书城科普读物动手做实验丛书--化学实验操作方法运用
36219900000003

第3章 化学实验设计的一般方法(3)

序是。设计时,若能首先搞清:H2与CO在高温下均能还原CuO;浓H2SO4具有吸水性;NaOH能吸收CO2;石灰水亦能吸收CO2且产生白色沉淀(适量时);无水CuSO4遇水有明显的颜色变化等分解动作,然后进行:CO2的存在必然会对检验CO的氧化产物(CO2)产生干扰;通过NaOH或Ca(OH)2溶液后所带出的水蒸气亦会对检验H2的氧化产物(H2O)产生干扰;除CO2可用NaOH溶液,检验CO2的存在应用Ca(OH)2溶液;燃烧管的使用无顺序要求,干燥管与洗气瓶的使用有顺序要求等综合分析就能迅速贯通全题,得其正确解为:混和气→E、F→D、C→A、B(或B、A)→J、I→H、G。所以在综合设计的教学中应注意分解与综合的有机结合。

(5)注意思路与表述相结合合理思路的形成不等于能完整地表述,在具体的表达过程中必须教育学生注意:完整与规范,不能凭知识定势把现在要设计的问题用过去已知的结论来代替,不能把条件当结论,更不能凭印象答非所问(把用名称回答写成分子式,把用字母回答写成数字)。所有这一切不通过一定数量习题的训练,不从错解中吸取教训,是很难一蹴而就的,所以在形成正确思路的基础上,一定要让学生勤动笔,反过来通过表述训练使思路更加清晰。

化学课堂实验的改进

讲究趣味性,激发学习兴趣

化学世界万千变幻,化学现象琳琅满目,奇妙无穷。我们要注意体现化学实验的趣味性,使学生领略到化学世界的奥妙和诱惑力,从而唤起学生的求知欲,使学生想学要学,变苦学为乐学。如木炭吸附有色有毒气体的实验,采取了如下方法:在集满红棕色NO2的烧瓶中,投入木炭颗粒后,迅速塞好带有玻管(下端系一气球)的橡皮塞,稍作晃动就见到瓶中红棕色逐渐褪去,而玻管上系着的气球则慢慢地鼓起来。此法较原实验生动有趣多了,既活跃了课堂气氛,又可启迪学生思维,提高学生学习化学的积极性。

增大可见度,提高实验效果

演示实验的现象越明显,可见度越大,就会收到越好的教学效果。因此,我们改进演示实验,要从增强直观性入手,对一些现象不太明显,可见度小的实验,最好变通实验方法,提高实验效果。例如,是这样做浓度对化学反应速度的影响实验的:在两支试管中分别加入1ml浓HCl和2ml1∶1HCl,再同时各放进大小相同的锌粒,迅速塞好带玻管(上端系一塑料袋,袋内不留空气)的橡皮塞。2分钟后,盛浓盐酸的试管上的塑料袋可膨胀至70~80ml,而盛稀盐酸的试管上的塑料袋却膨胀不到10ml,该实验可见度大,对比性强,定量性好,说明问题简单明了。

挖掘仪器潜在功能,简化实验方法

化学仪器的功能和用途是多方面的,我们要注意发现和利用化学仪器的潜在功能,简化实验装置和操作方法,缩短实验时间。例如,U形管一般用作电解、电泳、干燥和吸收气体及冷却蒸气,但我用它作氯气漂白性实验,效果极好。演示时,只需小火加热,不久就可看到湿红布褪色,而干红布不褪色。该实验集气体发生与性质检验于一体,不仅用药量少,操作方便,而且实验所需时间也短。

加工玻璃仪器,改进实验装置

化学仪器的功能既具多样性的一面,也有其局限性的一面,在不违背实验目的的情况下,我们可以对常用玻璃仪器进行简单的加工制作,以便改进实验装置,优化实验方法。例如,把普通试管在酒精喷灯上灼烧成弯头试管,用弯头试管演示木炭与浓硝酸反应的实验。实验时,先把木炭灼烧至红热,然后加热浓硝酸至微沸,倾斜试管,使红热的木炭滑入浓硝酸中,可见试管内充满红棕色气体,澄清石灰水变浑浊。该实验能有效地说明反应产物,简明、直观、无污染。

增强综合性,促进学生学习

对一个演示实验,赋于更多的内容,既可使学生获取更多的感性知识,又可给学生更多的启发和思考,从而有利于学生对知识的理解和掌握,促进学生思维能力的发展。因此,改进实验,我们也要考虑增强其综合性。例如,在教气体溶解度时,我把温度对气体溶解度的影响变换成温度、压强对气体溶解度的影响实验,方法如下:在橡皮塞上插一根16号注射针头,将此橡皮塞塞在内盛1/2浓氨水的15×150mm试管上,再在针头上安上20ml针管(针管内不留空气)。把该试管放入温水中,很快可看到针栓自动上移,且试管内的浓氨水中形成一些气泡。将此试管取出,向外拉针栓,则氨水中迅速形成很多气泡并向上运动冒出,再迅速推针栓,向上跑的气泡立即由大变得很小(有的消失)。当手松开针栓后,针管内仍充满一定体积的气体。把试管放入冷水中,可见针栓自动移到尽头。该实验直观地表明:减小压强,气体溶解度减小,增大压强,气体溶解度增大;升高温度,气体溶解度减小,降低温度,气体溶解度增大。

