作者：卜兆军牟海英
实验教学与仪器 2011年01期
化学是一门以实验为基础的学科，实验现象的明显程度将直接影响到课堂教学效果的好坏。因而教师在完成课本上规定的实验时，还应根据学校的设备情况及学生的实际水平，适当增补或改进一些不完善的实验；对那些现象不够明显、反应条件不易控制、效果不够理想的实验加以改进；或设计、创造一些新的化学实验；这对于中学化学教师来说，是一种研究，也是一种创造，更是一种应该具备的综合素质与能力。
一、设计与改进实验应遵循的几条原则
1.设计与改进实验要有明确的目的，那就是要更好地发挥实验在课堂教学中的作用，不是为“改”而改，也不是标新立异。实验的设计与改进，应该有助于化学概念的形成与化学原理的说明。
2.实验的设计与改进，要遵循实验教学自身的科学性与系统性。教材在对实验教学编排上一般都有其自身的规律，自成体系。如对仪器的认识、使用是由简到繁、渐次增多的；各种实验基本技能的训练由教师示范到学生逐步掌握也是有计划安排的；对学生观察实验、分析能力的培养也是循序渐进的；组织学生结合教材自己设计实验习题，也是在一定基础知识及基本技能积累的条件下进行的。若不遵循实验教学自身的规律性，违背了学生的认识规律，教学效果就会适得其反。
3.实验的设计与改进，要有利于全面提高学生的综合素质。实验教学的目的，不仅在于知识的传授和实验技能的训练，而且更重要的作用还在于全面提高学生的综合素质。为此，教师在教学中要善于精心设计实验教学过程，尽量设法提高每个实验的智力价值，使整个教学过程充满启发性，富有思考性。
4.提高实验的成功率，改进需时较长的实验。演示实验是为配合课堂教学内容进行的，时间过长就会影响知识的讲授。为保证实验在预定的时间内顺利完成，教师就应通过探究实验原理，研究反应物的数量关系和形态，考虑影响实验的各种因素，寻找最佳反应条件，提高实验成功率，使实验准确及时完成。
二、实验设计与改进的思路与具体做法例析
1.更新设计思想，进行巧妙构思
(1)一氧化碳还原氧化铜实验的改进。用集气瓶收集一瓶一氧化碳，将瓶口用胶塞塞紧。取粗铜丝打磨干净后绕成螺旋状并插入1个与瓶口配套的胶塞中。手持胶塞将铜丝加热到表面完全变黑，趁热插入瓶中，铜丝由黑色瞬间被还原成光亮的红色。重复做2～5次，倒入澄清的石灰水，石灰水变混浊，证明有二氧化碳生成。这是对原教材中实验的改进，仪器装置简单，操作方便，效果明显，易于观察，且减少了一氧化碳的逸出，保护了工作环境。
(2)焰色反应效果实验的改进。碱金属元素的焰色反应实验，现行教材是用铂丝蘸取检测液在酒精灯火焰上灼烧观察的。由于铂丝蘸取溶液很少，焰色反应持续时间较短，学生不易看清，特别是透过蓝色的钴玻璃观察钾的焰色反应会更困难。为了能长时间观察金属的焰色反应，可将废弃的青霉素药瓶制成焰色反应灯。在灯芯上撒放少许粉末状检测物，点燃灯芯，则可观察到鲜明的被测元素的焰色反应。灯芯上添加检测物后，可以保持较长时间使用。
2.采用其他学科的实验仪器和方法
(1)化学实验中发光二极管、三极管、音乐集成块等的应用。半导体发光二极管是一种将电能转化为光能的电子器材，具有耗电少且灵敏度高的特点。利用若干发光二极管和小功率晶体管可制作简单的直流放大电路，利用输入电压的变化，经放大后，能使不同数目的发光二极管依次发光。利用该装置可证明不同溶液导电能力的差异。由于不同溶液导电能力不同，输入电压也将发生相应变化，此时发光二极管发光的个数也不同，直观形象地说明了溶液导电能力的差异。除此之外，“金属活泼性实验”、“氢氧化钡溶液和稀硫酸溶液的中和反应”实验均可运用上述装置。这不仅使实验现象更直观鲜明，而且加强上对学生进行跨学科思想解决问题的能力与思维方法的培养训练。
