初探初中化学实验的优化设计
方章华
(太湖县花园初级中学,1536844818@)
摘 要:化学作为一门基础自然科学必须以实验为基础。实验作为一种教学手段在化学课堂上得到了广泛应用。通过做实验可以提高学生学习化学的兴趣,促进学生形成化学理论框架,获得化学知识和能力,进而进一步培养他们主动学习,敢于动手的能力最后形成良好的科学态度和价值观,为他们的终身学习能力打下坚实的基础。但是在平时的实验教学实践中,如果化学教师能够同实验员一起,认真研究、充分准备、匠心设计,就能使学生在实验过程中安全、简便的操作,清晰明了的观察,轻松明白的得出结论,这样学生学习化学的兴趣就会充分的激发。因此,笔者就教材安排的几个实验设计进行适当的优化,尝试改进实验的一些不足,达到实验需要把的教学效果,提高教学效能。
关键词:初中化学 实验 优化设计 绿色 安全
引 言
化学是一门基础自然科学,几乎所有的化学结论都是通过化学实验得到的,学习化学必须重视实验。初中化学实验都是看上去比较简单,易于操作的实验。但就是这些看上去比较简单的实验,也是初中化学老师组织好化学教学的非常重要的教学环节,是老师能不能上好化学课的试金石。初中化学大部分基础概念和原理都是通过实验得出的:有的是通过实验引入;有的是通过实验探究问题,得出结论;有的是通过实验验证结论。不管怎样得出我们的化学教师在上化学实验课时都要做到课前认真分析实验原理,精心设计实验过程,悉心引导学生规范实验。这样学生才能真正喜欢化学,融入化学知识的海洋中去。
化学实验过程中经常会使用一些令人谈之色变的药品:有的会发出一些难闻的气味,有的会对环境造成污染,有的会对人体健康造成危害。这些情况,使我们许多学生听到化学实验这几个词马上就产生了惧怕的心理。不情愿也不认真的去做化学实验。在这种形势下必须要兼顾环境,健康以及实验教学效果。化学实验“绿色化”这个概念就应运而生了。所谓之“化学实验绿色化”就是依据绿色化学原理,在化学实验过程中尽量使用无毒无害的原料,在实验进行时尽量减少有害物质的排放来完成实验。化学实验如果能这样安排不仅能消除学生的惧怕心理,而且使化学实验进行得更加安全、环保。增强了学生学习化学的兴趣,培养了学生的实践能力和创新能力。使我们本来忐忑不安的化学实验变得精彩纷呈。
在初中化学几个重要实验中,教材编写者在安排进行的实验都或多或少融入了“绿色化学”理念。但有一些实验设计的还不够好,在药品用量、实验装置的选取等方面还有一些值得商榷的地方。在教学中应进行优化设计,从而减低污染,消除安全隐患更加 “绿色化学”的理念。
一、改进实验装置,减少对环境的污染
在初中化学教材中中,根据需要不可避免的出现了一些有毒气体或有害烟尘的实验。老师在组织学生做这样的实验时,都必须在密闭容器内进行,使实验产生的有害物质不逸出,从而把危险降低到最小程度,但教材中有些实验在操作中无法做到这一点。例如在人教版上册第七单元中有一个探究燃烧的条件实验。这个实验只能敞口进行,尽管教材中注明是让教师进行演示,不必让学生实验,。但教师在演示过程中,无可避免的也会产生大量白烟弥漫在教室里。对老师和同学们的健康造成危害。正因为如此,在不影响实验所需探究的化学理论基础上,我对实验加以改进,对实验装置大胆改变:设计取两支试管,一支中放入少量红磷,另一只中放入少量白磷。然后用橡皮塞盖紧管口。再把这两支试管同时放入盛有较高温度水的烧杯中。观察比较实验现象,得出我们需要的结论。通过这样的改进后,实验可以让学生自己动手进行,容易操作,而且生成的白烟不逸出,保证了师生的安全。
二、改进实验方法,优化实验现象
在初中化学教材中,有许多实验如果按照教材所设计的步骤和方法进行,很难达到理想的实验结果。需要对实验方法进行改进,才能使实验达到我们的要求。例如教材第二单元经典实验“测定空气中氧气含量”,它的实验目的和原理大家都知道:“是通过燃烧密闭集气瓶内红磷,消耗瓶内氧气,红磷熄灭后,冷却到室温,打开弹簧夹,使水进入约1/5体积,从而证明空气中氧气约占1/5体积。”但实验如果完全按照这种方法进行结果不是多于1/5体积,就是少于1/5体积往往达不到理想结果,究其原因,还是因为实验在设计时存在以下几个问题:
1、红磷燃烧不是一点即可,往往需要较高温度,而且当红磷熄灭并不代表集气瓶内氧气已经完全耗尽,而是因为那时的氧气的浓度很低不足以支持红磷继续燃烧,科学资料表明当氧气浓度降低到7%左右时,就不能继续支持红磷燃烧,所以集气瓶内水不可能进入到约1/5的理想情况。
2、红磷只能在集气瓶外点燃,当我们把燃着的红磷插入集气瓶中,塞进橡皮塞时,瓶中一部分受热的空气不可避免的逸出;导致瓶内空气减少,恢复到室温后,水面高度就可能超过1/5。正因为如此,实验就达不到目的。所以我特意把实验方法做了如下改进:
1.首先集气瓶内体积用笔标出五等分,将燃烧匙换成玻璃棒,插入单孔橡皮塞,然后检查装置气密性。
2.在集气瓶底部平铺放入少量细沙(防止瓶底炸裂)。
3.在细沙上放过量白磷,(注意正对玻璃棒,但要与玻璃棒下端保持一小段距离)4.在水槽中里加入足够的水(最好是用红墨水染红)。
5.最后在集气瓶外加热玻璃棒下端,等玻璃棒红热后,插入集气瓶中,旋紧橡皮塞:由于白磷着火点低,很快就燃烧起来,当氧气完全消耗,白磷熄灭后等集气瓶冷却到室温再打开弹簧夹,水槽中的水就进入集气瓶中,约五分之一体积处。
把实验做这样的改进后,实际的操作更加简单,安全,而且避免了污染,最关键的是整个燃烧过程都在密闭状态下,实验结果更加准确。
三、改进实验形式,提高实验的安全性
在初中化学教材中,有些实验如果按照设计进行会有一定的安全隐患。有部分调皮的学生不听从老师指令,不管不顾,冒险实验。那么实验不仅不能达到应有的教学效果,而且会造成实验器材的损坏并带来严重的安全隐患。例如有部分学生在做“硫的燃烧”实验中,由于他们刚接触化学实验,对燃烧现象非常好奇,实验时不紧不慢,燃烧匙放入集气瓶中后瓶口完全不封闭,生成的二氧化硫气体大量逸出,出于好奇,他们还主动去闻其气味;这样对这些学生的身体健康就造成了危害。为此我在教学过程中把该实验的形式做了一些改变:
1.首先把燃烧匙塞进双孔橡皮塞,固定好后,再塞进玻璃棒使燃烧匙和玻璃棒正对(燃烧匙可弯曲)。
2.把少量硫粉放在燃烧匙上,把玻璃棒烧至红热。把橡皮塞盖紧盛有氧气集气瓶中;(瓶中放入少量氢氧化钠溶液,以便吸收生成的二氧化硫气体)然后迅速旋进玻璃棒,使玻璃棒红热部分与硫粉接触,点燃硫粉。再将玻璃棒上移。
3.振荡集气瓶,使二氧化硫充分被吸收。(硫在空气中燃烧实验只需把盛满氧气集气瓶换成盛满空气集气瓶就可以了)实验形式做如此改进后就减少了二氧化硫气体排放到空气中的可能性,保护了学生的安全,也培养了学生爱护环境的意识。
四、改进实验过程,减少实验药品用量
在初中化学教材中,有些实验指明了药品的用量,有些实验没有指明药品用量。我对这些指明用量抑或是没有指明用量的实验做了一下研究,发现它们大多数都可以做一些改进,从而既能够节约药品,也能减少对环境的污染而且最关键的是做这些改变后也不影响实验的目的和结果。例如人教版教材第十单元《酸碱的中和反应》中这个判断酸碱是否发生反应的中和实验,教材中是要求用试管进行试验:还有探究酸和碱的化学性质实验中教材也是要求用试管进行试验。我在上实验课时就尝试用白色点滴板来代替试管完成实验。结果实验药品用量大大减少,从而减少了环境污染。而且在白色点滴板上可同时完成几个实验,便于观察比较,效果更好。
综上所述,实验在初中化学中占有极其重要的地位。对教材上的实验进行一定程度的优化和重新设计是做好化学实验,激发学生学习化学的兴趣,促进学生对化学知识的理解和应用,培养学生的创新能力的重要手段。
参考文献
[1] 《中学化学课程标准》 初中 2011年版,人民教育出版社出版
[2] 刘知新:《对“化学实验教学改革”的思考》 化学教育第34页