中学化学实验改进的原则(一)

浙江磐安县教研室吕世明老师根据教学实践,认为中学化学的实验改进应遵循以下五条原则。

科学性原则

科学性是教学的根本要求,确保实验的科学性是实验改进中必须遵循的首要原则,它是评价所改进的实验是否成功的主要标准。所以,实验改进必须在科学性上下功夫,真正做到严肃认真,一丝不苟,实事求是,符合客观实际。本原则的要求主要有以下几个方面:

(1)实验原理准确无误,能反映客观事实。

从原理到现象,由现象至结论都能科学合理地解释本实验所要解决的实际问题,绝不能貌似神离,似是而非。如某刊发表的“木炭具有吸附作用实验的改进”一文,它将吸附了二氧化氮气体的木炭浸在品红溶液中,溶液逐渐褪色,由此得出木炭具有吸附溶液中溶质的性质这一结论。对此,粗看确实在理,但其实原理有误。因为木炭的吸附作用属于物理吸附,二氧化氮被木炭吸附后不发生质变。

当木炭与品红溶液接触时,一方面是由于木炭的吸附作用使溶液褪色,另一方面可由实验证实:对于酸性品红来说,二氧化氮的氧化作用可使它褪色;对碱性品红来说,二氧化氮的氧化作用及二氧化氮溶于水产生的酸性都可使它褪色。因此,用吸附了二氧化氮的木炭使品红溶液褪色来证明木炭具有吸附溶液中溶质的性质是欠妥的。又如在初中化学电解质的导电实验中,安排了无水硫酸和硫酸溶液两种物质,其本意是想通过实验证明,无水硫酸不导电,而硫酸溶液能导电。然而实验中却无法得出无水硫酸不导电这一结论。其原因并非是硫酸纯度不高所致,而是由于纯硫酸本身能发生自偶电离:2H2SO4H3SO-4+HSO-4,K=27×10-4。所以,实验现象与所要的结论自然难圆其说了。从上述可知,实验原理的正确合理,不仅是实验改进达到科学性的前提条件,同时也是培养学生具有实事求是的科学态度、帮助学生形成科学的世界观和方法论的基本要求。

(2)实验方案设计科学。

即实验步骤安排严密合理;实验结果稳定可靠;保证实验的成功率高。如氧氢爆鸣实验按课本做法,应在课前预先制取两种气体,但又不能盛放过久。为此,可将此实验的方案设计成两种气体的制取与混和爆鸣结合在一块。其方法可以是:取一支中号试管,装入约14药匙的高锰酸钾固体,然后加入1毫升左右的浓盐酸,反应3~4秒钟后,投入一段1cm左右镁条,然后在试管口盖好塑料片,再在离试管10cm左右点燃镁条,即刻发生爆炸(塑料片被高高的弹起)。若需要连续演示几次,只须添加适量的药品即可完成。如此改进,使完成本实验所需的步骤大为减少,整个过程更加严密合理,且成功率高。

(3)实验装置设计合理,符合常用仪器的使用要求,并力求装置整齐美观。

(4)实验的操作符合基本操作的规范要求。

层次性原则

层次性原则是教育科学研究的基本原则之一,在化学实验改进中也是必须遵循的一个重要原则。它要求改进的实验本身所需的知识、技能与学科知识、实验技能的内在逻辑系统和学生的认识发展顺序相衔接,不能任意地跳越学生原有的知识和技能的层次水平。因为中学化学实验的目的,一般在于通过这种直观的教学手段来帮助学生化难为易地认识和掌握新的知识并形成一定的实验技能,而学生知识的掌握与技能的形成是一个循序渐进的过程,所以,改进的实验中所包含的基本原理、结论的推断、实验的操作技能等等就应该建立在学生已具有的知识和技能的层次之中,使之符合学生的认识发展规律,从而顺利地达到实验的预期目的。否则,不仅达不到通过实验这一途径来帮助学生认识新知识的目的,反而会加重学生对新知识理解和接受的难度,其结果是事倍功半,适得其反。为此,要注意:

(1)实验改进应根据教材中按循序渐进原则编排实验内容的特点,针对不同年级学生的知识、能力的层次水平差异而各有侧重。

如对起蒙阶段、低年级的学生应尽力向他们展示装置简单、原理明确、操作方便、现象鲜明的实验。随着学生化学知识的丰富,可逐步提高实验的综合性和复杂度。

(2)针对不同类型的教学课,改进的实验也应有所区别,如新课一般以单独、分散的实验为宜,而复习课则可有机地设计为综合实验、系列实验等。

直观性原则

该原则要求实验的现象鲜明并能说明具体问题。直观性程度的高低是衡量一个实验的改进是否成功的重要标志之一。它的要求体现在:

(1)实验现象明显,使学生能有效地形成清晰的表象。

如对某些现象不明显的实验,可改为对比实验,例二氧化碳通入紫色石蕊试液中,由于生成的碳酸酸性弱,溶液由紫变红不明显。演示时可用两支盛有约等量的石蕊试液的试管,向其中一支通入二氧化碳气体,另一支作对照用,这样现象就较明显。对某些通过反应来说明概念及化学原理的实验,应尽可能地选用有颜色改变、产生气体、生成沉淀、发光放热、燃烧等等现象显着的反应,使其增强直观性。

(2)可见度高。

从仪器装置到实现的现象应让坐在最后和角落的学生都能观察得清清楚楚。对仪器的选择上,在可能的条件下尽量采用较大仪器,其大小应以教室中学生能全部看到为标准,特别是对于不需加热的溶液或气体间的反应,以选择较大容器为好。对某些微弱的实验现象可通过幻灯投影或改进实验方案来提高可见度。如课本中的焰色反应实验,可改为喷雾法进行:取几只喷雾香水瓶(此瓶先用稀酸和蒸馏水多次洗涤),一盏含无焰罩的酒精灯,将几种待测盐各自配成饱和溶液,再分别与酒精按1∶3的比例混和,然后将它们分别倒入喷雾香水瓶中,并作好标记。演示中,只要对准酒精灯无焰罩上口部的火焰喷雾,即呈明显的特殊焰色,轮流喷雾,便可看到几种所测金属特有的焰色。用这种喷雾法演示焰色反应,现象明显、可见度高,效果非常理想。

(3)仪器装置突出重点。

仪器的装配要有利于学生能直接抓住观察的关键部位,防止因装置不当造成喧宾夺主而影响对主要部位的观察,以期提高观察效果。

(4)实验结论的得出要呈直接性。

实验的结论是人们通过感官接受实验信息,然后由大脑运用储存的知识经过逻辑分析而推断得到的。因此,从现象到结论的得出这一分析过程力求呈直接性,避免两者之间的复杂性、间接性。如氯水见光分解实验可改进成装置演示。实验时,将容器充满氯水,经日光照射后,可看到有气泡徐徐上升,绝大部分的气体可收集在容器上方。片刻后,打开止水夹,立即用余烬在导管口检验,复燃。

这样,不仅现象明显,而且根据现象可以很自然的直接得到:氯水见光能分解,分解产物之一是氧气这样两个明确的结论。

简易性原则

改进的实验简单易行是它具有生命力的重要保证。因此,要求达到:

(1)取材容易,制作简单。

从仪器到药品要尽量能就地取材,收旧利废,变废为宝。同时在材料的制作上要求简单省力,不需耗费过多的时间和精力,以便有节约和方便等优点而利于长期应用和广泛推广。

(2)装置简单,操作方便。

避免装置操作过于复杂而造成既易分散学生注意力又易出实验差错等弊端。

(3)实验时间短,适合课堂教学的需要。

防止因实验时间过长而导致无法完成课堂教学任务。

如一氧化碳还原氧化铜实验可改为:用一根带有橡皮塞的螺旋状的铜丝,将它在酒精灯上加热至发黑(表面生成氧化铜)后,迅速塞进集满一氧化碳和含有少量澄清石灰水的大试管中。即可看到铜丝表面由黑变红,振荡试管,澄清石灰水变浑浊。通过如此改进,不仅取材容易、装置简单且实验时间短,效果更好,同时还可以避免剧毒的一氧化碳污染空气。

安全性原则

该原则要求实验过程中必须确保师生的身心安全,不允许有伤害师生的事故发生。否则,除有害师生的健康外,还会导致学生对化学实验产生恐惧心理。所以,在实验改进中应始终贯穿“安全第一”的指导思想,保证实验的绝对安全。为此,首先要注意防爆炸。如可燃性气体的燃烧实验可改用“自动验纯和防爆装置”。其次要防止有毒、有刺激性气体对空气的污染,如做氯气、氯化氢、硫化氢烃类等气体的制取与性质实验时,增加尾气吸收或消除装置等。第三,保证整个实验过程中的整洁卫生。以确保师生在安全清洁的良好环境中顺利完成教学任务。

上述五条原则不仅是中学化学实验改进所必须遵循的原则,而且也是增补实验的设计、某些化学小制作的依据所在,同时它还可作为评比实验改进的五条主要标准。当然,由于对实验改进原则的认识有一个逐步提高的过程,因此,有待于进一步的完善。

中学化学实验改进的原则(二)

随着对中学化学实验教学的加强,不少教师在探讨现行中学化学教材中实验内容的改进与增补。目的是要更好地发挥实验在化学教学中的作用,提高化学教学质量。基于此点,潭生、思川老师研究认为应遵循以下原则: