初中化学实验改进研究

摘要:对初中化学实验改进的实践研究进行了综述，内容涉及人教版初中化学实验的方法、药品、仪器、步骤等，可为今后初中化学实验的改进与应用提供参考．

关键词:初中化学;实验;改进

实验教学在当今的教学过程中仍然是一个相对薄弱的环节，而化学实验的改进是提高教师综合素养的一种很有效手段，因此如何优化化学实验并引导学生积极主动地进行实验，对化学教育者而言具有重要的意义．人教版义务教育阶段化学教材中提到的有些实验方法并不能够达到最佳的实验效果，有研究者找出了一些实验方案的不足之处，然后从绿色化、微型化、提高成功率、缩短反应时间、现象更明显等角度对各个实验进行了分析，有目的地进行改进，并动手实践改进后实验的效果［1］．本文从以下7个方面概括了研究相对较深入的一些案例．

1药品用量的改进

在文献［2］中《物质构成的奥秘》这一章中，“分子在不断运动”这个探究实验中是用小烧杯装氨水，所用药品量大，易造成浪费．为节约药品、减少环境污染，有研究者利用可密封的塑料瓶(或塑料管)代替烧杯、用滴有酚酞溶液的滤纸代替加有无色酚酞试剂的小烧杯、将氨气分子和滴有无色酚酞试剂接触瞬间变色改为依据滴有酚酞溶液的滤纸自下而上逐渐变红，从而证明分子在不断运动．此实验改进后的优点在于药品用量更少，污染小，氨水和用过的药品都可以重复利用，凸显了分子扩散运动的痕迹，趣味性强．并且废物利用，体现了环保理念，但比教材上的装置复杂，不利于学生自己组装实验装置．在节约与环保的前提下如果能对此实验装置进行简化，效果会更好．

2绿色化的改进

测定空气中氧气的含量这个实验，书中仿照拉瓦锡的实验原理，在实际的教学中所用的药品—红磷是在集气瓶外部点燃的，也就是说红磷会先和空气中的氧气发生反应，而其产物五氧化二磷有毒，有腐蚀性，可能会对实验者及周围的学生造成伤害［3］．因此有研究者对该实验进行了改进，首先将白磷放在集气瓶底部，集气瓶上通过玻璃管连接小气球，另外将集气瓶与装有红墨水的量筒通过带有夹子的橡胶管相连，然后将集气瓶置于热水中，利用热水加热白磷．这个实验改进后的优点在于白磷是在装置内部通过水浴加热而被点燃的，这样能够防止反应产物扩散到空气中，从而达到了节约资源、减少污染，消除安全隐患的目的，并且装置的气密性较好．但是白磷有毒，而且在常温下白磷与空气接触也会发生氧化而冒白烟，因此，做演示实验用白磷并不安全．本实验用白磷代替红磷来进行实验并不合适，红磷的着火点为240℃，在保证装置气密性良好以及环保的前提下，可以尝试选用此改进后的实验装置．但选用油浴加热．

3实验装置的改进

3．1粉尘爆炸演示实验

按课本上的实验设计步骤进行实验，装置易漏气，实验也易失败．因此有研究者对这个实验进行了改进，具体实验步骤是把研细后的干面粉装入干燥的空瓶内，接着用保鲜膜蒙住瓶口，再用橡皮筋将瓶口绕紧;然后在瓶盖内侧滴满蜡油以防装置漏气，然后用力摇匀，使粉尘浮游在瓶内，接着快速用粘有热的蜡烛液的瓶盖盖住瓶口，再观察实验现象［4］．采用此方法做实验，不仅成功率很高，能够观察到明显的爆炸现象，而且实验装置基本是废物利用，达到了环保的目的．但实验过程不安全，在用力摇匀的过程中可能瓶子会爆炸．本实验可以采用此改进后的实验装置，但通过连接小型打气筒对其打气，而不是用力摇匀使粉尘充满整个装置．

3．2对人体吸入的空气和呼出的气体的探究实验

对于这个实验，兰琴英［5］利用废弃的饮料瓶等改装成实验装置，既能利用废物，又能向学生渗透化学就在我们身边以及微型实验的理念，对于初三的学生来说，他们刚接触化学，这样的改进能够极大地提高他们的学习兴趣、探究欲望和参与度．

