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在新的课程理念下,化学教师应树立全新的实验教学资源观,在教学中创造性地开发和利用一切有效的实验教学资源,丰富化学课堂教学信息,真正落实化学新课程的实施要求,使化学教学呈现出创新活力和勃勃生机!继义务教育新课程的实施,高中阶段新课程也开始实施。探究学习和自主学习成为学生学习过程的主旋律,化学课堂教学迎来了全新的格局,学生通过实验进行探究活动是课堂教学中的重要组成部分。基于学校硬件设施的滞后状态,加上应试的制约,课时紧,化学实验被削弱的现象已逐渐显现。微型实验以它独有的功能,能有效缓解上述矛盾,对达成新课程的教育目标起一定的作用。
微型实验是用微型化学仪器、装置和极少量的试剂做化学实验的一种方法,微型实验仪器、装置的容量大约是常规实验的1%~10%,试剂的用量是常规实验的几分之一至几百分之一。下面是笔者进行微型实验研究的一些实践。
一、自制微型实验器材
微型实验有成套的专门仪器供应,但价格高。以目前的状况看,利用废旧材料自己制作微型实验的器材,容易推广。
1.反应容器的制作
向医院注射室索取各种规格的安瓿瓶,于水面下在细砂轮上磨至平口,即成为反应容器,粗矮的可做“烧杯”,细长的可做“试管”。由于瓶壁很薄,加热时耐热性好,可用火焰直接加热。实验室常用的胶头滴管、玻璃导管等也可作为反应容器。
2.导管的制作
导管连接是微型实验中较难处理的问题,如果实验不用加热,或反应温度不高,可用已耗尽油墨的圆珠笔芯,将笔头中的细珠除去作为导管,铜质笔头或作为导管的连接,或插入橡皮塞中,都较为方便,且易于弯曲。也可拉制玻璃毛细管作导管,但毛细管较为脆弱,操作上有一定难度和技巧性。
3.酒精灯的制作
酒精灯则可用小藥瓶改制。取一块铜片,剪成直径略大于瓶口的圆形,中间打一孔,插入一段已报废的拉杆天线的金属管并焊牢,穿好棉纱作灯芯,在瓶底用环氧树脂粘上一块比瓶底大的底座,以防酒精灯翻倒,再用一个已经打磨为平口的安瓿瓶做灯帽即可。
4.铁架台和夹持器的制作
取报废的拉杆天线其中的两节(第三、第四两节为佳),下端焊一螺丝。底座材料可以是硬塑料板、白瓷砖等,裁剪成合适的大小,钻孔,将螺丝固定在底座上。在上面一节拉杆上焊一个电工用于接线的接线柱,用于固定铁夹等(右图)。由于拉杆可上下移动和左右旋转,使用时极为自如。
夹持器用鳄鱼夹改制,如图:
二、几则微型实验的实例
1.高中化学催化氧化系列实验
(1)SO2的催化氧化
用一只胶头滴管,先卸去胶头,用中性水笔的橡胶保护封帽连接好接好导管(玻璃毛细管),在胶头滴管前端放一些拌有Cr2O3的石棉绒,中部放一绿豆大小的Na2SO3固体,小心在Na2SO3上面滴1滴浓硫酸(此时有少量SO2产生),装好胶头,这时,胶头滴管中充满了SO2和空气的混合气体。手持胶头滴管,将导管伸入一个内壁涂有水的安瓿瓶中,并用酒精灯加热Cr2O315～20s轻轻挤压胶头,在安瓿瓶中立即出现酸雾。
反应原理:2SO2+O22SO3,SO3+H2O=H2SO4。
(2)氨的催化氧化
在一只胶头滴管的前端放一些Cr2O3,中部放一段Na2O2粉末,后段放NaHCO3和NH4HCO3的固体混合物。各段药品间用石棉绒隔开。装置如图(铁架台未画出)。先加热Cr2O315～20s,再缓缓加热NaHCO3、NH4HCO3混合物,不久在安瓿瓶中出现棕色气体。
反应原理:
NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O(g)↑
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O(g)↑
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O22Na2O2+2H2O=4NaOH
