多功能定量教具在化学实验中的创新探究

多功能定量教具在化学实验中的创新探究

林颖杰

山东省威海市塔山中学264200

化学是一门研究物质的基础自然科学，研究身边化学物质的组成、结构、性质和用途是九年级化学的重要学习内容。在新课标的框架下，运用创新实验进行教学，可以使学生有更加层次丰富的学习体验，科学地选择生活中的一些用品，运用到化学实验中，将化学实验进行有效的改进，可以更好地激发学习化学的兴趣，获得更好的科学探究体验。选择医疗中常用的医用三通和注射器进行因地适宜的排列组合，可以运用到很多初中阶段的化学实验中，并且将原有实验进行优化。

装置的科学原理：注射器与医用三通连用，形成的装置可以控制气体或液体的流向，装置气密性好，固液气三态都适用，有刻度，可进行定量实验，将本套实验装置进行适当的改进，可以运用到多种初中化学实验中，例如探究不同金属与酸反应的剧烈程度不同的实验、氢氧化钠与二氧化碳反应等等，更好地发掘实验的价值，简化操作，现象即时可对比。

教学用途和用法：利用注射器的刻度将原有的定性实验改为定量实验，将注射器和医用三通灵活地连接，并通过调整阀门的方向控制液体或气体的流向。通过因地制宜的组装方式可以运用到探究质量守恒定律、探究二氧化锰催化作用等初中化学实验中。接下来我以碱的性质中探究氢氧化钠与二氧化碳反应为例谈谈这一创新教具在教学实践中的应用：

一、实验创新目标

1.“氢氧化钠与二氧化碳反应”属于初中阶段一类比较重要的实验——没有现象，需要通过设计有明显现象的实验来证明反应物减少或者新物质生成，从而证明反应发生，通过此创新实验能够同时、定量地进行对照实验，体会实验的严谨性。

2.通过设计对照实验，排除氢氧化钠溶液中的水对实验的干扰，使学生更加深刻地领会控制变量的实验设计思想和方法，利用创新装置设计，实验结果以即时的、直观的、定量的方式呈现，培养学生的科学探究与创新意识这一化学核心素养。

3.利用注射器进行实验培养节约药品的意识，通过教师引导，将此实验装置推广到其他实验中，提高学以致用的能力。

二、教学内容及方法

这一部分的教学内容是通过实验氢氧化钙和氢氧化钠与二氧化碳都能反应，从而归纳出碱能与二氧化碳反应这一性质。不同于二氧化碳与氢氧化钙反应有沉淀的明显现象，二氧化碳与氢氧化钠反应没有明显现象，并且溶液中的水会对实验结果产生干扰，因此要进一步开展实验活动进行探究。

1.教材实验不足。教材中的处理是将氢氧化钠溶液倒入装有二氧化碳的矿泉水瓶中震荡，通过瓶子变瘪说明二氧化碳减少，从而证明二氧化碳与氢氧化钠反应了。这样处理有三点不足：（1）不能排除水对实验的干扰，因为二氧化碳也可以溶解在水中，并且与水反应。（2）在打开瓶盖加药品时部分二氧化碳会溢出，造成误差。（3）仅仅从反应物减少这一种角度论证反应的发生，不利于学生的方法建构。

现在已有的对该试验的改进装置主要有两类：一是用胶头滴管吸取氢氧化钠溶液，并用单孔塞将其直接固定在矿泉水瓶上；二是改进成喷泉实验的装置，利用二氧化碳被吸收后装置压强变小，从而导致水倒流。这些方法基本上都可以克服加药品时气体溢出的问题，但是想要排除水的干扰一般都是采用重新进行一组空白对照实验，将氢氧化钠溶液换为等量的水来实现，操作麻烦，现象不能直接对比，容易在操作中因为定量控制不严格产生误差。

2.改进实验装置：将注射器和医用三通进行灵活的利用就可以有效地解决。选择四只20mL的医用注射器，第一支装入5mL的水，第二支装入20mL二氧化碳气体，第三支装入5mL氢氧化钠溶液，第四支装入5mL稀盐酸，将三个医用三通串联起来，然后将四支注射器按顺序连接在医用三通的接口上，完成实验仪器的组装。

3.实验步骤。（1）连接装置，检查装置气密性。（2）装药品，四只注射器分别吸入5mL水、20mL二氧化碳、5mL氢氧化钠溶液、5mL稀盐酸。（3）重新连接仪器，通过调整阀门分别向水和氢氧化钠溶液中注入10mL二氧化碳，关闭阀门，充分震荡，观察现象。（4）关闭其他阀门，向反应后的氢氧化钠溶液中注入5mL稀盐酸，观察现象。

4.创新点（实验改进要点）：（1）灵活运用生活中常见的仪器，利用医用三通和注射器组装起来的仪器装置气密性好，操作简单，节约药品。（2）利用这组简单的装置，通过调整阀门可以科学地设计加入的药品和流程，就可以简单地、直观地、即时地进行对照实验。利用注射器的刻度能真正满足对照实验中的等量要求，改变以往实验中没有刻度、不够严谨的缺点。（3）同一装置连续实验，向反应后的溶液中加入稀盐酸，观察到气泡生成，通过证明有新物质说明反应发生。

三、实验反思与自我评价

本实验将生活中常见的材料灵活组装运用到化学实验中，将复杂的实验进行简化，使氢氧化钠与二氧化碳反应这一实验以定量的对照实验呈现，更好地应用于教学，这是初中创新实验的魅力所在。

实验是化学的魂之所在，现如今培养学生的创新精神，进行创客教育也在全国上下如火如荼地展开推进。从化学实验的角度创新可以从两个方面开展：一个是实验原理上的创新，二是实验方法上的创新。原理上我们的诉求是选择更简单易操作的反应，尽可能减少对环境的危害。实验方法上则可以选择适宜的新装置，设计合理便捷的新流程，如上述多功能实验教具其实就是在实验方法上对传统实验进行的创新改进。