創(chuàng)新微型噴泉實驗在化學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用

王優(yōu)媛+陳迪妹

摘 要：對普通的噴泉實驗加以創(chuàng)新與改進，重新設(shè)計的創(chuàng)新微型噴泉實驗不僅能使以學(xué)生為主體的探究性實驗在化學(xué)課堂教學(xué)中方便、安全地進行，而且能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和動手操作能力，促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：化學(xué)課堂；微型實驗；創(chuàng)新實驗；噴泉原理；課堂教學(xué)；應(yīng)用

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2016）31-0079-02

一、教材實驗分析

噴泉實驗是中學(xué)化學(xué)中的一個重要的學(xué)習(xí)氨氣性質(zhì)的實驗，目的是驗證氨氣極易溶于水。該實驗的趣味性強，效果直觀明顯，能夠為學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來直接的體驗。但是教材中的噴泉實驗裝置使用的氨氣量比較大，采取雙孔橡皮塞同時連接玻璃導(dǎo)管和膠頭滴管，還需要借助鐵架臺搭建和固定，存在藥品用量多、操作煩瑣、儀器不易攜帶、氣密性難保證等缺點。通過改進教材中的裝置，用一個50 ml圓底燒瓶代替教材中的250 ml圓底燒瓶，用1ml注射器代替膠頭滴管，在實驗儀器和藥品的用量上實現(xiàn)微型化實驗創(chuàng)新，可實現(xiàn)學(xué)生分組實驗。

二、教學(xué)對象分析

高一階段的學(xué)生興趣廣泛，思維敏捷，觀察和動手能力強。因此，在學(xué)習(xí)“氨氣的性質(zhì)”時，若結(jié)合簡單易行而且現(xiàn)象明顯的學(xué)生微型實驗，更能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生通過微型實驗認識氨氣極易溶于水以及一水合氨的弱堿性等知識內(nèi)容，通過創(chuàng)新實驗實現(xiàn)多色噴泉，有助于促進學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展，提高學(xué)生動手操作能力。

三、教學(xué)目標

A.知識與技能目標：能說出氨氣在噴泉實驗中表現(xiàn)出的性質(zhì)，了解噴泉實驗的原理及其在中學(xué)化學(xué)實驗中的運用。B.過程與方法目標：通過對微型實驗的現(xiàn)象進行分析歸納出氨氣性質(zhì)的過程，學(xué)習(xí)利用化學(xué)實驗探究物質(zhì)性質(zhì)的方法；通過對實驗裝置的改進以及實驗方案的設(shè)計，了解創(chuàng)新的途徑，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。C.情感態(tài)度與價值觀目標：通過小組合作討論創(chuàng)新方案并完成實驗的過程，培養(yǎng)學(xué)生良好的與人合作與交流的品質(zhì)；通過觀察多色噴泉的實驗現(xiàn)象，感悟?qū)嶒炛形镔|(zhì)的變化，體驗化學(xué)實驗的過程和樂趣。

四、教學(xué)重難點

教學(xué)重點：認識氨氣極易溶于水，形成的一水合氨顯堿性的性質(zhì)。突出方法：探究性學(xué)習(xí)法、觀察學(xué)習(xí)法。教學(xué)難點：分析噴泉原理以及原理的延伸運用。突破方法：合作討論法。

五、主要教學(xué)用品

A.實驗儀器：濃氨水、氫氧化鈉固體、蒸餾水、碳酸鈣、稀鹽酸、酚酞指示劑、紫色石蕊試液、50ml小燒杯、50ml三頸燒瓶、玻璃棒、單孔塞、橡膠管、1ml注射器、止水夾等。B.多媒體展示類：公園噴泉短視頻、實驗步驟與裝置圖、可樂與蘇打噴泉實驗視頻等。

六、教學(xué)過程

（1）創(chuàng)設(shè)情境。教師展示公園噴泉的短視頻，讓學(xué)生簡要說出噴泉的原理。學(xué)生回答：水泵將水經(jīng)過一定壓力通過噴頭噴射出來。設(shè)計意圖：為學(xué)生了解氨氣的噴泉原理做好鋪墊。

