柏品良+吳常名

摘要：以學(xué)生在簡(jiǎn)易凈水器實(shí)驗(yàn)中生成的問題為切入口，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)各凈水材料的凈水速度、凈水效果、凈化原理以及水通過凈化材料的方式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。得出了凈水材料的最佳放置順序；設(shè)計(jì)了能直接觀察各凈水材料的凈水速度與凈水效果的階梯式凈水裝置；進(jìn)一步指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課外活動(dòng)，利用生活中的可取材料自制階梯式凈水裝置。

關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)易凈水裝置；階梯式凈水裝置；自制凈水裝置；實(shí)驗(yàn)探究；課外化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）4–0077–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

九年級(jí)《化學(xué)》（人民教育出版社）上冊(cè)第四單元課題2“水的凈化”的課外實(shí)驗(yàn)：自制簡(jiǎn)易凈水器。取一個(gè)空塑料飲料瓶，剪去底部，瓶口用帶導(dǎo)管的單孔橡膠塞塞緊，將瓶子倒置，瓶?jī)?nèi)由下向上分層放置洗凈的蓬松棉、紗布、活性炭等，就得到一簡(jiǎn)易凈水器[1]（如圖1）。

學(xué)生按照操作步驟，均能完成實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)裝置展示、現(xiàn)場(chǎng)演示凈水過程、對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的疑問和技巧等進(jìn)行交流與研討后，有學(xué)生提出問題：裝置中的小卵石、石英砂、活性炭三種物質(zhì)放置順序是否可以改變？

2 討論與猜想

方案一：改變?nèi)N物質(zhì)的放置順序，分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，比較凈化效果；

方案二：將這三種物質(zhì)分別進(jìn)行凈化水實(shí)驗(yàn)，比較其凈化效果。

查閱資料，結(jié)合這三種物質(zhì)凈化水的原理，確定三種物質(zhì)的最佳放置順序。

經(jīng)過討論，認(rèn)為方案二比方案一合理，決定以方案二為基礎(chǔ)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

3 實(shí)驗(yàn)探究

3.1 實(shí)驗(yàn)

將整個(gè)裝置拆分成三個(gè)凈化器，分別用小卵石、石英砂和活性炭做凈水材料對(duì)相同的污水進(jìn)行凈化（如圖2），比較凈化水的效果與速度。

實(shí)驗(yàn)說明：（1）樣品污水是100mL河水，并向其中滴入1滴紅色墨水。（2）蓬松棉難以獲得且在實(shí)驗(yàn)裝置中難以保證一樣的厚度，為此用12層的紗布口罩替代蓬松棉。（3）活性炭因?yàn)榧?xì)小密度小，加水后漂浮在水面，須在活性炭上方加一微孔瓷制隔板（化學(xué)儀器商店有售）。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）不同材料凈化速度、凈化效果見表1。（2）小流量、低流速時(shí)的凈化效果要好一些。

3.2 分析與結(jié)論

紗布、蓬松棉都是用來隔離小卵石、石英砂、活性炭等凈化材料的。小卵石用來過濾一些體積較大的不溶性固體雜質(zhì)；石英砂用來過濾一些體積較小的不溶性固體物質(zhì)；活性炭用來過濾、吸附更細(xì)小的固體顆粒和一些溶于水的異味氣體和色素等。

綜合“凈化速度”“凈化效果”“凈化原理”，過濾應(yīng)該按照先“粗凈化”再“精凈化”的順序進(jìn)行，也就是先過濾掉體積大的雜質(zhì)，再過濾體積小的雜質(zhì)。這樣做一是能使過濾速度更快，二是避免活性炭因過濾、吸附的雜質(zhì)較多而削減其凈化能力。

凈水材料的最佳放置順序是按照流水方向依次放小卵石、石英砂、活性炭。

3.3 階梯式凈水裝置

將分別用小卵石、石英砂和活性炭做凈水材料的凈水裝置從上向下依次連接起來，就形成了階梯式凈水裝置（如圖3）。將水從最上方注入凈水裝置，收集裝置中水滿后從支管口溢入下一個(gè)凈水裝置，這樣便于觀察、對(duì)比它們的凈水效果，理解它們?cè)趦羲^程中發(fā)揮的作用。

