理与完善中，而在化学实验的改进与设计上，笔者认为还应注意以下五个方面：
　　1.实验应该紧紧围绕课程标准，充分体会作者的设计意图。化学课程标准是教师教学的纲领，规定了化学学习的深度和广度。化学实验以及对它的改进也应该符合课程标准，只有这样化学实验才能够最大化地实现课程目标，取得良好的教学效果。
　　2.实验改进应符合学生的认知规律。学生的观察和思考能力是一个慢慢提升的过程，所以教师在设计实验时，应在不违背教材意图的前提下，遵循学生认知能力的发展规律，实验操作应该尽可能简单，原理尽量单一，在学生具备丰富的化学知识的基础，再进一步提高实验的综合性与复杂性。无论是实验原理、实验药品、实验器具以及实验操作的改进，都不能离开学生现有知识的接受能力和中学生身心发展的规律。要围绕原实验的作用和意图，本着服务于化学教学的宗旨，否则，实验改进很容易步入误区，甚至会在教学中产生副作用。
　　3.实验改进应遵循实验现象的直观性。改进后的实验，其现象应明显，可见度高，并可根据现象直接得出实验结论。这不仅仅是实验改进成功的标志，也应该是中学化学教师在改进实验时要遵循的原则。例如实验改进3――化学反应速率实验的改进，改进后的现象就非常明显，便于学生观察，思考并得出结论。
　　4.实验改进应具有可行性。改进时应考虑学校目前的实验条件以及课堂教学的实际需要，以调动学生的学习兴趣为前提，尽可能最大化的实现课堂的教学目标。例如实验改进1
　　――对焰色反应实验的改进，很多学校由于条件比较落后，可能就没有铂丝，那么教师就应该就现有的条件，为学生设计实验，提高学生的探究式学习的能力。
　　5.实验改进应注重环保性与安全性。增强实验的安全性，这是进行化学实验研究的前提，中学化学实验中极少数有安全隐患，这一类实验，应尽量加以改进：（1）尽量避免有腐蚀性接触人体以及有毒性的物质逸散到空气中，对人体造成伤害；（2）可以从改进仪器装置或增加防护措施等多方面对尾气进行处理，将其收集起来或转化为无毒气体排放，以减少实验的危险性并降低了对环境的污染。（3）因为在化学实验过程中，一旦发生事故，后果往往不堪设想，必要时可以以电化教学代替实验操作，但不可完全取代。
　　总之，实验绝对不是“照方抓药”，而是一项具有探究性和创造性的工程，只有对它进行不断的完善和改进，才能使其更好的服务于化学教学工作，取得更好的教学效果。
　　参考文献：
　　[1] 俞文智，钮丽红，王明洲.中学化学实验的改进[J].实验教学与仪器,2011,2:27-29
　　[2] 张苓珍.高中化学实验改进三则[J].河北理科教学研究，2009,3:36-37
　　作者简介：
　　麻锐杰（1986- ），女，陕西人，陕西师范大学化学化工学院学科学科教学（化学）硕士研究生。

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