初中化学实验设计与创新的研究

高新一中初中校区   贺旭鸽

摘要：为了加强实验教学,提高实验教学水平,化学教师应具备设计、改进实验、进行创新实验教学研究的能力.本文阐述了设计、改进和创新化学实验的原则,探讨了设计、改进和创新化学实验的基本思路和基本方法.应用实验、改进与创新的方法,联系中学化学教学,列举3个案例对教材实验进行研究,说明优缺点所在，提出改进方案。

关键词：初中化学   实验设计；实验改进；实验创新研究

一、 教材中实验分析

化学是一门以实验为基础的自然科学.化学实验是化学教学的基本特征.实验是科学研究的重要方法,也是教师教学生学习科学知识的重要方法. 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。现行初中化学教材中的实验，大多数是经过千锤百炼，教育教学专家反复论证后编入课本中的，具有权威性。但也不可避免地会有一些实验，从可操作性、可观察性、安全性等方面还有待改进和创新。为此，本文进行教材某些实验设计分析，列举3个案例，说明优缺点所在，提出改进方案，从而提高实验教学研究的能力,更好地发挥实验教学的作用。

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，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：装置简单，操作简便，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。

5、环保性原则：减少药品用量，减少环境污染。

三、中学化学课堂实验创新实例

3.1  测定空气中氧气的体积分数

空气是学生从化学角度认识的第一种物质,了解

空气的成分并通过实验探究空气中氧气的体积分数是

化学课程标准的重要内容之一． 粤教版教材中

测定空气中氧气的体积分数的方法是燃烧红磷法,

实验装置如图 1． 这种方法的原理是用红磷燃烧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． 在实验过程中存在以下问题:1.集气瓶上没有刻度，无法准确将集气瓶内空气体积分为五登分，导致无法通过定量描述氧气的含量。2.水延导管倒流，后排同学看不清现象。为了便于减小误差，便于学生观察，对该实验进行如下改进：

（1）实验仪器及试剂:100 mL量筒、250ml集气瓶、导管、止水夹、燃烧匙、红磷噶、红墨水

 (2) 实验操作: 1) 检查装置的气密性;

 2) 装药品,连好仪器，量筒内装入100ml水并滴入2滴红墨水；加紧止水夹．

3) 点燃红磷，迅速深入集气瓶内，塞进橡胶塞。4) 燃烧结束,冷却至室温，打开止水夹,观察现象． 可观察量筒内水约50ml延导管进入集气,说明空气中氧气的体积分数为 1 /5． ( 见图 2)此实验的优点是：

（1）通过定量的数据分析，易于学生理解进入水的体积即为消耗氧气的体积，从而得出氧气约占空气体积的五分之一的结论。

(2)水中滴有红墨水，易于学生观察实验现象。

3．2 质量守恒定律的探究

质量守恒定律实验是初中化学的教学重点之一,是学生从定性到定量对化学反应的理解． 教材实验( 如图 3) ，用胶头滴管吸取盐酸，滴入大理石上，气球略微胀大，天平仍然平衡，从而得出有气体生成的反应，验证质量守恒应在密闭容器中进行。该实验的不足是：

1、胶头滴管取用的盐酸量太小了，反应现象不明显且操作不便；        2、无法探究气球浮力对实验结果的影响；

实验改进如下图：

(1) 实验仪器与试剂:

锥形瓶、双孔塞、注射器、气球、大理石、稀盐酸 ．

(2) 实验操作:

1) 锥形瓶中加入大理石，注射器中吸入20ml酸，导管端系气球，放天平称量（如图4）

2) 将注入器内酸注入锥形瓶中约5ml,观察到有气泡产生，气球撑起，天平平衡（如图5）。得出结论：有气体生成的反应，验证质量守恒需在密闭容器中进行。

3) 继续将注射器中的酸完全注入锥形瓶中，观察到产生大量气泡，气球胀大，反应结束后天平指针偏右（如图6）。得出结论：气球胀大，受空气浮力影响，导致左盘质量减轻。

此实验的优点是:

3．3 证明二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的探究

碱溶液与非金属氧化物的反应是初中化学实验的重中之中，教材第八章借助学生已有第五章的二氧化碳与水反应的基础上，将充满二氧化碳的试管塞紧橡胶塞倒扣在氢氧化钠溶液的烧杯中，在液面下用镊子拔出橡胶塞，通过两者对比得知二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应，实验如图7所示；该实验的不足之处是：

1、所需的氢氧化钠溶液比较多，浪费药品

2、烧杯较小，在液面下操作不便。

3、只能通过证明反应物的消失（即气压变化）这一种方法说明两者反应。

实验改进如下：

(1) 实验仪器与试剂:（见图8）                     

锥形瓶、双孔塞、注射器、气球、止水夹、碳酸钠粉末、稀盐酸 、氢氧化钠溶液（较浓）

(2) 实验操作:

1) 锥形瓶中加入碳酸钠粉末，注射器中吸入20ml酸，注入锥形瓶中，观察到白色固体消失，有气泡产生，气球胀大（如图9），加紧止水夹。得出结论：碳酸钠与稀盐酸反应能产生二氧化碳气体，使容器内气压变大，气球胀大。

2) 再用注入器吸入20ml氢氧化钠溶液注入锥形瓶中，并轻轻震荡，观察到气球逐渐缩小，最后更瘪（如图10）。得出结论：氢氧化钠溶液能与二氧化碳反应，使瓶内气压减小，气球变更瘪。

3) 再继续向锥形瓶中注入稀盐酸，气球又胀大。

进一步得出结论：二氧化碳与氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠。

四、总结

中学化学实验的设计、改进与创新是一个庞大的课题,中学化学实验改进与创新可以弥补传统实验之不足,提高实验的安全性与可操作性,节省药品、减少环境污染． 教学中可将演示实验改为边讲边实验,增加学生进行实验操作和实验探究的机会,解决大班或农村中学进行“实验探究”教学的问题． 同时教师实验探究、实验改进、实验创新的精神潜移默化地影响着学生, 对学生创新精神培养,环境保护意识、绿色化学思想的形成大有益处,有利于落实国家课程标准的要求,提高学生的科学素养．