潘國榮 蒲翠滿

中學(xué)化學(xué)教材中的絕大多數(shù)化學(xué)原理、規(guī)律和知識，都是科學(xué)家們通過不斷地做化學(xué)實驗探究總結(jié)出來的。中學(xué)生也只有在化學(xué)學(xué)習(xí)中不斷地做實驗、探究化學(xué)，才能更好地理解化學(xué)、理解科學(xué)，不斷提高科學(xué)素養(yǎng)。

一、新課標(biāo)對實驗教學(xué)的要求

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2011年版)在“課程性質(zhì)”中指出：“化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實驗為主的科學(xué)探究活動，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實驗和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力?！?這段話突出了化學(xué)學(xué)科的特點及化學(xué)實驗的地位和作用。

新課標(biāo)在“教學(xué)建議”中強(qiáng)調(diào)：“教師在教學(xué)中應(yīng)高度重視和加強(qiáng)實驗教學(xué)，充分發(fā)揮實驗的教育功能。應(yīng)認(rèn)真組織學(xué)生完成好本標(biāo)準(zhǔn)中要求的必做實驗，重視基本的化學(xué)實驗技能的學(xué)習(xí)。應(yīng)根據(jù)學(xué)校實際情況合理地選擇實驗形式，有條件的學(xué)校盡可能多地為學(xué)生提供動手做實驗的機(jī)會；條件有限的學(xué)校，可采取教師演示實驗或利用替代品進(jìn)行實驗，鼓勵開展微型實驗、家庭小實驗等。在實驗教學(xué)中，應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的實驗安全和環(huán)境保護(hù)意識，形成良好的實驗習(xí)慣。”

二、創(chuàng)新實驗設(shè)計問題的提出

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)的一個重要定律，也是一個知識重點和難點。通過實驗探究活動讓學(xué)生“發(fā)現(xiàn)”和理解質(zhì)量守恒定律，是新課程標(biāo)準(zhǔn)的基本理念。如何在課堂有限的時間里盡可能多地開展實驗探究活動，讓學(xué)生“通過實驗學(xué)化學(xué)”，理解化學(xué)知識，實驗設(shè)計十分重要。

三、教科書與部分實驗改進(jìn)存在的問題

教材設(shè)計實驗存在的問題：藥品用量多，裝置復(fù)雜，操作不方便，只有質(zhì)量相等這種單一的結(jié)果。這樣的設(shè)計用于學(xué)生進(jìn)行探究質(zhì)量守恒定律的實驗，效果并不理想。為此，有些教師增加了碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)使質(zhì)量減少，點燃鎂條讓質(zhì)量增加等操作。但是，我們發(fā)現(xiàn)這些新增實驗操作并不簡單，還產(chǎn)生了光污染、煙污染等問題，需要重新設(shè)計實驗。

四、課堂探究實驗設(shè)計的基本思路

本課題探究的重點是物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系：大于、等于、小于？因此，在遵循實驗設(shè)計的基本原則(科學(xué)性原則、簡約性原則、可行性原則、安全性原則、綠色化原則)的前提下，還必須針對課堂探究實驗時間有限的特點設(shè)計實驗。一是需要儀器少，操作簡單；二是反應(yīng)條件容易控制，反應(yīng)速度快；三是使用一些學(xué)生生活中常見的物品進(jìn)行實驗，使學(xué)生關(guān)注身邊的化學(xué)現(xiàn)象；四是現(xiàn)象明顯(如產(chǎn)生氣體、沉淀、發(fā)光、發(fā)熱、顏色改變)，結(jié)果準(zhǔn)確等。主要目的是讓學(xué)生通過簡單操作，很快完成實驗，得到數(shù)據(jù)，把主要精力用于探究和討論反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系上來。

在學(xué)生的分組探究實驗中，要同時產(chǎn)生大于、等于、小于三種不同結(jié)果，使實驗結(jié)果多樣化，讓學(xué)生對實驗結(jié)果產(chǎn)生更多的質(zhì)疑，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。再設(shè)計一個復(fù)雜多步(連鎖)反應(yīng)的實驗，讓質(zhì)量相等，以增強(qiáng)學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的認(rèn)識。

五、創(chuàng)新設(shè)計與改進(jìn)的實驗

根據(jù)上述設(shè)計思路，我們對教材的實驗進(jìn)行了改進(jìn)，一共是5個實驗。實驗結(jié)果表現(xiàn)為：三個質(zhì)量相等，一個大于，一個小于。

先用8號橡皮塞在小的一端鑿一個大約1.5 cm深的小洞，插入規(guī)格15×150的小試管固定緊作為反應(yīng)容器，以下簡稱小試管。

實驗1：在小試管里加入約3 mL CuSO4溶液，取一根直徑約3 mm、長度約17 cm的粗鐵絲，用砂布打磨其中一頭(約占總長一半)并擦拭干凈，將粗鐵絲與小試管一起放在托盤天平上稱量；把鐵絲中打磨的一頭放入小試管里的CuSO4溶液中(如圖1所示)，繼續(xù)稱量，觀察天平是否平衡。

實驗2：在50 mL小燒杯中加入10 mL食用白醋與1 mL冰醋酸，將4 g左右碎蛋殼(要求剝?nèi)?nèi)膜并清洗干凈)與該燒杯一起放在天平上稱量；把碎蛋殼放入燒杯中的醋酸溶液后，振蕩，使醋酸溶液與碎蛋殼充分接觸反應(yīng)，繼續(xù)稱量，觀察天平是否平衡。

