基于初中化學對比實驗教學的改進探究

姚偉宜

【摘要】本文針對初三化學三種教材中“二氧化碳的性質實驗”進行優化，改進為對比實驗，實驗操作簡便有趣，現象明顯直觀，有效激發學生的學習興趣，提高課堂教學效率。用對比實驗法培養學生的科學素養，有利于培養學生的探究能力，發展學生的學科思維。

【關鍵詞】初中化學;二氧化碳性質;對比實驗;實驗改進

二氧化碳是初中化學氣體化合物的代表，是初中化學“身邊的化學物質”中最重要的部分之一，是聯系酸、堿、鹽等物質的關鍵性物質。二氧化碳性質的教學內容最重要的意義在于，通過大量實驗來探究物質的性質，通過這些實驗可以培養學生綜合實驗能力。而且通過對二氧化碳性質實驗的學習，學生能夠獲得最直接、最客觀、最形象的體驗，能夠激發學生的學習興趣，從而得出學習化學的科學方法，培養實驗探究能力。

一、實驗創新原因

科粵版、人教版、魯教版教材對探究的二氧化碳性質，一共包含五個性質探究實驗，其中有二氧化碳密度比空氣大、能溶于水、不支持燃燒和不能燃燒、能與水反應、能與澄清石灰水反應。

教師在日常教學中，大多采用的是教材設計的實驗方案。教材實驗方案的設計考慮到學生的認知發展規律，幫助學生了解化學學科知識探究的基本過程和方法。但是，從已有的教學經驗來看，在實踐中往往存在以下困難：

1.把集氣瓶中的二氧化碳倒入高低蠟燭中，得到密度比空氣大的實驗成功率并不高：第一，傾倒二氧化碳的速度過快，高低蠟燭同時熄滅或熄滅前后順序區分不明顯;第二，當燒杯內高低蠟燭燃燒的時間過長，以致燒杯內溫度升高，而倒入的二氧化碳會受熱膨脹上升，密度降低，使得二氧化碳不能下沉，導致上方蠟燭比下方蠟燭先熄滅，或者兩支蠟燭都沒有熄滅，與“二氧化碳密度比空氣大，下方蠟燭先熄滅，上方蠟燭后熄滅”的結論不一致，造成學生的思維混亂;第三，用銅片做成階梯狀擺放兩支蠟燭，傾倒二氧化碳時，導致下方蠟燭和上方蠟燭與二氧化碳的位置距離不在同一垂直面，學生會有誤解：認為下方蠟燭先熄滅是因為與二氧化碳距離較近，先接觸二氧化碳，而不是因為二氧化碳比空氣重，下沉到燒杯底部與蠟燭火焰接觸，引致火焰熄滅。

2.科粵版和魯教版都暴露出一個問題：導致石蕊溶液變紅色的物質可能是蒸餾水、酸性物質、二氧化碳本身。人教版在探究二氧化碳和水生成碳酸致使紫色石蕊變紅實驗中，通過分步對比后排除水和二氧化碳分別不能使紫色石蕊變紅，并且以紫色石蕊遇醋酸變紅作為對比，得出二氧化碳和水生成了碳酸的結論。但是，教師需要提前制備多瓶二氧化碳和多朵干燥的石蕊。要完成人教版的二氧化碳性質實驗需要的儀器多、藥品多、操作繁瑣，比較費時。制好的二氧化碳常因密閉性不強而造成流失，使得實驗效果不佳。

3.科粵版中用呼出氣體使澄清石灰水變渾濁，來獲取二氧化碳與澄清石灰水反應的性質。但人體呼出的氣體大部分是氮氣，該實驗不能得出二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的這一結論。“酸、堿、鹽”教學要求有：學生認識二氧化碳與堿反應。若能在其復習課教學中整合二氧化碳和氫氧化鈉、氫氧化鈣反應實驗，有利于學生深入理解知識，并提升其科學探究能力。

針對以上教材中的不足，教學需要通過設計對比性強的二氧化碳的性質探究實驗，提升學生的探究能力，并使學生從中培養探究能力，教師在教學中滲透科學探究的方法。

二、實驗創新要點

通過改進實驗裝置，引發學生認知沖突，使學生更深刻地理解實驗原理，同時培養學生的觀察能力、發現問題、解決問題的能力及對實驗創新的興趣。

實驗1：二氧化碳密度比空氣大，不能燃燒也不支持燃燒。

實驗操作：稀鹽酸和石灰石在反應容器中產生二氧化碳。當打開活塞，二氧化碳進入垂直的玻璃管，把兩根燃著的木條分別放在玻璃管的上、下口處（圖一），引導學生進行對比觀察現象。