4 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)完善

4.1 問題提出

在評(píng)價(jià)階梯式凈水裝置時(shí)，有學(xué)生提出問題：“階梯式凈水裝置”包括“簡(jiǎn)易凈水器”與教科書P75“圖4-17活性炭?jī)羲魇疽鈭D”（如圖4）中水通過活性炭層的方式不相同，那么，活性炭?jī)羲畷r(shí)進(jìn)、出水口的相對(duì)位置對(duì)凈化效果有沒有影響呢？

4.2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將一定質(zhì)量的活性炭放入漏斗內(nèi)部，將水從漏斗中注入，形成水自上而下通過活性炭層的凈化裝置（如圖5）；在漏斗的下端固定有微孔瓷制隔板，將等質(zhì)量的活性炭放在漏斗和收集裝置之間，將水從漏斗中注入到收集裝置的底端，水浸泡過活性炭后從支管口流出，形成水自下而上通過活性炭層的凈化裝置（如圖6）。完成這組對(duì)比實(shí)驗(yàn)：分別將水從上、下入水口進(jìn)入凈化裝置，比較活性炭的凈化效果。

4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在相同流量情況下，水自下而上通過活性炭層的凈化效果好于水自上而下通過活性炭層。

4.4 實(shí)驗(yàn)分析

水自下而上通過活性炭層，會(huì)減小水的流速（也便于控制水的流速），延長(zhǎng)水在“過濾層”的停留時(shí)間，讓水和活性炭充分接觸，以最大程度去除水中的異色和異味，凈水效果好。

4.5 實(shí)驗(yàn)裝置修改

將圖3中階梯式凈水裝置的下端盛有活性炭的凈化裝置改換成圖6中的盛有活性炭的凈化裝置。

5 探究延伸

學(xué)生用醫(yī)用注射器、輸液器自制階梯式凈水裝置。

用注射器做過濾器、將輸液器的一端連接在注射器上組成凈水裝置（如圖7），從輸液器可以觀察到凈化水的效果。

將有孔活塞壓入注射器一半位置，在活塞上方裝滿活性炭，用膠將兩個(gè)注射器對(duì)接在一起，組裝成水自下而上通過活性炭層的凈水裝置（如圖8）；

把分別填入小卵石、石英砂和活性炭的凈水裝置自上而下連接起來，形成自制階梯式凈水器。

6 活動(dòng)意義

以學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題為切入口，引導(dǎo)學(xué)生去分析問題、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)解決問題，不僅解答了學(xué)生在學(xué)習(xí)上的疑問，還讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)探究的過程，從而獲得實(shí)驗(yàn)成功及通過實(shí)驗(yàn)解決問題的喜悅。

以教科書中的[課外實(shí)驗(yàn)]為基礎(chǔ)，拓展了教科書上的教學(xué)資源，利用生活中的教學(xué)資源，充分發(fā)揮了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能[2]。

從實(shí)驗(yàn)探究的過程中發(fā)現(xiàn)新的問題，通過實(shí)驗(yàn)對(duì)比，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，提高凈化效果，使學(xué)生感受到科學(xué)探究是一個(gè)不斷完善、不斷發(fā)展的過程。強(qiáng)化科學(xué)探究意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的改變，使學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣朝定向、持久的方向發(fā)展[3]。

階梯式凈水裝置生動(dòng)形象地演繹了凈水的過程，讓學(xué)生觀察到不同物質(zhì)凈水效果，領(lǐng)悟它們?cè)趦艋倪^程中所起的作用，讓學(xué)生知其然，并知其所以然。同時(shí)，用生活中的材料經(jīng)過簡(jiǎn)單加工自制有創(chuàng)意的階梯式凈水裝置，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

將教科書中的[課外實(shí)驗(yàn)]延伸為化學(xué)課外興趣小組活動(dòng)，開放實(shí)驗(yàn)室，在教師的指導(dǎo)下探究并解決實(shí)驗(yàn)過程中的疑問，把化學(xué)課外活動(dòng)引向深入。

參考文獻(xiàn)：

[1]課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012：77.

[2]張軍.初中化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的反思與策略研究[J].化學(xué)教學(xué)，2014，（8）：21～23.

[3]魏書彬，陳加柱.淺議高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的問題與對(duì)策[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（11）：78.