3．3实验室制取二氧化碳

实验室制取二氧化碳这个实验教材所选用的方法是向锥形瓶中加入石灰石或者大理石，然后通过长颈漏斗向锥形瓶中注入稀盐酸，最后，用向上排空气法收集二氧化碳．这套装置所采用的全部是玻璃仪器，而玻璃仪器往往易损易碎，并且课本上所示装置没有考虑到反应前后药品的分离、反应时产生气体量的控制这两个方面［6］．所以有研究者针对这两个不足对这两套装置进行了改进:利用矿泉水瓶、黄沙、塑料袋，橡皮塞等一些很常见的塑料制品设计了两套装置．这两套装置全部设计了液体药品和固体药品的分离放置，从而节约药品，这样改进的装置不仅适合于课堂演示，而且也适合学生在课外自己动手实验，优点突出．杨景明［7］等也对此实验进行了改进，对该装置进行了创新设计．他们所采用的装置的创新之处在于能够控制反应随时发生随时停止，固液能彻底分离、制作材料来源广泛且所用仪器不是易碎品、安全性较高，相对来说更适合义务教育阶段的学生使用．

3．4木炭还原氧化铜实验

此实验按课本的实验步骤得到的产物往往会呈现出暗红色，并且混有没反应完的黑色固体，实验效果不好．张会玲［8］等对此实验进行了改进:事先在试管内壁用毛笔抹上薄薄一层浆糊(浆糊的作用—使木炭和氧化铜反应后的铜附着在试管壁上且面积较大，易于观察;再者浆糊作为碳水化合物在高温下碳化之后有部分细密的碳参与反应，有利于铜的析出)．然后再将事先研好铜、木炭的混合物均匀粘在浆糊上，待干燥之后再进行还原操作．张会玲等对此实验进行了改进之后，学生在试管壁上可清晰地看到有紫红色的物质出现，现象很明显．但是这样设计危险性较高，如果浆糊没有抹匀，在加热过程中容易造成试管炸裂，且此实验耗时长，待浆糊完全干燥之后才能进行还原操作，不便于做演示实验．杨国安［9］也对木炭还原氧化铜这个实验进行了改进，他首先对木炭粉和氧化铜的最佳反应质量比进行了探究，先将干燥的木炭研至极细，然后按最佳质量比即木炭与氧化铜的质量比为1∶10～1∶12称取反应物，混合后继续研磨，直到看不到小颗粒才停止研磨，取一定量的混合粉末置于试管底部之后将石棉绒均匀地铺在粉末上．将一小段的铁制弹簧螺旋插入试管并顶住石棉绒，再连接导管和一小段橡皮管，橡皮管上连有弹簧夹再连接漏斗，倒扣通入装有澄清石灰水的烧杯中，然后开始用酒精喷灯给试管预热并对准存放药品的部位加热，当反应发生后即停止加热，撤掉其防倒吸装置，打开弹簧夹从试管中取出金属铜．此实验改进后的优点在于改进后的实验现象更加明显、产率更高，适合作为演示实验．王明振［10］对该实验从试剂用量、反应物比例、反应条件、操作方法等方面作了探索和改进，首先取一定量的木炭与铜的混合物放入试管中，平铺于试管底部，连接导气管，插入澄清的石灰水中，用酒精喷灯从远离硬质试管底部一端开始加热，至反应物开始燃烧再随燃烧部位向试管底部移动酒精喷灯，直到反应完全．撤掉装置之后，停止加热．冷却后，取出试管中的固体，可以看到有紫红色物质生成．曾道康［11］对影响此实验效果的各个方面都进行了探究，其改进的特点主要是反应条件降低了，不需要严格干燥和长时间研细，反应现象明显，成功率高，操作时间短，反应迅速，适合教师进行演示实验．但应注意要在反应物燃烧完毕之后，逐渐停止加热，否则易使产物铜重新被氧化，同时在加热过程当中试剂不要集中在试管底部，否则易冲出．以上采用的装置，反应物一定要研细并且混匀，而且要用酒精喷灯或者用酒精灯加网罩以便达到反应所需温度，反应时间较长，容易发生石灰水倒流现象［12］．於南香针对这些问题设计了改进装置，其主要是对发生装置进行了改进:取一根铜丝将其一端绕成环状，将铜丝插入橡皮塞，取一定量的活性炭，装入具支试管内，先加热铜丝至下端变为黑色，趁热将黑色部分浸没在炭粉内，试管口加一团棉花，然后搭建好实验装置，用酒精灯加热试管，当澄清石灰水开始变浑浊后需要继续加热一会儿，然后取出带铜丝的橡皮塞后置于冷水中冷却，洗去粘在铜丝上的炭粉，则可看到红色的反应产物，整个反应所用时间约4分钟．此改进采用铜丝而不是铜粉，无需进行研磨，这样操作简便;这个实验在反应过程中是采用竖直向上加热固体，这样能够减少石灰水倒流机会，同时反应时间不到四分钟，时间较短，便于教师在课堂上进行演示实验．按课本上的实验装置，在实验完成后如果先将导管从澄清石灰水中拿出来，再熄灭酒精灯，可以防止石灰水倒流到被加热的反应器内，但很有可能导致新生成的铜与空气中的氧气接触而发生化学反应，易造成实验失败．反之，如果先熄灭酒精灯，再撤导管，则石灰水必然会倒流到反应器内，从而导致实验仍不能成功［13］．为此李雷等认为此实验有必要设计防止水倒流的保护装置，从而解决这一问题．对于木炭还原氧化铜的演示实验，孙文利［14］则是从改变氧化铜和木炭粉末的接触面积，使反应更易发生的角度对此实验进行了改进．其采用的是酒精灯而不是酒精喷灯加热，因为对于初中学生而言，其实验操作能力相对较弱，并且不熟悉酒精喷灯及其提供高温的原理，采用酒精喷灯进行实验并不安全．木炭还原氧化铜这个实验，从反应物的投入比例，发生装置、吸收装置、加热装置等均有研究者进行了改进，现在，这一实验已经有成熟的做法．

