初中化学实验设计的改进与创新.doc

初中化学实验设计的改进与创新

摘要：化学是一门以实验为基础的学科，实验教学具有丰富的素质教育功能，实验教学可以激发学生学习化学的兴趣，帮助学生形成概念，获得知识和技能，培养学生的观察和实验能力，还有利于培养学生的实事求是、严肃认真的科学态度。实验教学是以实验为主，实验前做好充分地准备和精心地设计实验，能使在实验过程中，操作简便安全省时，现象明显，学生容易正确得出结论，更容易激发学生的学习兴趣。为此，本文进行教材实验设计分析，说明优缺点所在，提出改进方案，从而能提高化学实验教学的效果。
关键词：初中化学 实验教学 实验设计
中学化学教学中落实素质教育,化学实验教学是一个突破口，要加强化学实验教学。初中化学实验中大部分为演示实验，演示实验又以验证性实验为主。在教学过程中经常涉及到许多的探究实验，只有通过学生的自主探究，观察实验和做实验，才能够对所学知识得到巩固和应用。因此，教师要对实验进行精心的设计，使学生在实验中操作简便易行，更容易观察到现象，更能体会到实验的趣味，能正确的得出结论。
一、教材中实验分析
教材中没有严格区分演示实验和学生实验,不再单列学生实验,提倡在教师指导下学生动手为主。根据大纲的要求，在初中化学课中必须学习一些最基本的化学实验基本操作技能。主要包括:学生实验的基本要求；初中化学实验常用仪器介绍和使用；化学实验的基本操作,如固体和液体药品的取用、收集气体、加热方法等。对于一些较复杂的操作,学生在没有学习有关化学知识前进行操作,既没有兴趣,也有一定困难。教材中的一些实验设计或是操作复杂，或是现象不明显，或是成功率不高，或是不环保，或是缺乏趣味性。因此，对实验进行改进，重新设计，使之更好的进行实验，使之更简便化、趣味化、绿色化、科学化，是很有必要的。
二、实验设计与改进必遵循的原则
1、科学性原则：做到实验准确无误，实验方案的设计要科学，实验装置设计合理，实验操作符合。
2、简约性原则：取材容易，装置简单，操作简便，缩短实验时间，有创造性。
3、直观性原则：实验现象明显，感官性高。
4、安全性原则：实验过程安全，不出事故，不危害人身安全。
5、环保性原则：减少药品用量，减少环境污染。
6、可行性原则：实验的设计应符合实际情况（学校的条件和学生的情况），教师要先做验证实验，确保实验的可行性。
三、实验方案的优化与改进
 （一）有关比较吸入气体与呼出气体的实验探究
1.呼出气体的收集
教材方案：采用普通的排水法收集的缺点：所用仪器体积大，浪费大量水、操作复杂
改进方案1：取一集气瓶，内装满水，连接带有两支导气管的双孔塞，一支伸入瓶底，一支刚露出瓶塞既可。从B端呼气，水被排出，即可收集满呼出气体。
改进方案2：取一集气瓶，连接带有两支导气管的双孔塞，一支伸入瓶底，一支刚露出瓶塞既可。从B端呼气，瓶内空气被排出，即可收集满呼出气体。
改进方案3:取一集气瓶侧盖一玻片，伸入一支导气管至瓶底，向其内慢慢呼气。可用一燃着的木条放在瓶口，检验呼出气体是否已满。
改进优点：
1．所用仪器小，易安装，操作方便易行，启发性强且节约水。
2．用排空气法收集呼出气体，与第六单元所强调CO2的收集方法不矛盾，可避免学生学习CO2的收集方法时产生疑惑与不解。
2.呼出气体与空气中CO2含量比较
改进方案：取一集气瓶，内装少量澄清石灰水，再连接带有两支导气管的双孔塞，一支导气管伸入瓶底，一支刚露出瓶塞既可。从B端吸气，观察澄清石灰水有无明显现象；从A端往集气瓶内呼气，观察澄清石灰水有无现象。
改进优点：
1、比较空气中CO2与呼出气体中CO2的含量的明显不同，在同一环境中吸气、呼气，对比效果明显
2、此操作不仅可比较出空气中CO2与呼出气体中CO2的含量不同，亦可同时证明使澄清石灰水变浑浊的CO2不是空气中的CO2，而是呼出气体中的CO2，进而说明人体呼吸的代谢产物有大量CO2。
（二）有关蜡烛燃烧的实验探究
教材方案缺点：产生的水雾易挥发，时间把握不好常失败，现象不明显，烧杯中石灰水不好振荡。
改进方案1：取一支干燥且干净的冷集气瓶罩在蜡烛火焰的正上方，观察现象。然后将集气瓶迅速翻转过来，倒入澄清石灰水，盖上玻璃片振荡，观察现象。
改进优点：虽只换了一只集气瓶，但水雾保持较久，石灰水易振荡，保证了实验成功率。
（三）有关测定空气中氧气的体积分数的实验探究
教材方案原理： 燃烧红磷消耗容器中的氧气产生负压，使水进入容器，证明氧气的体积分数约占空气的1/5。存在问题：1、红磷的着火点较高，红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧，即红磷燃烧仅消耗75%左右的氧气，剩余氧气还在容器中，所以水面不可能达到1/5的理想高度。2、当把燃烧的红磷伸入集气瓶太慢时会使容器里一部分受热膨胀的空气外逸，在容器温度还没降到室温的情况下就产生了负压，水面高度就可达到甚至超过1/5，学生看到的是一个实验成功的假象，但却失去了实验的真实性和科学性。
改进方案：取一支大的试管，用标记五等分。用烧杯准备一杯（染色的）水，再备一杯热水、少量白磷。实验步骤：
1、取黄豆粒大小的一块白磷，用滤纸擦干水，立即放入准备的试管里，塞上胶塞密封。
2、把试管放入热水中，白磷就燃烧起来。
3、待试管内不再产生白烟，用湿冷抹布擦洗试管，试管温度迅速降到室温。
4、把试管倒插入染色的水里，打开橡胶塞，水立即进入试管。
5、在水下塞上橡胶塞，拿出试管正放，观察现象。
改进优点：可以避免红磷在空气中燃烧污染环境损害人体健康；操作相对简便，学生更易懂。
（四）有关硫在氧气中燃烧的实验探究
教材方案缺点：硫燃烧产生二氧化硫有毒气体危害健康。
改进方案：仪器及药品：集气瓶、橡胶塞、注射器、燃烧匙、酒精灯、火柴、玻璃棒。硫粉、NaOH溶液、氧气。仪器装置图如下：

