中學化學實驗的設計與創新

摘 要：為進一步培養學生創造性思維能力和創新精神，本文針對傳統的化學實驗的設計模式進行了研究。

關鍵詞：化學 實驗 設計 創新

實驗改進是培養學生創造性思維能力和創新精神十分有效的途徑。化學實驗的創新方法很多，教師應該學會如何選擇創新點，即學會尋找從何處創新。一般來說，實驗創新可以從以下幾方面進行考慮:

一、改造實驗儀器

傳統的實驗儀器由設計到推廣已經有一百多年的歷史了。人們在使用每一種儀器的時候，往往能夠很好地牢記每一種儀器在使用時應注意什么，操作時在避免出現危險方面也可以做到最好，可是卻很少進一步想到如何讓這種危險或其它不利因素的可能減小為零；在充分享受某種儀器帶來的非常好的效果的同時，而忽略了該儀器的笨拙或使用時的千萬小心。這種視經典為權威的思想和不自覺的意識，往往就是教師缺乏創意的癥結所在。實際上，科學的實驗方法就是應該不斷地發現問題和解決問題，而不是回避問題，各種儀器的不利之處無疑都給我們提供了實驗創新的課題。

以酒精燈為例，傳統的酒精燈在使用時不得不遵守一些特殊規定：不能裝滿酒精，不能相互點燃，不能用口吹滅等等，究其原因，主要是它無密封性，易潑灑酒精引發火災；其次是其扁平的外形，雖然重心較低、穩定性較好，但受輻射面積也大，促進酒精氣化，致使燃燒和吹滅時不安全。

考慮這些方面，有人就設計了一“安全酒精燈”，讓其瓶口用單孔橡膠塞塞住，燈芯置于一玻璃管中，插在橡膠塞中，玻璃管長度插至接近酒精燈瓶底。通過這一簡單的設計，就解決了密封性問題，同時可裝滿酒精，可相互點燃，可用口吹滅，甚至可以倒置燃燒而不用擔心會潑灑酒精。

這一簡單的設計無疑給了我們很大的啟發：傳統并不一定權威，只要我們開拓思想，創造之門定會為我們敞開。

二、改造實驗裝置

氧化還原反應裝置或多或少也存在一些問題，例如連接儀器多、會產生有毒尾氣、操作起來不太方便、反應操作時間長而不利于課堂教學等等，要進行實驗創新和改革，這些多應該成為考慮的因素，因為它們意味著有可變之處，可通過改造而優化。

例如，在一氧化碳還原氧化銅的實驗中，在傳統的實驗中，需要先制一氧化碳或準備一個較大氣囊，同時要有還原氧化銅的裝置，而且要進行尾氣的回收，否則在演示實驗時會對學生的健康有影響。從這些方面看，操作十分繁瑣，如果在課堂上演示實驗，需占用很長時間。有人對此實驗進行了改革，先在實驗室制好一錐形瓶的一氧化碳，用橡皮塞塞緊，在課堂教學的過程中，取一螺旋銅絲，在酒精燈上加熱燒黑，趁熱立即放入裝有一氧化碳的錐形瓶中，銅絲又恢復成光亮的紅色。此反應十分簡單明了，任何連接都不需要用，也不用擔心會有一氧化碳污染空氣。

類似的實驗，在用一氧化碳還原氧化鐵的實驗中，也可以設計選擇一長試管，在試管底部放入草酸，在中部放置氧化鐵粉末，兩者中間隔一團棉花，分別在兩藥品部位之下各放置一個酒精燈進行加熱。這樣，在試管底部草酸鈉受熱分解產生的一氧化碳可直接進入中部與氧化鐵發生反應，從而也使整個反應操作簡化不少。由此可見，傳統的實驗裝置雖然有可靠性和可固定思維的規律，但不一定是最佳方案，只要充分發揮和挖掘教師和學生的創造性，一定可以找到更好的方法。