4实验用时的改进

化学教科书上的铁钉锈蚀条件实验，需要的时间长，不利于课堂实验教学．朱红杰［15］等采用集气瓶，大烧杯，导气管和乳胶管、稀释后的红墨水，食盐水，干燥剂，洁净光亮的钉鞋钉等实验用品，利用控制变量法重新设计了该实验;改进后的实验现象明显，加快了实验进程，方便了课堂教学，提高了实验教学的连续性和有效性．但其所采用的实验装置较课本上的装置复杂，不利于学生自己动手实验．

5实验现象的改进

初中化学课本中的H2燃烧实验，按教材中所提供的演示步骤，往往很难观察到淡蓝色火焰［16］．黄会林等对此实验进行了改进，此实验改进后效果产生氢气流量大，效果更明显．但在实验之前需要先处理好锌，且对实验操作能力要求较高，不适合初中学生自己动手实验．

6开展家庭小实验

自制简易净水器，这是一个课外实验，现行教材里制作简易净水器要求采用活性炭来吸附，一个普通的初中实验室里很难提供这么多的活性炭，因此，廖苏联等［17］建议用木炭代替活性炭，木炭易得并且价格较低．同时用膨松布和口罩代替膨松棉、用饮料瓶盖代替单孔橡胶塞、用饮料管、圆珠笔筒等代替玻璃导管．这样改进的优点是原料来源广泛，而且能够培养学生的环保意识．

7开发出有效促进疑难知识理解的新实验

杨韶燕［18］对燃烧的条件这个实验进行了改进，主要是将实验器材做了改变，比如将书中的步骤1改为:让学生用钳子取不可燃烧的物质如石头、可燃烧的物质如蘸了酒精的棉花，放在酒精灯火焰上片刻后，观察实验现象，学生轻而易举地得出燃烧的第一个条件—可燃物．同样的将步骤二、步骤三进行了改进．这样改进后学生能轻松地推出燃烧的条件，能够提高其学习兴趣．化学实验能够很有效地激发学生学习化学的兴趣，利于学生掌握化学理论知识，帮助提高学生的分析能力、动手能力．就中学化学实验改进而言，针对义务教育阶段实验改进的研究概述几乎没有，本论文主要从药品用量不合适、污染大、成功率不高、反应耗时长、现象不够明显等方面分析了初中化学实验中一些较典型的例子，并列举了一些已成功进行改进的例子，评价了其改进之后的优缺点，对有些改进提出了自己的一些建议，以便为相关研究者提供参考．

作者:朱优旗 刘世巍 丁建海 单位:宁夏师范学院