4NH3+5O2 4NO+6H2O2NO+O2=2NO2
注意事项:a.反应中O2应过量,所以在NH4HCO3中需要加一些NaHCO3。b.填装Na2O2时,不要填实。
2.适合义务教育九年级的几个实验
(1)制取和检验二氧化碳气体
取两只相同规格的安瓿瓶,一只(a)磨去底部,另一只(b)磨平上口,制作一个合适的橡皮塞,取大号医用针头的前半部分(小心不要将针孔堵塞)作导管,插入塞子,装配成如图左边的装置。
操作时,连同橡皮塞一起将a取下,在b中加入大约。0.5mL(10滴左右)的15%的盐酸,再加入预先准备好的小黄豆大小的石灰石,随即连同a一起塞上橡皮塞,用胶头滴管向a中加入适量澄清石灰水,这时可发现导管中有气泡冒出,不久澄清石灰水变浑浊。
(2)制氧气
在一只安瓿瓶中加入0.1 g KMnO4晶体,在KMnO4晶体上面压一层玻璃纤维(绝对不能用棉花),瓶口向上,用酒精灯加热片刻,用带有火星的火柴梗检验,火柴梗复燃,证明有氧气生成。
用安培瓶加热固体药品时,由于瓶壁薄耐热性好,再加上体积小,加热时瓶子整体的温度较高,水气一般不会凝成水珠,因此一般情况下瓶子不会破裂,所以,管口无必要向下倾斜。
三、开展微型实验活动的意义
通过实践,笔者认为推广微型实验有如下意义:
1.学生积极性高,由于可自选和制作器材,自由度大,促进学生的实验设计能力和动手能力的提高,提升学生的创新意识;
2.投入少,饰演过程耗时少,效率高;
3.有利于培养学生精细、精确的科学精神和树立勤俭节约的风气;
4.药品用量少,基本没有废弃物,安全性好,不易发生事故;
5.为校本课程的开展、探究性学习和家庭小实验提供舞台;
6.可以使经济不发达地区实验条件较差的学校的实验教学得到加强。
当然,微型化学实验也有它的不足之处。例如,较忽视基本操作的规范性,较少考虑实验中有关的安全因素等。因此,微型实验虽然具有许多优越性,但也并不是所有实验都可用之代替的。在教学中,应根据实验的内容、目的、现象和定量要求等进行选择,使常规实验和微型实验相结合,两者取长补短,这样可以发挥更好的教学效果。
微型实验的开展无疑大大增加了教师的负担,对教师的素质也是一种考验。但只要执着,一定可以在中学实验教学中闯出一番新的天地。
微型实验是用微型化学仪器、装置和极少量的试剂做化学实验的一种方法,微型实验仪器、装置的容量大约是常规实验的1%~10%,试剂的用量是常规实验的几分之一至几百分之一。下面是笔者进行微型实验研究的一些实践。
一、自制微型实验器材
微型实验有成套的专门仪器供应,但价格高。以目前的状况看,利用废旧材料自己制作微型实验的器材,容易推广。
1.反应容器的制作
向医院注射室索取各种规格的安瓿瓶,于水面下在细砂轮上磨至平口,即成为反应容器,粗矮的可做“烧杯”,细长的可做“试管”。由于瓶壁很薄,加热时耐热性好,可用火焰直接加热。实验室常用的胶头滴管、玻璃导管等也可作为反应容器。
2.导管的制作
导管连接是微型实验中较难处理的问题,如果实验不用加热,或反应温度不高,可用已耗尽油墨的圆珠笔芯,将笔头中的细珠除去作为导管,铜质笔头或作为导管的连接,或插入橡皮塞中,都较为方便,且易于弯曲。也可拉制玻璃毛细管作导管,但毛细管较为脆弱,操作上有一定难度和技巧性。
3.酒精灯的制作
酒精灯则可用小藥瓶改制。取一块铜片,剪成直径略大于瓶口的圆形,中间打一孔,插入一段已报废的拉杆天线的金属管并焊牢,穿好棉纱作灯芯,在瓶底用环氧树脂粘上一块比瓶底大的底座,以防酒精灯翻倒,再用一个已经打磨为平口的安瓿瓶做灯帽即可。
4.铁架台和夹持器的制作
取报废的拉杆天线其中的两节(第三、第四两节为佳),下端焊一螺丝。底座材料可以是硬塑料板、白瓷砖等,裁剪成合适的大小,钻孔,将螺丝固定在底座上。在上面一节拉杆上焊一个电工用于接线的接线柱,用于固定铁夹等(右图)。由于拉杆可上下移动和左右旋转,使用时极为自如。