(2)利用投影仪做化学投影实验。在简单装置中进行的化学实验一般都可利用投影仪投影。实验现象被投影放大后，使一些只有细微变化的现象，变得易于观察，使远离演示台的学生也能洞察其细微。实验投影的方式分为竖直投影和水平投影两种。竖直投影时，银幕上得到的是侧视实验和影像；而水平投影时，银幕上得到的是俯视实验时的影像，教师可根据所做实验在观察上的需求来设计投影的方式。水平投影一般在结晶皿内进行，如金属钠与水的反应、电解硫酸铜实验均能得到较好的效果；竖直投影实验，一般在扁平投影反应槽内进行，可用于金属活动性比较、原电池、胶体电泳实验。由于投影实验只需在较小的器皿内进行，故还可节约药品，使实验微型化。
3.从探索最佳反应条件上改进实验
(1)木炭还原氧化铜实验反应条件的探究。改进该实验的目的是为了得到光泽较好的块状金属铅，其关键就在于研究最佳的反应条件。首先要解决的是木炭和氧化铜的用量比问题，理论上，木炭与氧化铜的质量比是1∶13.3，但若按此配比，木炭的用量实际上会不足，因为试管中的空气会消耗一定量木炭，因而木炭用量要比理论值略偏高，通过大量实验证明，木炭与氧化铜质量比以1∶10至1∶12比较合适。其次，反应物的总量也会影响到实验效果的好坏。太多、太少均不好，一般用15×150mm的试管以1.6g左右为宜，反应物颗粒尽量要细，且要混合均匀，适度压实，使颗粒间紧密接触，目的是增大反应物的接触面积。其三，由于该实验的固相反应，应当使用高温灯加热，最易控制掌握的是用加铁纱网罩的大火酒精灯加热。其四，还要考虑该反应是放热反应，当反应物开始发红，猛烈反应时应及时撤走酒精灯，这样才便于观察反应继续进行直至反应完全。
(2)设计套管实验，改进费进过多，不适合课堂演示的实验。原教材中为引出催化剂概念而设计了3个实验，很费时间，笔者认为做如下的安排和改进，效果较好。实验方法如图1所示：
4.采用代用品，动手设计制作简单的专用仪器
用红磷做“白磷的自燃”实验。
白磷剧毒，易燃，一般中学不具备保存条件。但若将一般实验室中易得到的红磷转化成白磷做自燃实验，不但补足了教材中应做的实验，而且扩展了学生的知识面。
取红磷2g装入大试管中，把10cm长的滤纸条卷成螺旋状装入试管中，配上有直角导管的胶塞，并将导管插入盛有水的试管中。加热红磷、红磷升华为磷蒸气，被滤纸吸附。停止加热，换上无孔胶塞（此时红磷已转化为白磷），待用。实验时，用镊子夹出纸条，白磷遇空气即自燃。
本着就地取材，因陋就简的原则，可制作多种实用的仪器。如用废牛皮纸信封做成漏斗，再涂以蜡或树脂涂料，不但实用而且不易摔碎；还可以用易拉罐、有机玻璃、泡沫板、聚光电珠等制作高亮度丁达尔现象实验器；用135胶卷暗盒制作的酒精灯增温护焰罩，能使酒精充分燃烧，加罩的酒精灯适用于木炭还原氧化铜、甲烷制取、焰色反应等高温实验。其他一些废弃物如输液管、塑料瓶等均可派上用场。
作者介绍：卜兆军，甘肃省景泰县第五中学(730400)； 牟海英，甘肃省永登县泰川中学(730400)。