注重對比實驗教學 培養科學探究能力

宋全文

摘要：文章從對比實驗的重要性、涵義、比較關鍵因素和基本類型歸納等方面，以典型、成功的實驗教學案例論述了如何在中學化學教學實踐中注重對比實驗教學，培養學生的科學探究能力。

關鍵詞：對比實驗；教學；類型研究

文章編號：1008-0546（2014）05-0088-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.05.034

義務教育階段的化學教育，要激發學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念；引導學生體驗科學探究的過程，啟迪學生的科學思維，培養學生的實踐能力；引導學生重視實驗，尤其是對比實驗，理解科學的本質，提高學生的科學素養。

對比實驗是化學學科研究的重要方法之一，是以正確的實驗操作和科學的觀察方法為基礎，以實驗現象為依據，在實驗過程中通過人為控制所產生的兩個類似現象之間的差異進行對比分析的一種實驗教學過程。俄國心理學家謝切諾夫說：“比較是人類最珍貴的寶藏”。如何進行對比實驗的教學、發揮對比實驗在化學教學中的作用，是值得化學教師探討的問題。

一、中學化學教學中對比實驗的基本涵義

對比是一種為了突出事物或現象的本質特征，將相近、相關的事物或現象放在一起，對照著進行觀察，通過辨異求同或同中求異的比較，使事物的性質狀態或特征更鮮明突出。

科學的本質是探究真理，實驗是科學探究的基本途徑和重要手段，有比較才有鑒別，在眾多的實驗方法中，“對比實驗”就是“對比”和“實驗”這兩種認識事物的方法有機結合起來。對比實驗是指設置兩個或兩個以上的對照組和實驗組，通過對結果的比較分析，來探究其中因素與實驗對象的關系，確定兩組事物間的異同，以揭示研究對象具有某種屬性或產生于某種原因的實驗。其中對照組是作為比較的標準，實驗組是作為研究的對象。將對比實驗應用于課堂教學，在對物質性質的學習、概念及原理的掌握等方面起著重要作用，同時也成為新課程評價的熱點平臺。

對比實驗又稱為對照實驗，指的是除了一個可變因素外，其他因素都保持不變的實驗。對比實驗可以運用于課堂教學的引入、講授新課、復習鞏固各個環節，適用于學習事實性知識和理論性知識，特別是在學習元素化合物知識時，對比記憶、形象記憶都有利于掌握知識，減輕因機械記憶而造成的負擔。對比實驗不僅能使學生更有效地獲取知識，還有助于培養學生的各種能力，所以在實驗教學中應盡量多的采用對比實驗，并且從改進實驗裝置、熟悉操作過程、使用先進教學技術、優化認知過程等方面發揮對比實驗的功能。

二、設計對比實驗的關鍵

設計對比實驗的關鍵是單一變量。比如要研究濃度對反應速率的影響，由于溫度、催化劑、壓強、固體反應物的顆粒大小等條件對速率也有影響，就必須保證兩個對照實驗的溫度、催化劑、壓強、固體反應物的顆粒大小等條件在誤差允許的范圍內相同，只有濃度不同，才能得到正確的結論。

最關鍵一點：對比實驗一次只能驗證一個變量，除了這個變量，其他條件必須相同。按照：（1）確定實驗目的；（2）制定實驗計劃；（3）做好實驗記錄；（4）得出實驗結論的順序來實施。例如探究了影響雙氧水分解速度的某種因素，實驗數據記錄如下表1：

實驗結論：在相同條件下，雙氧水濃度越大，雙氧水分解得越快。

三、中學化學對比實驗的基本類型歸納

1. 對比外部實驗環境

對比實驗探究鐵生銹的條件，見圖1，其中A為敞口試管，B、C蓋有嚴密的橡膠塞，A和B下層都裝有煮沸過的蒸餾水，B的上層有植物油，C內是干燥空氣（每支試管中均放有相同的鐵釘）。實驗前將蒸餾水煮沸的目的是除去水中溶解的氧氣。