實驗3：把一束2 g左右的廢花線銅絲揉成一個稀松的小球團(tuán)后與表面皿一起放在天平上稱量；用坩堝鉗夾起銅絲團(tuán)在酒精燈火焰上灼燒至全部變黑后，放在表面皿上繼續(xù)稱量，觀察天平是否平衡。

實驗4：在小試管里加入約1 mL1:4稀鹽酸與酚酞的混合溶液，用中型滴瓶(60 mL)上的滴管吸取約1 mL10%NaOH溶液后放置固定在小試管口上(如圖2所示)，將帶著滴管的小試管放在天平上稱量；取下小試管，慢慢擠壓滴管上的膠頭，逐滴加入NaOH溶液，振蕩，觀察溶液顏色變化，繼續(xù)稱量，觀察天平是否平衡。

實驗5：在錐形瓶里放入堿性紅色酚酞試液，橡皮塞上安裝燃燒匙和玻璃棒，取少量白磷放在燃燒匙里，將上述橡皮塞塞在錐形瓶口(如圖3所示)，放在天平上稱量；取下橡皮塞，加熱玻璃棒下端至紅熱(如圖4所示)，迅速塞入錐形瓶口，壓下熱玻璃棒點燃白磷(如圖3所示)，振蕩錐形瓶看溶液顏色變化，再繼續(xù)稱量，觀察天平是否平衡。該實驗建議由教師操作演示。

圖1 鐵絲放入試管

圖2 試管口放置滴管

圖3 白磷燃燒裝置

圖4 加熱玻璃棒

六、實驗創(chuàng)新設(shè)計的教學(xué)應(yīng)用

將教學(xué)班級分成4個大組，每個大組再分成幾個實驗小組，一個大組完成一個實驗。如第一大組各實驗小組的學(xué)生負(fù)責(zé)準(zhǔn)備一根粗鐵絲，完成實驗1；第二大組負(fù)責(zé)準(zhǔn)備10 mL食用白醋，完成實驗2；第三大組負(fù)責(zé)準(zhǔn)備2 g左右的廢花線銅絲，完成實驗3；第四大組負(fù)責(zé)幫助第二大組準(zhǔn)備4 g左右碎蛋殼(要求剝?nèi)?nèi)膜并清洗干凈)，完成實驗4；教師請一名學(xué)生協(xié)助完成實驗5。課前一天布置各組學(xué)生準(zhǔn)備上述實驗用品。

上課時，把5個實驗方案一起發(fā)給學(xué)生，但每個實驗小組只能按指定要求做一個實驗，各組完成實驗后匯報本組稱量化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量的變化情況：有大于、等于、小于三種截然不同的結(jié)果，似乎沒有規(guī)律可循了。教師設(shè)問：化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量的變化有沒有規(guī)律呢？讓學(xué)生充分議論和猜測。

師生一起分析實驗中造成質(zhì)量不相等的原因，讓學(xué)生“發(fā)現(xiàn)”如果把實驗裝置改成封閉的，那么，質(zhì)量大于和小于的也將變成相等了。不僅簡單反應(yīng)中質(zhì)量相等，并且在復(fù)雜多步的反應(yīng)中質(zhì)量也是相等的！

當(dāng)學(xué)生從貌似矛盾、無章、沖突的實驗結(jié)果中，經(jīng)過思考、對比、整理、總結(jié)，“發(fā)現(xiàn)”了質(zhì)量守恒定律的時候，他們多么有成就感?。∵@就是本設(shè)計的目標(biāo)。

七、設(shè)計實驗的優(yōu)點

除了實驗5以外，其他4個實驗的共同點是：使用儀器少，裝置簡單，操作簡單，反應(yīng)速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，現(xiàn)象明顯，藥品用量少，符合環(huán)保要求，適合學(xué)生操作等。為了保證實驗效果，建議使用量程為100 g的天平。加1 mL冰醋酸可以加快反應(yīng)速度，縮短質(zhì)量變化所需時間。由學(xué)生自己準(zhǔn)備實驗用品，一是增加學(xué)生動手動腦的機(jī)會；二是增強(qiáng)實驗的吸引力和學(xué)生的好奇心理(準(zhǔn)備這些用來干什么)；三是培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任心和信心；四是讓學(xué)生關(guān)注身邊的化學(xué)物質(zhì)與化學(xué)問題。

實驗1中用長的粗鐵絲，方便放進(jìn)和取出；用砂布打磨其中一頭，既能讓學(xué)生看到鐵的銀白色本色，又能清除鐵表面的雜質(zhì)，增加鐵絲表面積，從而加快反應(yīng)速度。

實驗2中使用生活物品食用白醋與生活廢物碎蛋殼，使學(xué)生關(guān)注身邊的化學(xué)現(xiàn)象；蛋殼要剝?nèi)?nèi)膜并清洗干凈，使其與醋更好地接觸，加快反應(yīng)速度。

實驗3中用廢花線銅絲加熱比銅塊和鎂條效果好，一是廢物利用、便宜，二是增重效果好，三是沒有鎂條燃燒的光污染和煙污染等。

實驗5是在一個簡單的裝置中實現(xiàn)了復(fù)雜的多步(連鎖)反應(yīng)，使學(xué)生明白即使在復(fù)雜多變的化學(xué)反應(yīng)中，質(zhì)量仍然是守恒的，從而加深對質(zhì)量守恒定律的認(rèn)識。