（2）引出問題。教師提問：能否利用氨氣和水制造噴泉？那么氨氣和水在一起必須滿足什么條件？學(xué)生猜想：氨氣可能溶于水。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生大膽猜想的意識。

（3）設(shè)計實驗，確定方案。教師引導(dǎo)：如何設(shè)計實驗驗證你的猜想？準備：安排同桌兩人為一組，每組分發(fā)一套相關(guān)實驗器材和藥品（燒瓶中已預(yù)先收集好氨氣）。提示：教材中的裝置可能存在哪些需要改進的地方？學(xué)生根據(jù)手中的器材，參考教材中的實驗裝置，在教師引導(dǎo)下，同桌討論創(chuàng)新噴泉微型實驗方案，繪制實驗裝置。設(shè)計意圖：鼓勵學(xué)生自己設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生的實驗設(shè)計能力；鼓勵學(xué)生相互討論，培養(yǎng)合作與交流的能力。

（4）實施實驗，觀察現(xiàn)象。在教師引導(dǎo)下得出創(chuàng)新噴泉微型實驗方案，投影實驗步驟與裝置圖，進行實驗。強調(diào)實驗注意要點：裝置氣密性要好；實驗開始時先推少量注射器中的水，再打開止水夾。觀察要點：燒杯中滴有酚酞的水溶液的現(xiàn)象與燒瓶內(nèi)現(xiàn)象。兩名學(xué)生合作搭建裝置，按照步驟規(guī)范操作，一人觀察，一人記錄，討論原理。實驗現(xiàn)象及原理：觀察到燒杯中滴有酚酞的水溶液噴上去了，在燒瓶中形成紅色噴泉。原因是氨氣極易溶于水，氨氣氣體減少，導(dǎo)致瓶內(nèi)壓強小于外界壓強，溶液被壓進尖嘴玻璃管形成噴泉。由于形成的一水合氨可部分電離出銨根離子和氫氧根離子，所以溶液顯堿性，噴泉呈現(xiàn)紅色。設(shè)計意圖：在操作前提醒注意事項，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識；培養(yǎng)學(xué)生的動手操作能力和觀察能力，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)如何觀察與描述實驗現(xiàn)象。

（5）得出結(jié)論。教師提問：由實驗現(xiàn)象能得出哪些與氨相關(guān)的結(jié)論？學(xué)生得出結(jié)論：氨氣極易溶于水形成氨水，一水合氨可部分電離出銨根離子和氫氧根離子，氨水顯堿性。設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生從實驗現(xiàn)象推導(dǎo)、歸納結(jié)論的能力。

（6）評價交流。教師請實驗成功的學(xué)生分享實驗要點，未成功的學(xué)生分析失敗的原因。學(xué)生總結(jié)經(jīng)驗：裝置氣密性要好；燒瓶中的氨氣要充滿且干燥，操作要規(guī)范等。設(shè)計意圖：通過對實驗的總結(jié)與反思，讓學(xué)生認識到成功和失敗都是成長的收獲。

（7）實驗拓展。教師提問：若將燒杯中滴有酚酞的水溶液（燒杯A ）改成滴有紫色石蕊試劑的水溶液（燒杯B），現(xiàn)象是怎樣的？ 能否做成雙色噴泉？學(xué)生回答：可觀察到有藍色噴泉，能做成雙色噴泉。教師進行雙色噴泉實驗：取用另一預(yù)先收集好氨氣的燒瓶，搭好同樣的裝置；實驗開始時先推少量注射器中的水，再打開止水夾，待燒杯A中的水噴上去一半時，關(guān)閉止水夾，換成燒杯B，再打開止水夾，觀察現(xiàn)象。學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象：可觀察到雙色噴泉，溶液上層是藍色，下層是紅色，交界處是紫色。設(shè)計意圖：通過噴泉實驗的趣味拓展，更能激起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（8）自主探究。教師提問：哪些常見氣體和液體可以組合做成噴泉實驗？利用噴泉實驗原理，能否選擇一組利用微型實驗儀器設(shè)計出它的噴泉實驗？（考慮時間，可選做安全性較高的二氧化碳與氫氧化鈉噴泉實驗）學(xué)生同桌間相互討論，舉例說明。易溶于水的氣體和水，如HCl、NH3、NO2，能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，如CO2、Cl2、H2S、SO2。設(shè)計意圖：科學(xué)探究的最高境界是學(xué)生能夠自主探究，開放性實驗教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的必要途徑。