通過對比A、B實驗可知，A中的鐵與水和氧氣充分接觸，容易生銹；B中的鐵只與水接觸，不容易生銹；比較A、B兩個試管的現象說明鐵生銹必需有氧氣參加。

通過對比A、C實驗可知，A中的鐵與水和氧氣充分接觸，容易生銹；C中的鐵只與氧氣接觸，不容易生銹；比較A、C兩個試管的現象說明鐵生銹必需有水參加。從而得出結論：鐵的銹蝕是鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣共同作用的結果，所以最易生銹的是A中的鐵釘。

2. 對比不同儀器的功能

在實驗設計中，為了落實三維教學目標，使學生在獲取知識的同時，了解變化的過程和本質，實現“結論與過程”的統一，指導學生在做實驗時，不僅注重最后的結果，還要仔細觀察反應變化過程中的現象，激發學生去探究發生這些現象的本質。

例如在學習鐵的兩種氫氧化物Fe（OH）2和Fe（OH）3時，如果按人教版新教材上的實驗實施，會發現灰綠色沉淀變成紅褐色需要時間較長，不利于學生觀察。于是我們將實驗改進為對比實驗（見圖2）：

分別用試管和表面皿進行實驗，取10mL1mol/LNaOH溶液分別盛在試管里和表面皿上，然后用長尖嘴的滴管吸取0.1mol/LFeSO4溶液伸入試管內液面以下再擠出試劑，可以看到沉淀由白色迅速變為灰綠色，同樣用滴管取FeSO4溶液直接滴到表面皿上的NaOH溶液中，幾乎看不到白色沉淀就直接出現灰綠色沉淀，并且沉淀迅速變為紅褐色。運用這樣的對比實驗很好地幫助學生觀察，對比同一物質在不同條件下發生的變化過程，認識不同條件對反應的影響。

3. 對比實驗裝置

如圖3所示的“套管實驗”裝置，探究純堿和小蘇打兩種固體加熱是否分解，比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩定性。

實驗時，首先向試管兩端分別裝入等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉固體，塞緊膠塞后將導管插入澄清石灰水中。點燃酒精燈，加熱兩種固體，可以觀察到丙中導管口有氣泡冒出，并使澄清石灰水變渾濁，丙儀器中發生反應的化學方程式：Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O，而乙中無明顯變化。這個實驗操作簡單，現象明顯，有利于學生理解和掌握碳酸氫鈉的熱不穩定性。該實驗探究利用的科學方法是對比觀察法。endprint

這個設計以實驗為載體，考查碳酸氫鈉的受熱不穩定性；同時又考查了學生利用課本知識結合新信息處理問題的能力。

4. 對比催化劑

按照初中教材上的催化劑有關內容進行教學時發現，學生會出現一些認識誤區：由于在過氧化氫和氯酸鉀的分解反應中都使用的是二氧化錳做催化劑，所以學生認為只有二氧化錳是催化劑；催化劑都是加快反應速率；催化劑都能很顯著地加快反應速率。如何幫助學生消除學習誤區，建立比較全面、科學的催化劑概念呢？我們進行了以下的實驗設計。

對比實驗（1）：正催化劑和無催化劑的對比實驗

實驗目的：Fe2O3能做過氧化氫溶液分解反應的催化劑。

如圖4所示的對比實驗，先稱量兩份質量都為2g的Fe2O3，一份留作對比實驗，另一份倒入試管中。然后量取兩份體積都為20mL的H2O2溶液，一份留作對比實驗，另一份倒入盛Fe2O3粉末的試管中。觀察對比實驗現象。

實驗情況記錄如下表1：

檢驗一種物質能不能做某物質的催化劑，首先要驗證它能不能改變某物質的化學反應速率，其次要檢驗這種物質在化學反應完成后的質量和化學性質有沒有發生改變。

通過對比實驗證明氧化鐵與H2O2溶液混合，確實能加快反應速率，但還不能說明它就是催化劑，要想進一步實驗證明，就要設計實驗測定氧化鐵的質量和化學性質在反應前后不變，通過測量氧化鐵反應前后的質量和氧化鐵能完全溶解于稀硫酸的實驗事實，得出氧化鐵能在過氧化氫分解中起催化作用，使實驗沒有缺憾。對比有無催化劑，可得知的結論是Fe2O3固體能加快過氧化氫分解的速率。

對比實驗（2）：負催化劑和無催化劑的對比實驗

如圖5實驗，幫助學生理解負催化劑作用原理。 取二支試管，分別加入5 mL 10%的稀鹽酸，用鑷子取2顆鋅粒分別放入兩支試管中，即可觀察到鋅粒表面有大量氣泡產生，且化學反應速率基本相同。然后在其中一支試管中加入0.5g烏洛托品（六亞甲基四胺）粉末，振蕩試管，可以發現加入烏洛托品的試管里反應速度明顯變慢以至幾乎停止反應。說明烏洛托品減慢甚至阻止了鋅與稀鹽酸反應。烏洛托品可能是該反應中的負催化劑。

對比實驗（3）：不同催化劑催化效果的對比實驗

取三支試管，加入等體積等濃度（10%）的過氧化氫溶液，其中一支作為空白對照，向另外兩支試管中分別加入等量的MnO2和硫酸銅晶體，觀察到MnO2使得反應劇烈，產生大量氣體，硫酸銅也能使反應速率加快，但是相對比較平穩，沒有加入MnO2劇烈。這組實驗的設計旨在讓學生感受到催化劑有多種，催化的效果有差別。見圖6。

在以上三組對比實驗的基礎上，引導學生討論催化劑概念的內涵和外延，達到對催化劑認識的幾點共識：第一：催化劑能夠改變反應速率，可能加快或減慢；第二：不同的催化劑對同一反應催化效果不同；第三：催化劑與反應有特定關系。通過以上三組對比實驗的設計、實施以及相關問題的討論，學生對于催化劑的認識就比較全面、科學、準確，對于學生今后進入高中的學習打下了比較好的基礎。

5. 對比實驗現象

用如圖7所示裝置對鐵生銹的條件進行了探究。A中的二氧化錳與過氧化氫溶液反應，生成水和氧氣，B中生石灰的作用是除去氧氣中的水蒸氣，按照如圖裝置進行實驗。

（1）通入氧氣4分鐘后觀察：C處鐵絲依然光亮，D處鐵絲表面灰暗，E中鐵絲依然光亮，說明鐵生銹主要與氧氣和水有關。

（2）D、E處實驗現象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快。

6. 對比溫度條件

人教版課本在講分子的運動時，設計了一個實驗，利用逸出的氨分子使酚酞試液變紅來證明分子的存在與運動的.在實驗時難免聞到一股難聞的刺激性氨水氣味，通過下列對比實驗的改進可判斷分子的存在與運動快慢的影響因素，減少環境的污染，增強了實驗結果的客觀準確性，裝置如圖8。

實驗操作：

a：向B、D、E三支試管中分別加入5mL蒸餾水，各滴入1～2滴無色酚酞溶液，振蕩，觀察溶液顏色。

b：在A、C試管分別加入2 mL濃氨水，立即用帶橡皮塞的導管按圖連接好，并將C試管放置在盛有熱水的燒杯中，觀察幾分鐘。

實驗結果與分析：

（1）E試管放有酚酞溶液的目的是進行對比。酚酞試液本身為無色，而當遇堿液時變紅，單獨放只盛有酚酞試液的E試管，是想說明氨水能使酚酞試液變紅，起到一個對比的作用；

（2）進行操作b時觀察到的現象是 B試管中的酚酞溶液慢慢變紅色，D試管中的酚酞溶液很快變紅色。A試管為常溫，C試管為高溫，溫度不一樣，分子的運動速度就不一樣；

（3）由此可以得到的實驗結論是①分子是客觀存在，并總在不斷運動的；②溫度越高，分子運動速度越快；

（4）此實驗的優點是能盡量防止氨氣逸出，更能體驗化學變化的過程；能夠說明溫度對分子運動快慢的影響等。

7. 對比內部壓強

實驗（1）：如圖9所示，兩支醫用注射器，分別吸入等體積的水和空氣，用手指頂住末端注射孔，將栓塞慢慢推入，容易推壓的是B。原因是微觀粒子之間有一定的間隔，液體的微粒之間的間隔較小，壓力大。氣體微粒之間的間隔較大，壓力小，容易壓縮，所以空氣容易被推壓。

實驗（2）：關于CO2與NaOH溶液反應驗證實驗的創新設計方案，如圖10所示，用等體積的兩支試管收集滿二氧化碳氣體。用注射器分別向兩個支試管中注入等體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，可以看到與氫氧化鈉溶液相連的U型管一端的液面升高。實驗現象說明裝有氫氧化鈉溶液的瓶中氣壓變得更小，說明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應，排除了溶劑水對實驗結論的干擾，得出反應物減少，氣壓變小，證明物質發生了化學反應的科學結論。

該實驗始終在一個密閉的裝置進行，杜絕物質與外界環境進行物質交換，對環境的影響很小，綠色環保。儀器易得，都是實驗室常用儀器，裝置和操作簡單。優化對比實驗設計，實驗直觀效果明顯，現象對比更加鮮活，增強了現象對學生視覺的沖擊力，從而激發學生的學習興趣，激活學生的思維，能在短時間有效解決疑點，突破難點，提高課堂教學效率。

8. 對比著火點

（1）不同物質著火點對比，突出內因變化的決定因素在做“燃燒的條件”實驗時，把同樣大小的濾紙碎片和乒乓球碎片分開放在一塊薄銅片的兩側，加熱銅片的中部，如圖11所示。觀察到的現象是乒乓球碎片先燃燒。

濾紙是含纖維的紙，乒乓球是硝化纖維，乒乓球碎片著火點比濾紙低，所以乒乓球碎片先燃燒。新課本用乒乓球碎片和濾紙碎片代替舊課本的白磷和紅磷實驗，無毒，體現環保。通過此對比實驗，說明燃燒的條件之一是溫度需達到可燃物的著火點。

（2）同一物質在不同外部溫度下的燃燒對比，彰顯外因變化的條件。

如圖12所示對比實驗主要探究的燃燒條件是使可燃物的溫度達到著火點。

由裝置可知，白磷與氧氣充分接觸，不同的是兩塊白磷的溫度，一塊在熱水中，一塊在冷水中，過一段時間后，浸入熱水中的白磷先燃燒，對比實驗主要探究的燃燒條件是：溫度達到可燃物的著火點。

總之，通過對比實驗教學，學生的積極性、創造性以及巨大的潛力得到充分發揮，以問題為中心的課堂教學得到了真正的體現。化學課堂成了討論式、開放式的課堂，從而使學生更加有效的獲得知識。

經過一段時間的新課程教學實踐，我們認為對教材實驗進行改進和拓展，設計和運用好對比實驗，做到科學性、新穎性、簡捷性、直觀性有機統一，不僅可以有效地幫助學生學好化學知識、培養學生探究能力，還有助于訓練學生思維的靈活性、發散性和創造性，提高課堂教學效率。

參考文獻

[1] 曹桂禎. 對比實驗及其在科學探究中的應用[J]. 化學教育，2006，（11）：47-49

[2] 王繼良. 對比實驗在中學化學課堂教學中的應用 [J]. 化學教學，2006，（6）：8-10

[3] 凌萍. 初中化學中對比探究實驗教學的研究[D]. 蘇州大學碩士學位論文，2010endprint

這個設計以實驗為載體，考查碳酸氫鈉的受熱不穩定性；同時又考查了學生利用課本知識結合新信息處理問題的能力。

4. 對比催化劑

按照初中教材上的催化劑有關內容進行教學時發現，學生會出現一些認識誤區：由于在過氧化氫和氯酸鉀的分解反應中都使用的是二氧化錳做催化劑，所以學生認為只有二氧化錳是催化劑；催化劑都是加快反應速率；催化劑都能很顯著地加快反應速率。如何幫助學生消除學習誤區，建立比較全面、科學的催化劑概念呢？我們進行了以下的實驗設計。

對比實驗（1）：正催化劑和無催化劑的對比實驗

實驗目的：Fe2O3能做過氧化氫溶液分解反應的催化劑。

如圖4所示的對比實驗，先稱量兩份質量都為2g的Fe2O3，一份留作對比實驗，另一份倒入試管中。然后量取兩份體積都為20mL的H2O2溶液，一份留作對比實驗，另一份倒入盛Fe2O3粉末的試管中。觀察對比實驗現象。

實驗情況記錄如下表1：

檢驗一種物質能不能做某物質的催化劑，首先要驗證它能不能改變某物質的化學反應速率，其次要檢驗這種物質在化學反應完成后的質量和化學性質有沒有發生改變。

通過對比實驗證明氧化鐵與H2O2溶液混合，確實能加快反應速率，但還不能說明它就是催化劑，要想進一步實驗證明，就要設計實驗測定氧化鐵的質量和化學性質在反應前后不變，通過測量氧化鐵反應前后的質量和氧化鐵能完全溶解于稀硫酸的實驗事實，得出氧化鐵能在過氧化氫分解中起催化作用，使實驗沒有缺憾。對比有無催化劑，可得知的結論是Fe2O3固體能加快過氧化氫分解的速率。

對比實驗（2）：負催化劑和無催化劑的對比實驗

如圖5實驗，幫助學生理解負催化劑作用原理。 取二支試管，分別加入5 mL 10%的稀鹽酸，用鑷子取2顆鋅粒分別放入兩支試管中，即可觀察到鋅粒表面有大量氣泡產生，且化學反應速率基本相同。然后在其中一支試管中加入0.5g烏洛托品（六亞甲基四胺）粉末，振蕩試管，可以發現加入烏洛托品的試管里反應速度明顯變慢以至幾乎停止反應。說明烏洛托品減慢甚至阻止了鋅與稀鹽酸反應。烏洛托品可能是該反應中的負催化劑。

對比實驗（3）：不同催化劑催化效果的對比實驗

取三支試管，加入等體積等濃度（10%）的過氧化氫溶液，其中一支作為空白對照，向另外兩支試管中分別加入等量的MnO2和硫酸銅晶體，觀察到MnO2使得反應劇烈，產生大量氣體，硫酸銅也能使反應速率加快，但是相對比較平穩，沒有加入MnO2劇烈。這組實驗的設計旨在讓學生感受到催化劑有多種，催化的效果有差別。見圖6。

在以上三組對比實驗的基礎上，引導學生討論催化劑概念的內涵和外延，達到對催化劑認識的幾點共識：第一：催化劑能夠改變反應速率，可能加快或減慢；第二：不同的催化劑對同一反應催化效果不同；第三：催化劑與反應有特定關系。通過以上三組對比實驗的設計、實施以及相關問題的討論，學生對于催化劑的認識就比較全面、科學、準確，對于學生今后進入高中的學習打下了比較好的基礎。

5. 對比實驗現象

用如圖7所示裝置對鐵生銹的條件進行了探究。A中的二氧化錳與過氧化氫溶液反應，生成水和氧氣，B中生石灰的作用是除去氧氣中的水蒸氣，按照如圖裝置進行實驗。

（1）通入氧氣4分鐘后觀察：C處鐵絲依然光亮，D處鐵絲表面灰暗，E中鐵絲依然光亮，說明鐵生銹主要與氧氣和水有關。

（2）D、E處實驗現象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快。

6. 對比溫度條件

人教版課本在講分子的運動時，設計了一個實驗，利用逸出的氨分子使酚酞試液變紅來證明分子的存在與運動的.在實驗時難免聞到一股難聞的刺激性氨水氣味，通過下列對比實驗的改進可判斷分子的存在與運動快慢的影響因素，減少環境的污染，增強了實驗結果的客觀準確性，裝置如圖8。

實驗操作：

a：向B、D、E三支試管中分別加入5mL蒸餾水，各滴入1～2滴無色酚酞溶液，振蕩，觀察溶液顏色。

b：在A、C試管分別加入2 mL濃氨水，立即用帶橡皮塞的導管按圖連接好，并將C試管放置在盛有熱水的燒杯中，觀察幾分鐘。

實驗結果與分析：

（1）E試管放有酚酞溶液的目的是進行對比。酚酞試液本身為無色，而當遇堿液時變紅，單獨放只盛有酚酞試液的E試管，是想說明氨水能使酚酞試液變紅，起到一個對比的作用；

（2）進行操作b時觀察到的現象是 B試管中的酚酞溶液慢慢變紅色，D試管中的酚酞溶液很快變紅色。A試管為常溫，C試管為高溫，溫度不一樣，分子的運動速度就不一樣；

（3）由此可以得到的實驗結論是①分子是客觀存在，并總在不斷運動的；②溫度越高，分子運動速度越快；

（4）此實驗的優點是能盡量防止氨氣逸出，更能體驗化學變化的過程；能夠說明溫度對分子運動快慢的影響等。

7. 對比內部壓強

實驗（1）：如圖9所示，兩支醫用注射器，分別吸入等體積的水和空氣，用手指頂住末端注射孔，將栓塞慢慢推入，容易推壓的是B。原因是微觀粒子之間有一定的間隔，液體的微粒之間的間隔較小，壓力大。氣體微粒之間的間隔較大，壓力小，容易壓縮，所以空氣容易被推壓。

實驗（2）：關于CO2與NaOH溶液反應驗證實驗的創新設計方案，如圖10所示，用等體積的兩支試管收集滿二氧化碳氣體。用注射器分別向兩個支試管中注入等體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，可以看到與氫氧化鈉溶液相連的U型管一端的液面升高。實驗現象說明裝有氫氧化鈉溶液的瓶中氣壓變得更小，說明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應，排除了溶劑水對實驗結論的干擾，得出反應物減少，氣壓變小，證明物質發生了化學反應的科學結論。

該實驗始終在一個密閉的裝置進行，杜絕物質與外界環境進行物質交換，對環境的影響很小，綠色環保。儀器易得，都是實驗室常用儀器，裝置和操作簡單。優化對比實驗設計，實驗直觀效果明顯，現象對比更加鮮活，增強了現象對學生視覺的沖擊力，從而激發學生的學習興趣，激活學生的思維，能在短時間有效解決疑點，突破難點，提高課堂教學效率。

8. 對比著火點

（1）不同物質著火點對比，突出內因變化的決定因素在做“燃燒的條件”實驗時，把同樣大小的濾紙碎片和乒乓球碎片分開放在一塊薄銅片的兩側，加熱銅片的中部，如圖11所示。觀察到的現象是乒乓球碎片先燃燒。

濾紙是含纖維的紙，乒乓球是硝化纖維，乒乓球碎片著火點比濾紙低，所以乒乓球碎片先燃燒。新課本用乒乓球碎片和濾紙碎片代替舊課本的白磷和紅磷實驗，無毒，體現環保。通過此對比實驗，說明燃燒的條件之一是溫度需達到可燃物的著火點。

（2）同一物質在不同外部溫度下的燃燒對比，彰顯外因變化的條件。

如圖12所示對比實驗主要探究的燃燒條件是使可燃物的溫度達到著火點。

由裝置可知，白磷與氧氣充分接觸，不同的是兩塊白磷的溫度，一塊在熱水中，一塊在冷水中，過一段時間后，浸入熱水中的白磷先燃燒，對比實驗主要探究的燃燒條件是：溫度達到可燃物的著火點。

總之，通過對比實驗教學，學生的積極性、創造性以及巨大的潛力得到充分發揮，以問題為中心的課堂教學得到了真正的體現。化學課堂成了討論式、開放式的課堂，從而使學生更加有效的獲得知識。

經過一段時間的新課程教學實踐，我們認為對教材實驗進行改進和拓展，設計和運用好對比實驗，做到科學性、新穎性、簡捷性、直觀性有機統一，不僅可以有效地幫助學生學好化學知識、培養學生探究能力，還有助于訓練學生思維的靈活性、發散性和創造性，提高課堂教學效率。

參考文獻

[1] 曹桂禎. 對比實驗及其在科學探究中的應用[J]. 化學教育，2006，（11）：47-49

[2] 王繼良. 對比實驗在中學化學課堂教學中的應用 [J]. 化學教學，2006，（6）：8-10

[3] 凌萍. 初中化學中對比探究實驗教學的研究[D]. 蘇州大學碩士學位論文，2010endprint

這個設計以實驗為載體，考查碳酸氫鈉的受熱不穩定性；同時又考查了學生利用課本知識結合新信息處理問題的能力。

4. 對比催化劑

按照初中教材上的催化劑有關內容進行教學時發現，學生會出現一些認識誤區：由于在過氧化氫和氯酸鉀的分解反應中都使用的是二氧化錳做催化劑，所以學生認為只有二氧化錳是催化劑；催化劑都是加快反應速率；催化劑都能很顯著地加快反應速率。如何幫助學生消除學習誤區，建立比較全面、科學的催化劑概念呢？我們進行了以下的實驗設計。

對比實驗（1）：正催化劑和無催化劑的對比實驗

實驗目的：Fe2O3能做過氧化氫溶液分解反應的催化劑。

如圖4所示的對比實驗，先稱量兩份質量都為2g的Fe2O3，一份留作對比實驗，另一份倒入試管中。然后量取兩份體積都為20mL的H2O2溶液，一份留作對比實驗，另一份倒入盛Fe2O3粉末的試管中。觀察對比實驗現象。

實驗情況記錄如下表1：

檢驗一種物質能不能做某物質的催化劑，首先要驗證它能不能改變某物質的化學反應速率，其次要檢驗這種物質在化學反應完成后的質量和化學性質有沒有發生改變。

通過對比實驗證明氧化鐵與H2O2溶液混合，確實能加快反應速率，但還不能說明它就是催化劑，要想進一步實驗證明，就要設計實驗測定氧化鐵的質量和化學性質在反應前后不變，通過測量氧化鐵反應前后的質量和氧化鐵能完全溶解于稀硫酸的實驗事實，得出氧化鐵能在過氧化氫分解中起催化作用，使實驗沒有缺憾。對比有無催化劑，可得知的結論是Fe2O3固體能加快過氧化氫分解的速率。

對比實驗（2）：負催化劑和無催化劑的對比實驗

如圖5實驗，幫助學生理解負催化劑作用原理。 取二支試管，分別加入5 mL 10%的稀鹽酸，用鑷子取2顆鋅粒分別放入兩支試管中，即可觀察到鋅粒表面有大量氣泡產生，且化學反應速率基本相同。然后在其中一支試管中加入0.5g烏洛托品（六亞甲基四胺）粉末，振蕩試管，可以發現加入烏洛托品的試管里反應速度明顯變慢以至幾乎停止反應。說明烏洛托品減慢甚至阻止了鋅與稀鹽酸反應。烏洛托品可能是該反應中的負催化劑。

對比實驗（3）：不同催化劑催化效果的對比實驗

取三支試管，加入等體積等濃度（10%）的過氧化氫溶液，其中一支作為空白對照，向另外兩支試管中分別加入等量的MnO2和硫酸銅晶體，觀察到MnO2使得反應劇烈，產生大量氣體，硫酸銅也能使反應速率加快，但是相對比較平穩，沒有加入MnO2劇烈。這組實驗的設計旨在讓學生感受到催化劑有多種，催化的效果有差別。見圖6。

在以上三組對比實驗的基礎上，引導學生討論催化劑概念的內涵和外延，達到對催化劑認識的幾點共識：第一：催化劑能夠改變反應速率，可能加快或減慢；第二：不同的催化劑對同一反應催化效果不同；第三：催化劑與反應有特定關系。通過以上三組對比實驗的設計、實施以及相關問題的討論，學生對于催化劑的認識就比較全面、科學、準確，對于學生今后進入高中的學習打下了比較好的基礎。

5. 對比實驗現象

用如圖7所示裝置對鐵生銹的條件進行了探究。A中的二氧化錳與過氧化氫溶液反應，生成水和氧氣，B中生石灰的作用是除去氧氣中的水蒸氣，按照如圖裝置進行實驗。

（1）通入氧氣4分鐘后觀察：C處鐵絲依然光亮，D處鐵絲表面灰暗，E中鐵絲依然光亮，說明鐵生銹主要與氧氣和水有關。

（2）D、E處實驗現象對比說明：決定鐵生銹快慢的一個重要因素是氧氣的濃度，氧氣濃度越大，鐵生銹速度越快。

6. 對比溫度條件

人教版課本在講分子的運動時，設計了一個實驗，利用逸出的氨分子使酚酞試液變紅來證明分子的存在與運動的.在實驗時難免聞到一股難聞的刺激性氨水氣味，通過下列對比實驗的改進可判斷分子的存在與運動快慢的影響因素，減少環境的污染，增強了實驗結果的客觀準確性，裝置如圖8。

實驗操作：

a：向B、D、E三支試管中分別加入5mL蒸餾水，各滴入1～2滴無色酚酞溶液，振蕩，觀察溶液顏色。

b：在A、C試管分別加入2 mL濃氨水，立即用帶橡皮塞的導管按圖連接好，并將C試管放置在盛有熱水的燒杯中，觀察幾分鐘。

實驗結果與分析：

（1）E試管放有酚酞溶液的目的是進行對比。酚酞試液本身為無色，而當遇堿液時變紅，單獨放只盛有酚酞試液的E試管，是想說明氨水能使酚酞試液變紅，起到一個對比的作用；

（2）進行操作b時觀察到的現象是 B試管中的酚酞溶液慢慢變紅色，D試管中的酚酞溶液很快變紅色。A試管為常溫，C試管為高溫，溫度不一樣，分子的運動速度就不一樣；

（3）由此可以得到的實驗結論是①分子是客觀存在，并總在不斷運動的；②溫度越高，分子運動速度越快；

（4）此實驗的優點是能盡量防止氨氣逸出，更能體驗化學變化的過程；能夠說明溫度對分子運動快慢的影響等。

7. 對比內部壓強

實驗（1）：如圖9所示，兩支醫用注射器，分別吸入等體積的水和空氣，用手指頂住末端注射孔，將栓塞慢慢推入，容易推壓的是B。原因是微觀粒子之間有一定的間隔，液體的微粒之間的間隔較小，壓力大。氣體微粒之間的間隔較大，壓力小，容易壓縮，所以空氣容易被推壓。

實驗（2）：關于CO2與NaOH溶液反應驗證實驗的創新設計方案，如圖10所示，用等體積的兩支試管收集滿二氧化碳氣體。用注射器分別向兩個支試管中注入等體積的氫氧化鈉溶液和蒸餾水，可以看到與氫氧化鈉溶液相連的U型管一端的液面升高。實驗現象說明裝有氫氧化鈉溶液的瓶中氣壓變得更小，說明二氧化碳與氫氧化鈉發生了反應，排除了溶劑水對實驗結論的干擾，得出反應物減少，氣壓變小，證明物質發生了化學反應的科學結論。

該實驗始終在一個密閉的裝置進行，杜絕物質與外界環境進行物質交換，對環境的影響很小，綠色環保。儀器易得，都是實驗室常用儀器，裝置和操作簡單。優化對比實驗設計，實驗直觀效果明顯，現象對比更加鮮活，增強了現象對學生視覺的沖擊力，從而激發學生的學習興趣，激活學生的思維，能在短時間有效解決疑點，突破難點，提高課堂教學效率。

8. 對比著火點

（1）不同物質著火點對比，突出內因變化的決定因素在做“燃燒的條件”實驗時，把同樣大小的濾紙碎片和乒乓球碎片分開放在一塊薄銅片的兩側，加熱銅片的中部，如圖11所示。觀察到的現象是乒乓球碎片先燃燒。

濾紙是含纖維的紙，乒乓球是硝化纖維，乒乓球碎片著火點比濾紙低，所以乒乓球碎片先燃燒。新課本用乒乓球碎片和濾紙碎片代替舊課本的白磷和紅磷實驗，無毒，體現環保。通過此對比實驗，說明燃燒的條件之一是溫度需達到可燃物的著火點。

（2）同一物質在不同外部溫度下的燃燒對比，彰顯外因變化的條件。

如圖12所示對比實驗主要探究的燃燒條件是使可燃物的溫度達到著火點。

由裝置可知，白磷與氧氣充分接觸，不同的是兩塊白磷的溫度，一塊在熱水中，一塊在冷水中，過一段時間后，浸入熱水中的白磷先燃燒，對比實驗主要探究的燃燒條件是：溫度達到可燃物的著火點。

總之，通過對比實驗教學，學生的積極性、創造性以及巨大的潛力得到充分發揮，以問題為中心的課堂教學得到了真正的體現。化學課堂成了討論式、開放式的課堂，從而使學生更加有效的獲得知識。

經過一段時間的新課程教學實踐，我們認為對教材實驗進行改進和拓展，設計和運用好對比實驗，做到科學性、新穎性、簡捷性、直觀性有機統一，不僅可以有效地幫助學生學好化學知識、培養學生探究能力，還有助于訓練學生思維的靈活性、發散性和創造性，提高課堂教學效率。

參考文獻

[1] 曹桂禎. 對比實驗及其在科學探究中的應用[J]. 化學教育，2006，（11）：47-49

[2] 王繼良. 對比實驗在中學化學課堂教學中的應用 [J]. 化學教學，2006，（6）：8-10

[3] 凌萍. 初中化學中對比探究實驗教學的研究[D]. 蘇州大學碩士學位論文，2010endprint