初中學生化學實驗與創新能力的研究

張然功

【摘要】化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗是化學教學的生命線?；瘜W實驗對于激發學生的學習興趣，幫助他們形成化學概念，鞏固化學知識，獲得化學實驗技能，培養實事求是、嚴肅認真的科學態度，訓練科學方法具有重要意義，在培養和提高學生的科學素養方面發揮著重要作用。有效的實驗是培養學生動手實踐能力非常重要的一環，也是落實三維目標的有效途徑。而要達到理想的實驗效果，就要首先對化學實驗進行科學的設計和創新，進行思維創新，實踐創新以達到對理論知識的鞏固和深化。

【關鍵詞】初中學生；化學實驗；創新能力

我國著名化學家戴安邦先生曾經指出：“化學實驗是實施全面教育的一種最有效的形式，是化學學科素質教育的有效組成部分。化學實驗以其豐富的內涵，在培養學生素質中發揮獨特的功能和作用?！毙抡n程實施以來的教學實踐也證明，化學實驗不僅是中學化學教學內容的重要組成部分，也是教師教、學生學化學的重要方法，是落實三維教學目標的有效途徑。為了更好地發揮實驗的功能，化學教師需要具備創新意識，除完成課本上的典型實驗外，還要根據本校的實際情況對個別實驗進行改進與創新，以此使實驗教學達到最優化。

一、中學化學實驗教學的現狀

從目前的初中化學課堂教學來看，受考試指揮棒的影響，教學中忽視對學生的實驗能力和創新精神的培養；忽視對學生動手、動腦、操作技能的培養。初中化學實驗教學的開展并不是很好。如（1）教師認識不到位，片面認為做實驗耽誤時間。（2）“講實驗、背現象、背結論”的偏多，而學生親自做實驗的較少。（3）驗證性演示實驗較多，而自主探究性實驗較少。（4）家庭實驗不能正常開展，與生活聯系不密切。（5）實驗不注重環保，使學生受到了傷害。（6）演示實驗效果不明顯，達不到應有的效果。

二、中學化學實驗改進與創新的必要性

教材中有些實驗在設計上有些缺陷，或是現象不夠明顯，或是存在安全隱患，或是會對環境造成污染，或是成功率低，或是實驗條件太高等。這就需要教師去改進實驗和創新實驗，使實驗真正成為學生學習化學的幫手。通過對教材實驗的改進和創新，使化學實驗更具有創新性、實用性、科學性、簡約性、趣味性等特點。

三、中學化學實驗改進與創新的原則

化學實驗應符合教學性、科學性、安全性、可行性、趣味性、簡約性、綠色化和微型化的原則，應當以有利于學生學習與發展為本進行改進與創新，從而更好地讓學生通過實驗學好化學。

第一，教學性原則：化學實驗要能有效實現化學教學的目的。

第二，科學性原則：化學實驗要在知識認識階段的背景下設計，體現知識的準確性，不能隨意更改，要有一定的理論基礎。

第三，安全性原則：安全是實驗的前提，改進和創新實驗時，要充分考慮各個方面是否安全可靠，盡量避免造成人身傷害和環境污染。例如：做硫在氧氣中燃燒實驗時，為避免燃燒產物污染環境，實驗時最好在瓶底放少量氫氧化鈉溶液。

第四，可行性原則：設計化學實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行，所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學的條件下能夠得到滿足，確保實驗順利完成。實驗室制取二氧化碳，就不能選用稀硫酸與碳酸鈣反應，因為反應過程中生成的微溶物硫酸鈣附著在未反應的碳酸鈣表面，阻止反應的進一步發生。

第五，趣味性原則：利用貼近生活、聯系生產和實際的生動有趣的實驗，激發學生的學習主動性和積極性。例如：在探究燃燒與滅火的條件時，增加演示“魔棒點燈”或“燒不壞的手帕”實驗等，可激發學生學習興趣。在此基礎上深入探究燃燒條件，能加深學生對燃燒條件的認識。