夹持器用鳄鱼夹改制,如图:
二、几则微型实验的实例
1.高中化学催化氧化系列实验
(1)SO2的催化氧化
用一只胶头滴管,先卸去胶头,用中性水笔的橡胶保护封帽连接好接好导管(玻璃毛细管),在胶头滴管前端放一些拌有Cr2O3的石棉绒,中部放一绿豆大小的Na2SO3固体,小心在Na2SO3上面滴1滴浓硫酸(此时有少量SO2产生),装好胶头,这时,胶头滴管中充满了SO2和空气的混合气体。手持胶头滴管,将导管伸入一个内壁涂有水的安瓿瓶中,并用酒精灯加热Cr2O315～20s轻轻挤压胶头,在安瓿瓶中立即出现酸雾。
反应原理:2SO2+O22SO3,SO3+H2O=H2SO4。
(2)氨的催化氧化
在一只胶头滴管的前端放一些Cr2O3,中部放一段Na2O2粉末,后段放NaHCO3和NH4HCO3的固体混合物。各段药品间用石棉绒隔开。装置如图(铁架台未画出)。先加热Cr2O315～20s,再缓缓加热NaHCO3、NH4HCO3混合物,不久在安瓿瓶中出现棕色气体。
反应原理:
NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O(g)↑
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O(g)↑
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O22Na2O2+2H2O=4NaOH
4NH3+5O2 4NO+6H2O2NO+O2=2NO2
注意事项:a.反应中O2应过量,所以在NH4HCO3中需要加一些NaHCO3。b.填装Na2O2时,不要填实。
2.适合义务教育九年级的几个实验
(1)制取和检验二氧化碳气体
取两只相同规格的安瓿瓶,一只(a)磨去底部,另一只(b)磨平上口,制作一个合适的橡皮塞,取大号医用针头的前半部分(小心不要将针孔堵塞)作导管,插入塞子,装配成如图左边的装置。
操作时,连同橡皮塞一起将a取下,在b中加入大约。0.5mL(10滴左右)的15%的盐酸,再加入预先准备好的小黄豆大小的石灰石,随即连同a一起塞上橡皮塞,用胶头滴管向a中加入适量澄清石灰水,这时可发现导管中有气泡冒出,不久澄清石灰水变浑浊。
(2)制氧气
在一只安瓿瓶中加入0.1 g KMnO4晶体,在KMnO4晶体上面压一层玻璃纤维(绝对不能用棉花),瓶口向上,用酒精灯加热片刻,用带有火星的火柴梗检验,火柴梗复燃,证明有氧气生成。
用安培瓶加热固体药品时,由于瓶壁薄耐热性好,再加上体积小,加热时瓶子整体的温度较高,水气一般不会凝成水珠,因此一般情况下瓶子不会破裂,所以,管口无必要向下倾斜。
三、开展微型实验活动的意义
通过实践,笔者认为推广微型实验有如下意义:
1.学生积极性高,由于可自选和制作器材,自由度大,促进学生的实验设计能力和动手能力的提高,提升学生的创新意识;
2.投入少,饰演过程耗时少,效率高;
3.有利于培养学生精细、精确的科学精神和树立勤俭节约的风气;
4.药品用量少,基本没有废弃物,安全性好,不易发生事故;
5.为校本课程的开展、探究性学习和家庭小实验提供舞台;
6.可以使经济不发达地区实验条件较差的学校的实验教学得到加强。
当然,微型化学实验也有它的不足之处。例如,较忽视基本操作的规范性,较少考虑实验中有关的安全因素等。因此,微型实验虽然具有许多优越性,但也并不是所有实验都可用之代替的。在教学中,应根据实验的内容、目的、现象和定量要求等进行选择,使常规实验和微型实验相结合,两者取长补短,这样可以发挥更好的教学效果。
微型实验的开展无疑大大增加了教师的负担,对教师的素质也是一种考验。但只要执着,一定可以在中学实验教学中闯出一番新的天地。