化学实验教学创新参评论文(北川坝底中学)

1、探究氢气性质实验在中学化学教学中的应用四川省绵阳市北川县坝底中学 路 琳邮政编码 622753内容摘要 化学实验是实施科学探究的重要途径和手段，课改对实验仪器，实验空间等实验资源提出了更高的要求，在中学化学教学中将一些实验进行有效改进无疑是一条有效的途径。科学探究是一种重要的学习方法，也是义务教育阶段化学课程的重要内容，是未来化学实验教学发展的新趋势。本文主要阐述了氢气性质实验在中学阶段的发展状况以及在中学中实施探究式教学的重要意义，重点论述了让学生参与氢气性质实验改进的探究过程，并对中学化学教学中推广化学实验探究提出了相应建议。关键词 氢气性质实验 探究式教学 改进 建议第1章 概 述1.1

2、 选题背景化学是一门以实验为基础的学科，在中学化学教学中积极开展化学实验，对培养学生的科学态度、发展学生的思维能力和训练学生的实验能力，全面提高学生的科学素养等都具有重要的意义。新一轮课程改革将科学探究作为重要的课程目标，化学实验是实施科学探究的重要途径和手段，课改对实验仪器，实验空间等实验资源提出了更高的要求。笔者通过实习和对一些学校的走访发现，现在中学一般每个年级都有几十个班，学生人数多，学校实验仪器和空间有限，怎样保证完成新教材所要求的教学任务？在中学化学教学中将一些实验进行有效改进无疑是一条有效的途径。初中氧气、氢气的制取与性质实验是整个中学阶段气体实验教学的基础。比如：制取氢气采用的

3、是固液反应装置，不需要加热；制取前要检查装置的气密性；根据氢气的密度比空气小或溶解性小这些性质在收集氢气时可采用向下排空气法或者排水法；氢气易燃，做性质实验前必须检验纯度等等。这些都是后续学习二氧化碳、甲烷、乙炔等气体要对比参考的。所以，氢气的制取与性质实验一直都是中学化学的重点内容之一，也是中考命题的热点。一线教师对此进行了大量地改进。1.2 氢气性质实验在中学教学中的研究现状九年义务教育三年制初级中学教科书化学全一册中“氢气制取和性质实验”中存在一些不足之处： 氢气的发生装置虽然操作简单，药品用量少，但是此装置不能使反应随时发生和随时停止，也不能及时添加药品。 在进行氢气的有关性质实验时，

4、效果不佳，经常出现氢气点不然，吹的肥皂泡不大；用于还原氧化铜的时间过长等情况，影响教学效果及时间安排。 氢气还原氧化铜的实验过程中，实验效果不理想，这是因为氢气未能和氧化铜粉末充分的接触的缘故，同时还原产物一般是氧化亚铜，而且金属无光泽，实验后的药品也不能再用了。 氢气和空气混合爆炸实验，用书上的实验装置进行实验，实验现象不明显，成功率低，不安全。针对以上的不足许多化学老师进行了相应的改进。针对的不足：老师就将部分的实验装置进行了改进，然后将实验设计在一套完整的装置中，改进后的装置的共同优点：一是氢气的各种性质可在一套仪器中完成，一气呵成，缩短了演示时间；二是药品能够做到100的反应，减少了药

5、品的浪费；三是提高了实验的成功率；四是改进后的装置操作简单。缺点：一是在正规的操作下只能通过单一的方法来控制反应的发生与停止，而且效果不一定很明显；二是添加药品的时候必须卸载装置，从而增加了装置气密性检查的次数和检查氢气纯度的次数，实验不够安全。针对的不足：化学老师就将氧化铜粉末改换成铜丝，此改进的优点：一是铜丝表面的氧化铜与氢气充分接触，使反应速度加快，而且现象明显；二是做完实验试管冷却后用镊子取出变化的铜丝给同学看，现象真切，直观，明显；三是铜与空气中的氧气发生氧化反应生成氧化铜，使铜被氧化成氧化铜，反应后的氧化铜与氢气发生还原反应，氧化铜被还原成铜，使学生更好地理解还原，氧化，被还原，被