（9）聯(lián)系生活。教師展示可樂與蘇打的趣味噴泉實驗視頻。學(xué)生思考：身邊的哪些物質(zhì)和材料可以用來做科學(xué)實驗。設(shè)計意圖：感受生活與化學(xué)的緊密聯(lián)系，體會化學(xué)就在身邊。

（10）歸納總結(jié)。教師引導(dǎo)學(xué)生從多角度對本節(jié)課進行總結(jié)，并提出存在的疑問。學(xué)生進行總結(jié)交流。設(shè)計意圖：學(xué)生的思維比較單一，除了總結(jié)知識，需要引導(dǎo)從實驗方法、改進創(chuàng)新等多方面進行總結(jié)歸納。

（11）作業(yè)設(shè)計。教師布置鞏固性作業(yè)，點撥訂正答案。學(xué)生當堂獨立完成鞏固性作業(yè)，根據(jù)教師的點撥同學(xué)相互批閱。設(shè)計意圖：鞏固基本知識，訓(xùn)練思維能力。

七、教學(xué)反思

采取微型實驗進行教學(xué)，具有一定的現(xiàn)實意義。因為中學(xué)化學(xué)實驗在化學(xué)教學(xué)中扮演著非常重要的角色，而實驗的微型化更是受到化學(xué)實驗教學(xué)改革極大的青睞。國內(nèi)多數(shù)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀是：由于課時量、實驗儀器和藥品數(shù)量受到限制，使得教材中的很多實驗學(xué)生無法親自動手完成，只能由教師來做演示實驗，極大地影響了學(xué)生的動手能力和創(chuàng)造能力。同時課堂上完全采取教師講、學(xué)生聽的教學(xué)方式，無法提高教學(xué)質(zhì)量。常規(guī)的實驗還會需要更多的藥品和儀器，同時造成環(huán)境污染。因此，在中學(xué)化學(xué)實驗中逐步實施微型實驗，既節(jié)約資源，又簡易安全，對于提高學(xué)生的創(chuàng)造力是相當有幫助的。該創(chuàng)新噴泉微型實驗的教學(xué)設(shè)計具有以下的特點。一是改進演示實驗，激發(fā)實驗創(chuàng)新。學(xué)生實驗時，常常會出現(xiàn)裝置搭設(shè)麻煩、耗時長、藥品用量大的現(xiàn)象，影響實驗操作的進展。而本試驗對課本中的實驗裝置進行了合理的微型化，尋找可替代性強的微型儀器，利用改進的探究性實驗培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與創(chuàng)新能力。二是改進合作方式，貫徹教學(xué)理念。將實驗設(shè)計成同桌合作實驗的形式，改變多人一組、人云亦云、學(xué)生親自動手的機會不均衡的現(xiàn)象，不僅可以鞏固知識、培養(yǎng)技能，還能發(fā)揮個人創(chuàng)新能力，更加切實地提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。三是通過實驗的趣味拓展和自主探究，還可以激勵學(xué)生產(chǎn)生強烈的求知欲，主動地學(xué)習(xí)新知，也提高了探究精神和實際操作能力，引導(dǎo)學(xué)生不斷地思考和探索，有助于他們創(chuàng)新思維和能力的培養(yǎng)，提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]姚明站.微型實驗探究教學(xué)設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2007（06）.

[2]鐘志健.噴泉實驗教學(xué)的三維設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2011（01）.