将燃烧匙插进橡胶塞固定好，将燃烧匙铁丝上部分弯曲以便于控制燃烧匙底部和玻璃棒正对；再将玻璃棒如图穿过橡胶塞（玻璃棒上涂有少量凡士林）；塞紧胶塞。
实验操作部分：
1.先将燃烧匙旋转，将玻璃棒向下移动，使燃烧匙和玻璃棒分开，向燃烧匙中加入少量硫粉，再将玻璃棒放在酒精灯上加热1分钟左右。
2.迅速旋转燃烧匙，燃烧匙底部和玻璃棒正对，将胶塞塞紧集满氧气的集气瓶。
3.将热的玻璃棒下移，使玻璃棒下端与硫粉接触，再将玻璃棒上移，可观察到玻璃棒下端硫的燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰。火焰熄灭后，再将热的玻璃棒下移，使玻璃棒下端与硫粉接触，再将玻璃棒上移，可再次观察到玻璃棒下端硫的燃烧。（此实验可反复观察现象）
4.反应完毕后，用空注射器抽取集气瓶中少量气体，闻气体气味。
5.反应完毕后，用注射器吸取少量NaOH溶液，向集气瓶中注入少量NaOH溶液震荡，吸收生成的二氧化硫气体。
注：将集满氧气的集气瓶换成充满空气的集气瓶用同样的方法实验，可观察硫在空气中燃烧。进行对比试验。
改进优点：装置简单，并且实验中减少了硫粉的用量，且在密闭的容器中反应，并用NaOH溶液吸收生成的二氧化硫气体，使实验微型化、绿色化。用生活中废旧注射器，变废为宝，使物品再利用。
（五）有关分子运动的实验探究
教材方案缺点：浓氨水有刺激性气味危害健康，使用药品较多太浪费。
改进方案：
1、取两张蓝色的石蕊试纸，分别喷上蒸馏水及醋精，观察现象。
2、将喷水的蓝色石蕊试纸贴在一稍大的100mL烧杯内壁，将此烧杯罩在一个盛有醋精的青霉素的小药瓶里观察现象。如图：

改进优点：1、操作简单，所需仪器少而小。
2、对比明显，学生易懂。3、无污染。

（六）有关燃烧的条件实验探究
1.燃烧条件之一:着火点
教材方案缺点：易引发意外且在敞开环境中燃烧白磷，产生大量白烟，污染严重
改进方案：
1、取两支干燥的大试管，分别放入一小粒拭干水的白磷和一小匙红磷，分别塞上带气球的橡皮塞。
2、将上述两只大试管同时放入一杯热水中（温度稍高），观察现象。
改进优点：操作简便，现象明显，且不会引起污染
2.燃烧的条件之二：氧气
教材方案缺点：需制氧装置，白磷需固定，操作复杂，且不易成功
改进方案：仅用一支大试管，竖直罩住放在热水中瓶盖中的白磷。
改进优点：操作简便易行且现象明显

（七）有关活性炭的吸附性实验探究
教材方案缺点：加入木炭或活性炭后，液体悬浮许多炭的颗粒，呈现黑色，无法观察现象，若要观察红墨水的褪色情况，需进行过滤操作，这就使实验时间拉长，教学效率降低。
改进方案：准备：取一支矿泉水瓶，载去下半截，把瓶盖钻一小孔，插一小段导管。将半截矿泉水瓶倒置，把一小块滤纸折叠后，修剪合适铺在瓶盖内，滤纸上铺一厚层活性炭，炭层上放些膨松棉。实验步骤：
1．将几滴红墨水滴入小半瓶水中，使之呈现红色。
2．将滴有红墨水的溶液，慢慢地从上述倒置的矿泉水瓶倒入，下接一干净的烧杯，观察溶液中颜色变化。
学生质疑：红墨水的颜色是不是滤纸过滤掉的？
进一步改进：在矿泉水瓶截开地方盖上两层滤纸，可用胶水粘住也可用橡皮筋固定。然后将红色的溶液进行过滤。
改进优点：1、课前准备充分，课上节时有效。2、操作快捷，现象明显。3、直观解除学生疑虑。

（八）有关一氧化碳还原氧化铜的实验探究
教材方案：在一氧化碳还原氧化铜的实验中，需先制一氧化碳或准备一个较大的气囊，同时要有还原氧化铜的装置，且要进行验纯和尾气的回收，存在较大的浪费现象和不安全性。
改进方案：先在实验室制备好一试管的CO气体，用橡橡胶塞塞紧，在课堂教学中，取一根螺旋铜丝在酒精灯上加热烧黑(制得氧化铜)，趁热立即放入装有CO的试管中(不用另外加热)，塞紧橡皮塞，很快就可看到变黑的铜丝又恢复成光亮的红色，然后迅速倒入澄清石灰水，塞紧橡皮塞，可以观察到澄清石灰水变浑浊，即证明了CO的还原性，而且说明了生成CO2。
改进优点：
1.此装置也可以做氢气还原氧化铜实验，无需验纯和加热。
2.反应简单，无需连接装置
3.环保无污染，不用担心一氧化碳不纯加热导致爆炸，安全性高。
4.对比效果很明显，装置简单，有利于学生分组，自己做实验。

参考文献
1、   苏青霞，《初中化学实验设计案例分析》2010.12
2、   孙旭，黄新阶，化学教育，2007,12
3、   王海燕，教育科学，2008,7