6、氧化。针对的不足：老师也进行了改进，改进后实验的优点：一是安全，原实验过程中抛起的纸筒可能造成教室内物品的损坏或落下时砸伤学生；二是现象明显，实验过程中既能看到纯净的氢气安静的燃烧，又能听到爆鸣，从而使学生影响深刻，真实。缺点：一是可信度不高，不能很好的说明收集到的气体完全是氢气，因而不能很好的说明氢气从安静燃烧到爆炸是因为混有空气的原因； 二是，不能很好的激发学生的学习化学的兴趣，同时没有很好的培养学生的创新意识。1.3 课题的提出近年来不少化学老师对氢气性质实验进行了改进，改进后的实验现象明显直观，改进后的装置的确弥补了中学化学实验资源的不足，给老师的教学也带来了很大便利，同时在一定程度上

7、激发了学生的学习兴趣，使实验教学收到了一定的成效。但是多数老师只是一味的将实验进行改进，而学生只是机械性地操作实验步骤，验证实验现象，没有主动地参与到其中，学生的能力也没有得到相应地提高。新一轮课程改革对教学提出了更高的要求，表现在化学实验部分，要求化学实验不仅要能够创设生动活泼的教学情景激发学生学习化学的兴趣，而且还要能够培养学生动手操作能力和增强学生的创新精神。鉴于此，笔者在前人研究的基础上将氢气的性质实验又做了改进即老师与学生共同探究设计出最佳的氢气发生装置和氢气爆炸实验装置。通过师生共同探讨改进实验，不仅让学生主动地参与到教学中来体现其在课堂上的主体地位，而且还使学生各方面的能力得到了

8、相应地提高。第2章 氢气性质改进的探究过程2.1 化学探究式教学化学新课程的基本宗旨，在于提高学生的科学素养。而科学素养的构成要素和内化途径，决定了化学课的探究式教学既是可行的也是必要的。探究式教学是一种启发式教学法。它是一种教师引导学生积极思考、探索、发挥创新能力和培养学生学会探究的教学模式，引导学生体验化学的研究过程是探究式教学最重要的教学活动。在初三一年的化学学习中，穿插几次探究活动是非常必要的，可以保持和增强同学学习化学的兴趣，可以使他们在日常学习中获得零碎的探究经历，有助于探究能力的发展。因此，随着化学新课程改革的不断深入，实验教学的模式也在随之发生变化。那么中学的基础实验氢气性质实

9、验也不例外，为了寻找更好更有效的方法完成这堂实验课，笔者采用了师生共同探究的方法，将氢气性质实验进行了如下改进。2.2 氢气发生装置改进的探究式教学过程2.2.1 老师讲解传统实验方案案例1：现行初中化学教材（义务教育课程标准实验教科书，化学九年级上册）中，在讲到氢气性质实验（在拓展性课题中）的时候，老师讲解氢气的制取如下：【老师板书】：（1）实验原理：Zn + H2SO4= ZnSO 4+ H2 （2）实验仪器：大试管，单孔橡皮塞，弯管，导气管实验试剂：稀H2SO4（硫酸的最佳浓度是：1体积的浓硫酸和4体积的水配比）， Zn粒 【老师讲解】：（展示实验装置并讲解实验步骤）（1）按照图2-1所

10、示组装仪器，并检查装置的气密性。 （2）往试管里放入5g锌粒，加入约1/3试管的稀硫酸，立即塞紧导管的橡皮塞，然后把试管固定在铁架台上。 图2-1【学生反应】：（听，看黑板）【老师提问】：你们认为此装置是否存在一些不足之处呢？ 【学生反应】：（茫然，摇头） 【老师讲述】：下面我们就来探讨此装置的不足之处，通过讨论后我们要设计出我们自己的最佳实验装置来。 2.2.2 实验改进的探讨（1）启发诱导学生，师生共同讨论探究设置如下表所示的四个问题引导学生交流研讨老师启发诱导 师生共同研讨 传统实验方法能否控制反应的发生与停止？其关键因素是什么？ 不能随时控制反应的发生与停止的；其关键因素是稀硫酸与锌粒

11、不能随时接触随时分离 传统实验方法能否随时添加药品？ 不能。要添加药品时必须卸载装置即拔下单孔橡皮塞再加。 传统实验方法是否浪费实验药品和实验时间？ 浪费。因为当实验结束时，没有反应完的药品只有倒掉，没有办法留到下一个班上实验课的时候再使用；添加药品必须卸载装置因而浪费时间。 传统实验方法是否安全？ 不安全。不安全的第一个原因是传统实验方法不能随时控制反应的停止，当危险发生的时候不能以最快的方法切断氢气的来源；另一个原因是添加药品要卸载装置，增加了装置的气密性检查的次数和氢气验纯的次数，同时也增加了实验危险的机率。（2）师生共同设计装置，并展示评价【老师讲述】：现在我们带着（1）中的四个问题，

12、开始系统地探究这个实验。【学生分组讨论】：（设计出如图2-2所示的实验方案） 图2-2【老师引导学生】：（探讨评价以上实验方案）【学生发言】：学生1组：图A方案，锌粒是装在燃烧匙里面的，集气瓶里装的是稀硫酸，通过提升燃烧匙或向下推燃烧匙来使锌粒与稀硫酸分离与接触，从而控制反应的停止与发生。但是此装置操作起来麻烦，不能保证良好的气密性，也不能随时添加药品，有一定的危险性，同时燃烧匙还要与稀硫酸发生反应腐蚀实验用具。学生2组：图B方案，锌粒是放在多孔橡皮塑料板上的，通过偏移试管和直立试管来使锌粒与稀硫酸接触与分离，从而达到控制反应，此装置能够保证良好的气密性，但装置不能随时添加药品，操作比较麻烦。

13、学生3组：图C方案，此装置能够保证良好的气密性，添加药品方便，但是不能控制反应的发生与停止。学生4组：图D方案，可以通过止水夹阻止氢气流出试管，实质没有控制反应的停止，而且该装置用起来危险大，因为当关闭止水夹的时候，由于氢气还在大量的产生，这时候封闭的试管里压强不断的增大，从而会导致试管的炸裂，此装置也不能随时添加药品。学生5组：图E方案，左边是一个分液漏斗，里面装的是稀盐酸，右边是硬直玻管，里面多孔橡皮塞上放的是锌粒，盐酸可以通过中间的橡皮管流入硬直玻管中。此装置可以通过分液漏斗来调节硬直玻管中液面的高度，使盐酸和锌粒接触或分开从而控制反应的发生与停止，也可以通过止水夹来控制反应的发生与停止

14、。但是此装置操作起来麻烦，也不便于携带，还应该注意的一点是，使用此装置做实验的时候不能使用硫酸，因为硫酸会腐蚀实验中的橡皮管。 2.2.3分析总结，设计出最佳实验方案【老师讲述】：通过以上的探讨，我们可以设计出最佳实验方案如下【老师讲述】：实验原理见黑板上，下面我们最主要来讨论设计出的实验方案的实验步骤和装置的优点。【老师讲解】：改进后的实验装置的实验步骤是这样的：1. 按照黑板上如图2-3所示安装好装置。2. 检查装置的气密性。3. 先装锌粒，再从长颈漏斗装稀硫酸。4. 不用氢气时关闭止水夹，使稀硫酸和锌粒分开，控制反应速率。 图2-3【学生反应】：（听，看，思考，讨论）【老师引导学生】：（

15、总结此装置的优点）此装置可以通过止水夹来控制反应的发生与停止，当不需要氢气时可关闭止水夹，这时候由于产生了大量气体，封闭的试管里压强增大，从而将稀硫酸压到漏斗中装起来，这时候稀硫酸液面与锌粒分离，反应停止，当再次需要氢气的时候又可以将止水夹打开，通过长颈漏斗可以随时添加药品。此装置的气密性良好，整个装置操作简单安全，携带方便，利用此装置可以上好几个班的课，从而节约了药品。2.3氢气爆炸实验改进的探究式教学过程2.3.1 老师讲解传统实验方案案例2：现行初中化学教材（义务教育课程标准实验教科书，化学九年级上册）中，讲到氢气性质实验（在拓展性课题中）的时候，老师讲解氢气的爆炸实验如下：【老师讲解】

16、：如图2-7所示，取一个底部钻有小孔的塑料筒，用棉团堵住，用排水收集法收集一筒氢气，倒置时筒下垫木条，使筒下边缘一端稍稍抬起，拿掉堵小孔的纸团，然后用燃着的木条在小孔点火。 图2-4【学生反应】：（边听边看书）【老师讲述】：此实验装置是否存在一些不足之处呢？【学生反应】：（摇头不知道）【老师讲述】：下面我们就一起来探讨这些不足的地方，并设计处最佳的实验方案来。2.3.2 实验改进的探讨（1）启发诱导学生，师生共同讨论探究设置如下表所示的两个问题引导学生交流研讨启发诱导讨论研讨 传统实验方案成功率低的关键因素是什么？ 传统实验方案，收集到的氢气的量有可能很少，因而影响实验的成功率。 传统实验方案

17、操作是否简单？ 不简单。传统实验方案从收集气体到开始实验的这个准备阶段操作麻烦。（2）师生共同设计装置，并展示评价【老师讲述】：带着（1）中的两个问题，我们开始系统地来探究这个实验。【学生分组讨论】：（学生讨论并设计如图2-5所示实验方案） 图2-5【老师引导学生】：（探讨以上实验方案）【学生发言】：学生1组：图A方案，取一端开口，另一端钻有小孔的塑料筒（透明度越高越好）用较薄而绵软的塑料纸团借助小木棍儿堵严小孔，然后在塑料筒内装一部分水，另用塑料纸盖住塑料筒口，倒立于水槽中。用排水收集法在塑料筒内收集氢气，当混合气的体积约为原空气体积的两倍时，就可拿出导管。拿掉小孔的塑料纸团点火，将会发生“

18、嘭”的一声巨响，同时塑料筒被高高炸飞起。该实验的优点：所需要的时间短，成功率极高，现象明显。缺点：可能炸起的水花弄湿实验台或溅水花到学生的身上，同时如果混合气体太多，塑料筒会在水中漂翻，不能稳离，即使立稳混合气体较多的情况下点燃时爆炸太剧烈，危险性大。学生2组：图B方案，用的是废弃的注射针筒制作的，针筒上面是用橡皮塞套住的，然后用向下排空气法收集一针筒氢气，然后移开导管，取下橡皮塞点燃。开始针筒上端先有淡蓝色火焰，随后有尖锐的爆鸣声。该装置的优点：装置随处可得，装置简单，操作起来简单迅速。缺点：实验危险，爆炸飞起的注射器会损伤学生或损坏室门窗玻璃。2.3.3分析总结，设计出最佳实验方案【老师讲

19、述】：下面我们来展示并演示最佳设计方案，我们就用改进后的发生装置制取氢气。 【老师边演示边讲解】：在一支去底的矿泉水瓶的底部蒙上一双层的塑料薄膜，并用线将其扎紧在瓶上，瓶口用一支带有导气管的橡皮管塞紧，将瓶在铁架台上固定。用小纸团堵住瓶塞的导气管，在塑料薄膜上扎一小孔，用向下排空气法收集氢气（如图2-6中的a）后，关闭活塞迅速拔去导管口的纸团，并用带火焰的木条点火（如图2-6中的b）。现象是先看到导管口有火焰安静地燃烧，一会儿发生爆鸣，底部有火焰冲出，塑料筒被炸开并烧焦。因为此过程每个阶段的现象都很明显，老师也能够很好的解释看到火焰且安静地燃烧是因为从导管口出来的气体是纯净的氢气，当一部分氢气

20、燃烧后，空气会从底部小孔进入瓶内，在瓶内形成氢气和空气的混合气体，被点燃而发生爆炸。底部塑料薄膜被烧焦，说明爆鸣是瓶内气体燃烧，也很好的解释了爆炸极限这一概念。 图2-6【师生引导学生】：（总结该装置的优点）一是安全。原实验过程中抛起纸筒可能造成教室内物品的损坏或落下砸学生。二是现象明显。实验过程中既能看到纯净的氢气安静的燃烧，又能听到爆鸣时的剧烈响，还能够从塑料薄膜被烧焦说明因为氢气燃烧而引起的爆鸣，从而使学生的影响深刻。备注：在真正的教学中，由于课堂教学时间有限，教师只有利用课余时间组织学生来探究改进此实验，当然也可以将此实验的改进交给学生自己来完成，笔者在这里最主要的是展示最佳的设计方案

