二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的研究性創(chuàng)新

王士富

九年級化學(xué)教材無論是什么性質(zhì)的版本,都編排了二氧化碳性質(zhì)的教學(xué)課題,且十分相似地涉及眾多的探究性實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn),究其實(shí)驗(yàn)方案,基本上都采用了傳統(tǒng)而又經(jīng)典的操作方法.根據(jù)化學(xué)教師的演示經(jīng)歷,結(jié)合筆者自身的操作感受,經(jīng)過長期的悉心思考,發(fā)現(xiàn)教材中一直沿用的二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn)和二氧化碳密度比空氣大的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),存在著可見性低、嚴(yán)密性差、安全系數(shù)不高的弊端.經(jīng)過精心研究和整合,沿著“細(xì)思考—勤實(shí)踐—再驗(yàn)證”的路徑,對上述兩則實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了廣角創(chuàng)新設(shè)計(jì).

一、新建實(shí)驗(yàn)原理:增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)性,提高實(shí)驗(yàn)穩(wěn)定性

驗(yàn)證二氧化碳的密度比空氣大

教學(xué)中常用的實(shí)驗(yàn)方法是,利用托盤天平或杠桿吊著紙杯的“土天平”,通過向某一端的杯中傾倒二氧化碳,努力捕獲杯子下沉的現(xiàn)象,企望問題得到驗(yàn)證.事實(shí)上,由于托盤天平受到自身感量因素的制約,集氣瓶盛放的二氧化碳質(zhì)量很小,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的可見性很差.也有不少教師改用“土天平”來實(shí)驗(yàn),但“土天平”杠桿兩端懸掛的紙杯搖擺起伏不定,增大了實(shí)驗(yàn)操作和觀察現(xiàn)象的難度.近年來又有不少教師設(shè)計(jì)了用兩個(gè)氣球(或塑料保鮮袋),分別充滿二氧化碳和空氣,置于同一高度、同一時(shí)刻下落,觀察氣球落地的先后(先落地的是二氧化碳,后落地的是空氣).殊不知,實(shí)驗(yàn)中存在許多不嚴(yán)密的地方——?dú)馇蜃陨淼馁|(zhì)量不完全相等;充氣后氣球的體積和形狀不完全相同.這些因素都直接影響氣球落地的先后.凡此種種,從現(xiàn)象的不穩(wěn)固性到結(jié)論的不確定性,很多教師苦于找不到理想的突破方法,其制約教學(xué)效益的瓶頸越發(fā)顯現(xiàn)出來.

在長期的教學(xué)中,筆者針對實(shí)驗(yàn)中暴露出的問題,逐一研究.尊崇徹底消除實(shí)驗(yàn)弊端、賦予操作方案的科學(xué)性的原則,全力確保實(shí)驗(yàn)的穩(wěn)固性和現(xiàn)象的可見性,使實(shí)驗(yàn)有100%的成功率.于是設(shè)計(jì)出以下實(shí)驗(yàn)方法:取一只集氣瓶,注入少量澄清的石灰水(做顯示劑),然后向瓶內(nèi)傾倒一瓶二氧化碳(持續(xù)約6秒鐘),蓋上玻璃片振蕩.非常清晰地觀察到澄清的石灰水變渾濁.此現(xiàn)象表明二氧化碳已成功倒入瓶內(nèi),這個(gè)事實(shí)鐵證了二氧化碳的密度比空氣大;接著順勢分析澄清的石灰水遇到二氧化碳變渾濁的原理,揭示二氧化碳能和氫氧化鈣起反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì).在事先準(zhǔn)備好二氧化碳和澄清石灰水的條件下演示,不存在任何不確定的因素.該實(shí)驗(yàn)的最大創(chuàng)新之處在于,徹底排除了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中的諸多不確定因素,穩(wěn)固性、可操作性以及可見性極強(qiáng).

此項(xiàng)操作的另一個(gè)妙處在于,一個(gè)實(shí)驗(yàn)折射出二氧化碳的兩種性質(zhì),實(shí)現(xiàn)了教學(xué)二氧化碳物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的無縫對接.

二、新辟實(shí)驗(yàn)路徑:增大實(shí)驗(yàn)可控性,提升實(shí)驗(yàn)可視性

探究二氧化碳的滅火性實(shí)驗(yàn)

二氧化碳不可燃也不支持一般物質(zhì)的燃燒.對于此性質(zhì)的探究,教材中一直沿用了較為傳統(tǒng)而又經(jīng)典的二氧化碳滅燭實(shí)驗(yàn):即在燒杯內(nèi)點(diǎn)燃兩支呈階梯形的蠟燭,然后倒入一瓶二氧化碳?xì)怏w,觀察蠟燭燃燒的變化.實(shí)際上,只要是動手演示的教師,都深深體驗(yàn)到了實(shí)驗(yàn)本身存在著以下幾個(gè)嚴(yán)重的缺陷:1.實(shí)驗(yàn)的安全性差.在傾倒二氧化碳的過程中,操作者雙手被蠟燭火焰灼烤,苦痛難耐,背離了人性化的原則;2.蠟燭正常燃燒的火焰較旺,在燒杯內(nèi)燃燒放熱使杯內(nèi)氣體熱膨脹,二氧化碳?xì)怏w很難倒入杯底,導(dǎo)致滅燭實(shí)驗(yàn)失敗;3.受燒杯自身口徑的制約,倒進(jìn)的二氧化碳往往會將高的火焰撲滅,從而造成實(shí)驗(yàn)的負(fù)效應(yīng).筆者基于長期的感悟所得,借參加2008年江蘇省初中優(yōu)秀化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課大賽的契機(jī),徹底改變了原有的實(shí)驗(yàn)思維,變“靜態(tài)”的蠟燭為動態(tài),變“動態(tài)”的二氧化碳為靜態(tài),從改進(jìn)方案到演示效果都得到了省級專家組評委的高度贊同.具體做法是:即向燒杯內(nèi)倒入一瓶二氧化碳?xì)怏w,然后將燃著的階梯形蠟燭緩緩地伸進(jìn)燒杯內(nèi).看到矮的蠟燭先滅,高的蠟燭后滅.實(shí)驗(yàn)的節(jié)奏和現(xiàn)象完全可由演示者按意愿控制,不受時(shí)間因素干擾.實(shí)驗(yàn)以簡便的操作、準(zhǔn)確的現(xiàn)象和科學(xué)的結(jié)論,征服了親臨課堂的省級評委組的每一位專家.演示者完全擁有現(xiàn)象的掌控權(quán),操作十分方便自如,變蠟燭的靜態(tài)為動態(tài),可視性極強(qiáng).實(shí)驗(yàn)的成功率100%.非常科學(xué)嚴(yán)密地體現(xiàn)了蠟燭不支持燃燒的滅火性質(zhì).

平心而論,九年級化學(xué)教材中有許多經(jīng)典實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方法被長期傳承和運(yùn)用.但不排除有的實(shí)驗(yàn)存在諸如操作不便、嚴(yán)密性差、現(xiàn)象不穩(wěn)固等瑕疵.化學(xué)教師應(yīng)以科學(xué)創(chuàng)新的態(tài)度去審視每一個(gè)實(shí)驗(yàn),勤于反思,善于琢磨,精于研究,勇于創(chuàng)新,使教學(xué)行為變得更加有效.

(責(zé)任編輯:廖銀燕)