三、針對實驗問題，設計解決方案

在一些實驗過程中，常由于物質化學性質的特殊性，給實驗增加了難度甚至危險性，一般教師都是避開的，而只給學生正確的方法，殊不知，在這些操作中，卻蘊藏著豐富的內容來供給學生創新，用以培養他們的創造思維能力。例如在濃硫酸的稀釋過程中，如果向濃硫酸中滴加水，會有危險，但如何讓學生看到該操作的危險性呢？直接向一燒瓶的濃硫酸中滴加水，由于沸騰而飛濺出來的水滴非常小，并且持續時間短，所以沸騰現象不明顯，不足以說明問題。此時可啟發學生進行改進，例如可將濃硫酸放在培養皿中，將一大漏斗內壁上貼幾條濕潤的石蕊試紙，然后罩在培養皿上，用吸管吸足水，從漏斗管中插入，接近濃硫酸液面時，將水滴下，濃硫酸立即沸騰，雖然飛濺的液滴仍然很少，但留在試紙上的紅色斑點卻能把飛濺的液滴“記錄”下來。通過這種設計，既能很好地說明將水注入濃硫酸中進行稀釋的方法具有危險性，又讓此演示的過程毫無危險，而且形象生動，富有啟發性。

又例如苯酚與溴水的反應實驗中，應該向苯酚的稀溶液中滴加過量的濃溴水，此時也不妨將實驗進一步深化，問一個“為什么”必須這樣，從而引導學生動腦，想到做對比實驗：如將少量濃溴水滴入苯酚稀溶液中，以及將少量苯酚稀溶液滴入濃溴水中，看能否得到白色沉淀。

四、根據物質的化學性質設計實驗

根據物質的化學性質，也可以設計一些有趣的實驗，既能豐富課堂內容，提高學生學習興趣，又能鞏固知識。例如，金屬鈉能與水劇烈反應生成氫氣和氫氧化鈉，教材上的實驗就是將鈉放入水中反應，觀察現象，另收集一試管氣體點燃，顯得過于簡單。此時不妨設計一套實驗，取一U型管，裝滿溶有少量酚酞試液的水，在其一端管口塞上一只帶尖嘴導管的橡膠塞，且在橡膠塞底部插入一小鋼針。讓鋼針插上金屬鈉塊，使活塞關閉后立即塞入U型管的另一個管口（要迅速，防止有空氣進入而產生危險），可清楚地看到，鈉塊立即與水反應，U型管里的溶液很快變成紅色（生成了堿性物質），同時產生大量氣體，使水從另一端能夠形成美麗的噴泉，且噴泉顏色逐漸變淺，反應完畢，打開活塞，用燃著的木條接近尖嘴，可看到氣體的燃燒現象（生成了氫氣）。該實驗在原理上十分簡單，也很容易操作，實驗過程中既可觀察鈉與水反應的現象，又由現象能推出反應中生成了氫氧化鈉和氫氣，而且能夠大大增加學生學習的興趣，啟迪他們的思維，進行創造。

同是噴泉實驗，在講乙酸的時候，可向裝有小蘇打的飽和溶液的平底燒瓶中倒入適量的濃醋酸溶液，迅速塞上帶有長細嘴導管的橡膠塞，也可以得到高達三四米的噴泉。既表明乙酸的酸性比碳酸強，具有酸的通性，又有啟發性：將化學知識與物理知識簡單地結合，就能創造豐富多彩的實驗內容。

五、走進生活，發現化學

生活中的化學五彩繽紛，從鐵生銹到溶洞的形成，從食品中的干燥劑到如何檢驗酒后駕車，從易拉罐到漂白粉，我們都可以從中找到相應的實驗課題進行研究，并把它聯系到我們的課堂上；可以對形成的過程進行模擬，對儀器的構造利用化學原理進行設計，對成份進行鑒定或讓它代替實驗藥品等等。