實驗現象：上管口木條火焰沒有明顯現象，而下管口木條很快熄滅。

實驗結論：二氧化碳的密度比空氣大;既不能燃燒，也不支持燃燒。

創新要點：改進后的實驗裝置如圖一所示，解決了因蠟燭燃燒時間過長導致燒杯內溫度較高，二氧化碳受熱膨脹導致現象不明顯的問題，也解決了因傾倒二氧化碳角度，而產生兩支蠟燭與二氧化碳接觸距離不相等而引發的誤解。

通過對比實驗增強學生的直觀感受，提高學生的學習興趣，初步認識二氧化碳的性質，同時為上好后續教學內容做準備。

實現了邊制取氣體邊探究性質，既方便教師課堂演示實驗，也實現學生分組實驗探究。

實驗2：二氧化碳能和水反應生成碳酸。

實驗操作：稀鹽酸和石灰石在反應容器中產生二氧化碳。在橫放的玻璃管兩端各放一條濕潤的紫色石蕊紙條和一條干燥的紫色石蕊紙條，通二氧化碳片刻后觀察現象。然后在濕潤的紫色石蕊紙條下方加熱片刻，觀察現象。

實驗現象：干燥的紫色石蕊紙條沒有明顯現象，濕潤的紫色石蕊紙條變紅;變紅的石蕊紙條加熱后又變回紫色（圖二）。

實驗結論：二氧化碳能和水反應生成碳酸。

觀察到對比明顯的實驗現象，學生學習到：不是水，也不是二氧化碳使石蕊變紅，而是二氧化碳與水反應生成了新物質——碳酸。經過稍微加熱后，學生驚奇地發現，變成紅色石蕊紙條重新又變成紫色。學生進一步認識到：碳酸不穩定，容易分解。

創新要點：解決了魯教版和科粵版沒有清晰明確何種物質導致紫色石蕊變紅的問題;還解決了人教版中二氧化碳性質實驗需要的儀器多、藥品多、操作繁瑣、費時等問題。

實驗3：二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。

實驗操作：在玻璃管兩端用膠皮管連接分別裝有氫氧化鈉溶液和澄清石灰水的試管。稀鹽酸和石灰石在反應容器中產生二氧化碳，通過玻璃管進入試管中，觀察現象。

實驗現象：裝有澄清石灰水的試管變渾濁，裝有氫氧化鈉溶液的試管沒有明顯現象（圖三）。

實驗結論：二氧化碳能和澄清石灰水中的氫氧化鈣反應生成沉淀碳酸鈣和水，和氫氧化鈉溶液反應生成溶于水的碳酸鈉和水。

創新要點：改進為對比實驗，學生認識到二氧化碳與堿反應。當然，該改進實驗更適合在復習課教學中使用，整合二氧化碳和氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液反應實驗，體現了對比的思想，有利于學生深入理解知識，并提升學生化學學科知識探究能力，培養學生研究化學的思維方法。

三、實驗創新亮點

上述三個實驗的設計主旨是對學生化學學科創新精神和化學實驗實踐能力的培養，以教材實驗為基礎，進一步擴展探究，滿足學生探索、思考、創造和表現的心理需求。

1.實驗組合科學、巧妙，對比強烈，使現象對比更直觀，現象明顯。

2.對課本實驗的創新，以原有課本實驗為起點，簡化了儀器的使用和實驗操作，提高了課堂效果，有利于提高課堂效率。課堂更加緊湊高效，給學生留下了充足的思考空間。

3.本次經改進實驗的裝置適合學生開展學科研究性體驗活動，激發初中學生化學實驗創新精神，提高學生科學探究實踐能力;改進為對比實驗，用對比實驗法培養學生的化學學科核心素養，有利于培養學生的化學實驗探究能力。

4.加入氫氧化鈉溶液與二氧化碳反應，與澄清石灰水做對比，為下學期酸堿鹽的學習作好鋪墊。

總之，簡單化、探究性是實驗裝置改進的追求，也是實驗設計的方向。這個改進實驗裝置不僅能夠在制取二氧化碳的同時探究二氧化碳的性質，而且操作簡便富有趣味性，現象明顯并且直觀，能讓學生真切地感受到化學的趣味。同時，以學生為主體進行自主探究的課堂，培養了學生的化學學科素養和化學實驗創新能力，激發了學生勇于探索的精神，讓學生真正學有所獲，為終身學習奠定基礎。

參考文獻：

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責任編輯? 陳小鳳