實(shí)驗(yàn)因改進(jìn)而靈動(dòng)

摘要：根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程和學(xué)生的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要注意科學(xué)化、直觀化、簡(jiǎn)約化和綠色化等原則，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法有很多，常用的有完善法、對(duì)比法、逆向法、移植法、組合法和附加法等。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)改進(jìn);化學(xué)教學(xué);四個(gè)化;六大法

文章編號(hào)：1008-0546（2021）08-0088-03

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.023

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)可以為學(xué)生提供真實(shí)、鮮明、生動(dòng)的感性材料，有助于呈現(xiàn)物質(zhì)性質(zhì)、解釋化學(xué)原理。在平時(shí)的教學(xué)中，教師不能只滿足于教材中呈現(xiàn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程和學(xué)生的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，這樣不僅有利于加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，還能培養(yǎng)學(xué)生的深度思維品質(zhì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的持久興趣，提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。筆者在平時(shí)的化學(xué)教學(xué)中，廣泛地進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案的收集，并加以歸納總結(jié)，下文就結(jié)合具體案例談?wù)剬?duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的一些認(rèn)識(shí)和體會(huì)。

一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的“四個(gè)化”

1.科學(xué)化

科學(xué)化是指實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要確保方案合理，原理正確。比如圖1所示比較二氧化碳與空氣密度大小的實(shí)驗(yàn)，試圖通過(guò)從導(dǎo)管通入二氧化碳，下層蠟燭先熄滅的現(xiàn)象得出二氧化碳密度比空氣大的結(jié)論，很明顯這個(gè)改進(jìn)是經(jīng)不起推敲的，因?yàn)槎趸疾皇亲匀怀两档綗撞康摹?/p>

2.直觀化

直觀化是指實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的現(xiàn)象要明顯，要有比原實(shí)驗(yàn)更明顯的感官對(duì)比。比如圖2，比較二氧化碳與空氣的密度，將二氧化碳倒入燒杯中，可以看到裝有空氣的氣球浮起，相對(duì)于原教材實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯且有趣。

3.簡(jiǎn)約化

簡(jiǎn)約化是指實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要具有裝置簡(jiǎn)單、操作方便、節(jié)省藥品（微型化）、取材容易等優(yōu)點(diǎn)。比如圖3中關(guān)于CO：的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，①、④為用紫色石蕊試液潤(rùn)濕的棉球，②、③為用石蕊試液染成紫色的干燥棉球，通過(guò)“④比①先變紅，②、③不紅”這樣的現(xiàn)象對(duì)比，可以方便的得出二氧化碳的多個(gè)性質(zhì)，與原教材實(shí)驗(yàn)相比，操作簡(jiǎn)單方便，一箭雙雕。

4.綠色化

綠色化是指實(shí)驗(yàn)改進(jìn)要盡量減少使用有毒藥品，防止有毒物質(zhì)污染環(huán)境，注意環(huán)保。比如圖4關(guān)于鈉與氯氣反應(yīng)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[1]，氯氣的產(chǎn)生和鈉與氯氣的反應(yīng)在同一試管內(nèi)進(jìn)行，藥品用量少且反應(yīng)迅速，減少了空氣與鈉反應(yīng)的副產(chǎn)物，用堿石灰處理氯氣，不會(huì)產(chǎn)生倒吸，該實(shí)驗(yàn)在一個(gè)相對(duì)封閉的環(huán)境巾完成，且不需要提前制備氯氣，安全可靠，綠色環(huán)保。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的“六大法”

1.完善法

完善法是指從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)現(xiàn)有教材中某些實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)或不足，通過(guò)更換儀器或藥品、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置或方法，對(duì)某些化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完善的一種方法。

例如原教材探究“燃燒條件的實(shí)驗(yàn)”（如圖5），如果按圖甲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，燃燒產(chǎn)生的白煙五氧化二磷會(huì)對(duì)空氣及人體呼吸道產(chǎn)生危害，既不環(huán)保，也不安全。為改進(jìn)這個(gè)不足，設(shè)計(jì)了圖乙所示實(shí)驗(yàn)，但白磷燃燒時(shí)試管內(nèi)氣體迅速膨脹會(huì)使塞子彈出，在此基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行完善，改進(jìn)成圖丙所示實(shí)驗(yàn)。將原裝置的不足完善后，學(xué)生印象深刻，污染大大減少。

2.對(duì)比法

對(duì)比法是指通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置或方法的改進(jìn)，可將某些物質(zhì)易混淆的性質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加鮮明、直觀，通過(guò)對(duì)比形成的感官刺激，有利于幫助學(xué)生厘清物質(zhì)不同的性質(zhì)。圖6所示即為利用對(duì)比法比較碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的套管實(shí)驗(yàn)。

再比如，為了幫助學(xué)生比較氫氣可燃性和氧氣助燃性的不同，有老師設(shè)計(jì)了“氫氧焰”的實(shí)驗(yàn)（如圖7）：關(guān)閉K2，打開K1，通入氧氣，將燃著的木條置于三通管口處，觀察到木條燃燒得更旺，說(shuō)明氧氣具有助燃性，將木條移開，管口處無(wú)火焰，說(shuō)明氧氣不可燃;關(guān)閉K1，打開K2，通入氫氣，將燃著的木條置于三通管口處，管口處有火焰，說(shuō)明氫氣具有可燃性。

3.逆向法

逆向法是指對(duì)教材巾某些實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用逆向的思維進(jìn)行改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生興趣，更好地揭示化學(xué)原理的一種方法，比如原教材中關(guān)于“往濃硫酸巾加水稀釋”的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

再比如，氫氣的爆炸實(shí)驗(yàn)，用去底的塑料瓶收集氫氣，在導(dǎo)管口點(diǎn)燃，反應(yīng)一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生爆炸。是否可以運(yùn)用“燃燒與滅火”的原理，讓塑料瓶中氫氣安靜燃燒又不發(fā)生爆炸呢？可將細(xì)銅絲繞成螺旋狀，塞在導(dǎo)管內(nèi)（如圖8），點(diǎn)燃尖嘴導(dǎo)管，氫氣安靜地燃燒，由于銅絲吸熱，火焰最終熄滅也不發(fā)生爆炸。

4.移植法

移植法是指將某些已經(jīng)成熟的實(shí)驗(yàn)原理或設(shè)計(jì)方法，模仿和借鑒到類似的實(shí)驗(yàn)中，從而設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)裝置或操作方法。

例如，實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳粉末作過(guò)氧化氫分解的催化劑，反應(yīng)太過(guò)劇烈，產(chǎn)生氧氣的速度過(guò)快，無(wú)法得到平穩(wěn)的氣流，不利于氣體的收集。可以借助啟普發(fā)生器原理，通過(guò)用粘合劑將二氧化錳粘在塑料小球上（如圖9），能改變固體的形態(tài)，使得反應(yīng)變得更平穩(wěn)，制取氧氣的過(guò)程變得可以控制。在引入催化劑的概念時(shí)，用粘有二氧化錳的塑料小球進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)前后二氧化錳的質(zhì)量更易稱量，操作更簡(jiǎn)單，可反復(fù)使用，且易回收。

5.組合法

組合法是指將多個(gè)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)通過(guò)某些關(guān)聯(lián)因素或特征重新組合，彌補(bǔ)單一實(shí)驗(yàn)的不足，并可以起到整體構(gòu)建物質(zhì)性質(zhì)，形成模型的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法。

例如，在探究氧氣的性質(zhì)時(shí)，可以將C、S、Fe三種可燃物燃燒的實(shí)驗(yàn)[2]，放在一個(gè)裝置內(nèi)完成（如圖10），將可燃物放在燃燒匙內(nèi)點(diǎn)燃，立即送入三頸瓶，通過(guò)擠壓氧氣袋，可以給三頸瓶中鼓入氧氣，使可燃物在氧氣的氛圍巾燃燒;通過(guò)擠壓洗耳球，可以鼓入空氣，使可燃物在空氣的氛圍中燃燒。通過(guò)組合，把這三個(gè)實(shí)驗(yàn)整合在一個(gè)容器中進(jìn)行，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯，有助于知識(shí)、技能結(jié)構(gòu)化、條理化，同時(shí)也有助于減少藥品的損耗，體現(xiàn)綠色環(huán)保理念。

6.附加法

附加法是指以某一實(shí)驗(yàn)為主體，通過(guò)某些技術(shù)要素的疊加，如添加傳感器等（手持技術(shù)）作為附屬物，利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，使傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)巾難以做到或觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象成為可能，從而實(shí)現(xiàn)功能改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法。

例如，我們可以利用溫度傳感器測(cè)定某些反應(yīng)過(guò)程中溫度的改變、利用pH探頭測(cè)定巾和反應(yīng)中pH的變化過(guò)程、利用氧氣、二氧化碳以及濕度傳感器就可以定量的測(cè)定人體吸入的空氣與呼出氣體中，能定量比較出兩種氣體中二氧化碳、氧氣及水蒸氣的含量（如圖11），利用壓力傳感器根據(jù)氣壓變化可以比較二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)和與水反應(yīng)時(shí)氣壓變化的不同，從而判斷二氧化碳是否與氫氧化鈉發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)，因改進(jìn)而靈動(dòng)。

基于教與學(xué)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，需要我們平時(shí)不斷地總結(jié)和反思，認(rèn)真研究教學(xué)巾實(shí)驗(yàn)的目的、原理、過(guò)程及方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，積累實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的方法，為更有利于學(xué)生的學(xué)而努力。

參考文獻(xiàn)

[l]牟從芝.氯氣與鈉反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2010（11）：43

[2]曹年華.基于學(xué)生需要的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)二例[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2014（11）：40-41