21、，所以没有去考虑教学时间的限制。2.4实验改进后的启示大多数老师将氢气性质实验进行改进都是他们一手操办完成的，没有想过或者很少想过让学生也参与到实验改进的过程中来。虽然他们将此实验进行了非常优秀地改进，但是，改进后的实验没有从根本上激发学生学习化学的兴趣，同时也没有达到新课程改革后化学课程标准要求。改进实验看似一个小实验，小问题，他们却忽视了它的探索性和研究价值，因此，化学老师在日常的教学工作中，不应该回避看似一些简单而实质内容丰富的实验。而此次氢气性质实验的改进就是一次比较理想的改进，因为此次实验的改进是在老师的引导下，师生共同探讨，然后共同总结出最佳的实验方案的条件下完成的。这样的一个实验

22、改进，不仅仅设计出了最佳的实验方案，更重要的是让学生自主的参与到教学当中来，激发了他们自主学习的动力，让他们切实体验到一次科学探究的过程，也学会了一些科学探究的方法，这是此次实验改进比较成功的一点。第3章 对中学推广化学实验探究的建议我国自50年代起的四十余年间，中学化学实验的手段基本上没有变化。自80年代末全国的统编教材中，化学实验所采用的仪器，实验装置等甚至是近百年没有什么变动。我们的化学实验的教学仍受到传统的实验教法的影响，这些不利于化学实验教学的开展及各学科知识之间的沟通，也不利于培养开拓型，创新思维的人才，与当今科技发展的现状是极不相符的。中学化学实验主要是启发学生的思维，传授知识和

23、技能的教学认识论的功能，培养科学自然观和科学方法论的功能；开发学生智能发展个性和培养优良品德及学风的功能等等。对此，从80年代初起，广大教师把化学实验研究作为一项重要的教学科研活动，而化学实验的改进是其中的研究内容之一，在此笔者要对中学利用探究式教学的方法来改进实验提出几点建议： 第一，改变教师的教学观念。中国的教育实质上还是以应试教育为主，因此，教师只是片面追求升学率而搞“题海战术”，很少关注学生是否学到了实质性的东西。而新的一轮课程改革后，探究式教学作为一件新鲜事物出现在我们的课程标准中，因此，我们要让老师们充分地认识到探究式教学的重要性，从而改变他们传统的教学观念，使教师的教学发挥其真正

24、的作用。第二，改验证性实验为探索性实验，用探究性实验组织教材和教学 。验证性实验它有如下弊端：不利于调动学生的积极性。验证性实验现象和结论都是学生已知的。不利于培养学生实事求是、严肃认真的科学态度。与验证性实验相比，探究性实验的优点：实验前学生不知道实验的现象和结果，这就要求他们认真、正确地操作，仔细敏捷地观察，忠诚老实地记录，这有利于培养他们科学实验的基本品格。有利于发展智力，培养能力。化学实验的现象总是多方面的，而这些复杂的现象又是人们认识物质变化的向导。探索性实验不仅要求有一定的操作能力、观察能力，还要求把观察实验的过程和抽象思维的过程结合起来，要求有“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表

25、及里”的分析方法。第三，参加社会实践活动，使学生的探究学习能力得到升华 。在演示实验的内容上增加了在实际生活中的应用探索，可以把传统课堂这个封闭的小系统有机地融入到社会这个开放的大系统中去，进而开阔了学生的观察视角和拓展了思维的广度，促进学生创新能力的培养。第四，不能盲目进行探究。探究式学习贯穿于全书的各个章节和设置的各个栏目之中，因此在教学过程的组织和实施中，应该时时不忘探究，但首先要把教材规定的探究活动做好。因为探究不是以获取知识为终极目标，更不以“授受”为主要手段，而是注重已有的知识去“发现”，去“猎取”和“洞察”新知识，新技能的一种“主动性发现式教学方式”，是以创新活动为明显特征而立足于科学精神和科学态度养成的学，思，悟，用四者相结合的一个互动过程。主要参考文献1 高剑南,王祖浩.化学教育展望M.华东师范大学出版社,2001,112 课程教材研究所,化学课程教材研究开发中心.