第六，綠色化原則：化學實驗要避免使用有毒有害物質和危險操作，樹立綠色化學的觀念，盡可能做到原料、過程、產物綠色化。例如：制取少量氧氣時，一般采用過氧化氫和二氧化錳混合制取，且二氧化錳要回收等。

第七，簡約性和微型化原則：要盡可能采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，在較短的時間內來完成實驗，獲得最佳的實驗效果。例如：做二氧化碳滅火實驗時，將250ml燒杯換成100ml燒杯，用一塊長度約25cm，寬度與燒杯內徑相當的透明環璃片立在燒杯中間，把燒杯分為兩個區域，一邊放生日蠟燭，一邊供傾倒二氧化碳，可避免空氣快速流動造成的熄火，不僅二氧化碳用量少，符合環保要求，而且成功率高，現象十分明顯。

四、中學化學實驗改進與創新的案例

（一）分子運動的實驗改進與創新

氨分子運動實驗是初中化學的教學重點之一，是學生將微觀知識形象化的重要事實。教材實驗（如圖1）選用三支小燒杯盛放濃氨水和酚酞溶液，觀察實驗現象。學生進行探究活動中，濃氨水揮發出來的刺激性氣味很大，影響師生正常上課，而且用小燒杯盛放濃氨水和酚酞試液的用量也較大，該實驗存在環境污染和藥品浪費問題。不符合綠色化學的要求。

實驗改進如下。

1.實驗儀器與試劑：具支試管、膠頭滴管、金屬絲、氣球、濃氨水、生石灰、濕潤的酚酞試紙（如圖2）。

2.實驗操作：（1）在具支試管底部裝入少量生石灰；（2）在具支試管的支管處系一氣球；（3）將插有吸有濃氨水的膠頭滴管和濕潤的酚酞試紙橡膠塞塞入具支試管口；（4）擠壓膠頭，使濃氨水擠入具支試管里； （5）觀察現象，濕潤的酚酞試紅變紅色，氣球變大。

3.此實驗的優點：（1）操作簡單、實驗現象明顯；（2）安全環保，濃氨水對皮膚有一定的腐蝕性，氨氣刺激呼吸系統，實驗在密閉體系中進行不會對人體造成損傷；（3）節約藥品，改進后的實驗操作更加簡單，避免濃氨水和酚酞試液的浪費；（4）可將演示實驗轉變為學生實驗，通過實驗的微型化、普通化，培養學生的創新意識、環保意識。

（二）測定空氣中氧氣含量的實驗創新

1.教材中的實驗必須注意：（1）導管過長，里面的空氣影響實驗的測定結果。（2）紅磷點燃方式屬于外燃式，產生的五氧化二磷會擴散到空氣中，造成空氣污染，而且再將燃燒的紅磷插入集氣瓶時，也會有部分空氣受熱從瓶中逸出造成實驗結果不準確。（3）等待集氣瓶完全冷卻的時間長。

2.改進后的實驗步驟： （1）將四根橡皮筋均勻套在集氣瓶上。（2）取一定量紅磷放在燃燒匙上，塞緊帶導管的橡皮塞，用激光筆照射集氣瓶下部燃燒匙中的紅磷，使紅磷燃燒。（3）紅磷在集氣瓶中繼續燃燒，等火焰熄滅，用濕毛巾覆蓋在集氣瓶壁上，待集氣瓶內白煙散盡之后，取下濕毛巾，再將集氣瓶倒過來，乳膠管插入水中，打開止水夾，水自動進入集氣瓶，形成噴泉。（4）觀察水的體積。

3.實驗創新點：（1）采用封閉式點燃，避免了五氧化二磷的擴散及裝置內空氣逸散。（2）省去一截進水玻璃管，減少了實驗誤差。（3）選用“噴泉”法向瓶內補水，增加了實驗的趣味性。（4）再利用此裝置做硫、磷分別在氧氣中燃燒實驗，能有效的防止實驗過程中有害氣體外泄。

（三）硫與氧氣反應實驗創新

1.實驗改進原因：污染空氣、損害健康。

2.實驗改進措施

（1）實驗改在密閉容器中進行， 二氧化硫用水吸收。

（2）此實驗改為對比試驗。

（3）此實驗中使用了pH試紙。

3.實驗儀器、藥品

燃燒匙（2）、注射器（2）、漆包線（4）、 電阻絲、舊電瓶、藥匙、鑷子、細沙、水、 空氣、氧氣、硫磺、pH試紙等。

4.實驗過程：（1）準備一瓶氧氣、一瓶空氣。（2）將濕潤的pH試紙放入空氣瓶內。（3）在燃燒匙內鋪上一薄層細沙，然后取少量的硫。 （4）將帶有電阻絲、燃燒匙、注射器的橡皮塞迅速和盛空氣的集氣瓶連接，并旋轉擰緊橡皮塞。（5）重復3、4操作，和盛氧氣的集氣瓶連接。（6）連接電源。

5.實驗效果評價：（1）實驗創新的生活化；（2）實驗創新的綠色化；（3）實驗創新的科學化；（4）實驗創新的趣味化。

（四）面粉爆炸裝置的創新設計

1.實驗器材、用品：塑料罐（帶蓋子）、小塑料瓶、膠皮管、氣嘴、氣筒、插有鐵絲的小木板、蠟燭（高5cm左右）、面粉。

2.實驗裝置（見自制面粉爆炸裝置）

3.實驗步驟：（1）將面粉或食用淀粉裝入小塑料瓶內（面粉量加到與瓶口相平為宜）；（2）點燃固定在小木板上的蠟燭，小心地放入塑料瓶內（放穩），蓋緊蓋子；（3）用小氣筒向罐內鼓氣，鼓氣后，罐內迅速產生大量紅色火苗，伴隨“嘭”的一聲巨響，蓋子被高高掀起。

4.實驗創新點：（1）用氣筒向罐內鼓氣，氣流大，能使面粉小顆粒迅速充滿整個容器，現象明顯，成功率極高；（2）因罐是透明的，可以清晰地看見粉塵在罐內燃燒的火焰及蓋子被掀起的現象；（3）操作簡單，方便實用；（4）所用材料體現了資源利用意識，進一步增強了學生的安全環保意識。

5.注意事項：（1）氣密性良好是該實驗成功的關鍵，為保證良好的氣密性，蓋子必須旋緊；（2）為確保安全，可將罐放在鐵架臺底座上，罐口上方固定一個鐵圈（用于阻擋掀起的蓋子），切勿將頭伸在瓶口上方；（3）用食用淀粉效果較好。

五、結語

中學化學實驗改進與創新是一個龐大的課題，我們只是選擇了幾個實驗，嘗試自制實驗器具與裝置進行實驗，在實驗的生活化、微型化、綠色化方面進行了改進與創新。中學化學實驗改進與創新可以彌補傳統實驗之不足，提高實驗的安全性與可操作性，節省藥品、減少環境污染.教學中可將演示實驗改為邊講邊實驗，增加學生進行實驗操作和實驗探究的機會，解決大班或農村中學進行“實驗探究”教學的問題，同時教師實驗探究、實驗改進、實驗創新的精神潛移默化地影響著學生，對學生創新精神培養，環境保護意識、綠色化學思想的形成大有益處，有利于落實國家課程標準的要求，提高學生的科學素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012.

[2]錢勤.淺談初中化學實驗改進與創新的策略[J].化學教學，2013（06）：57～60.

[3]張翠華，王晶晶，劉偉.中學化學實驗改進與創新研究[N].滄州師范學院學報.2014（01）：114～118.