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自 制 化 学 教 具    创 新 实 验 教 学

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  • 作者:佚名    点击数:1120    更新时间:2013/5/13    文章录入:校长办

自 制 化 学 教 具    创 新 实 验 教 学

  常熟市大义中学    王建平    

摘要现有的每一件教具都不是完美的,现有的每一个实验也都或多或少地存在这样或那样的缺陷,因此都有很大的改进空间。我们完全可以根据自己的教学实际需要对这些教具进行必要的改进,甚至可以推翻原有的结构进行重新创造性设计。这就需要我们在平时的教学中要勤于观察和乐于思考,善于及时抓住发现的问题,并对问题进行深入地分析,进行创造性设计、制作,再通过实际使用不断地进行修改和补充,直至达到让自己满意的教学效果。

关键词:自制  教具  创新   实验

时常听到化学老师这样说:我们平时做实验的仪器都是专业生产厂商生产的,还有自制的必要吗?教材上的实验都是经过专家反复论证后的经典实验,还有改进的必要吗?事实真是这样吗?我看未必,国家教育部颁布的《教学仪器配备目录》所列仪器品种都是最基本的、不同层次的最低限度要求。光靠这些仪器其实是不够的,还有待我们通过自配、自制的办法去补充、完善,否则很难达到教育目标、完成教学计划。而且,有些仪器即使是专业生产厂商生产的,但在实际教学中还要根据具体情况进行必要的改进。因此,不管是教学仪器,还是教材上的实验,都有自制的必要和创新的必要。现结合教学实际,谈谈我在自制化学教具 创新实验教学方面的一些体会。

一、自制化学教具

自制教具是教师为适应教学需要、改革教学方法而自行设计的形象化教学器具,它弥补了商品教具的不足。开展自制教具活动有助于培养创新精神和增强实践能力,是教学改革的重要活动。根据教育部教学仪器研究所副所长刘诗海研究员提出的变抽象为直观;变认识为实践;因材施教  针对性强;重点难点  迎刃而解;体验创新  展示成果;就地取材  变废为宝;节能减排  绿色环保的自制教具原则,我采取了如下的自制化学教具选题思路 :

(一)自制教具趣味化原则

趣味性是吸引学生注意力的极好手段,它对增强学生们的好奇心,激发学生的学习兴趣,都起着重要的推动作用。如果在化学实验教学中加入带有趣味性的实验,对于提高整节课的教学效果是极其有利的。自制具有趣味性的教具正好可以发挥它的优势,它不用象正规教具那样正规,它完全可以不拘一格从身边发生的现象中寻找素材来设计一些有趣的实验,这也是我们化学教师经常采用的方法。

[案例1]二氧化碳气体的称量。本实验见于前人教版九年级教育三年制初级中学教科书化学全一册P86页“向纸筒里倾倒二氧化碳”。在这个实验里,书本上采用的方法是在一根细木棍的两端各系一个大小相同的小纸筒(或小塑料袋),在小木棍的中间部位系上一根细绳,使两端平衡,并把它系在铁架台上,取一瓶事先收集好的二氧化碳,迅速倾倒入其中一个小纸筒中,观察两端的小纸筒是否继续保持平衡。其实在做这个实验时,许多教师都提出,往小纸筒(或小塑料袋)内倾倒二氧化碳气体很不好操作,而且在有风时很难使两端平衡。因此,我自制了“称量二氧化碳气体的声光天平”,

1、仪器装置见图1

有机

玻璃框

挂钩   横杆

钮扣电池

 

音乐集成块

铜线

 

塑料杯

 

塑料瓶

铜片

铜支杆

电键

1

 

 


  2  使用方法

2.1250ml集气瓶收集满一瓶二氧化碳气体,用毛玻璃片盖好;

2.2合上电键,接通电源;

2.3把二氧化碳气体倾倒入塑料杯内,由于二氧化碳气体的密度比空气大,而且二氧化碳气体可以象液体一样倾倒,因此天平向倒入二氧化碳气体的一端倾斜,塑料杯底部的大头针与铜片接触,电路通、发光二极管发亮、音乐集成块奏响音乐。

用这套教具做此实验时,师生都感叹可以增强实验的趣味性。这套自制教具荣获2002年苏州市自制教具评比一等奖,同时“称量二氧化碳气体的声光天平”一文发表在《中国教育技术装备》2003年第五期上,

(二)自制教具生活化原则

化学是一门应用性和实践性很强的科学,它与生活实际的联系非常密切,化学知识渗透在实际生活的各个方面。在中学阶段,学生学习的知识和接触社会的机会有限,通过实验来了解化学在实际中的作用,可说是一条很好的途径。

[案例2]粉尘爆炸实验:面粉是学生在生活中常见的物质,如果在贮存时不注意,则有可能发生爆炸。因此做此实验后,可以让学生体会到化学与生活的息息相关。但如果按照课本上的方法进行实验,只能听见爆炸声,而看不到爆炸时的火光。所以我自制了“声光粉尘爆炸仪”,采用此装置,则既能听其声,又能见其形。

1、制作方法

先在透明塑料筒的一侧靠近底部的壁上打一个小孔,以能把弯玻璃导管插入为宜,再把眼药水瓶的上端剪掉,在其底部打一个孔,以能把弯玻璃导管的弯头部位插入为宜。最后在玻璃导管的另一端连接一段乳胶管。装置见图2

2

2、操作过程

2.1把干燥的面粉装入眼药水瓶内,装满为止。

2.2在眼药水瓶旁边放一段点燃的蜡烛。

2.3盖上塑料盖子,在乳胶管的另一端吹气。

2.4可听见很响的爆炸声,同时可看到从塑料筒内冲出火光。

3、改进后的优点

若在纸质筒或铁皮筒内做此实验,学生只能听见声音,与在电影或电视里看到的爆炸场面不同,难以看到火光冲天,浓烟滚滚。对爆炸现象理解出现偏差。而采用“声光粉尘爆炸仪”做此实验,则既可听见爆炸声,又可看到火光,可以加深学生对爆炸现象的理解。 “声光粉尘爆炸仪”一文发表在《中国教育技术装备》2005年第四期上。

(三)自制教具微型化原则

实验的微型化是防治污染的重要途径,自制微型化学教具也可以解决化学仪器缺乏、化学药品缺少的问题。

[案例3溶液导电性实验:按照课本上的实验要求,需要电源、石墨电极、小灯泡、烧杯等,而且所需试剂的量比较多。而采用微型溶液导电性实验仪后可避免上述情况。

1、实验器见图3

               

  

 

 发光二极管         

 


                                                 铜导线

3

                电子  

 

2、利用此实验仪器的优点

2.1省时、省力、省药品:利用此实验器后,不再需要电源、石墨电极、小灯泡等,因此省了连接、测试等程序。同时利用此实验器后改用试管替代烧杯,则所需试剂的量比较少。另外,搬运比较省力。

2.2实验现象明显,操作方面,效果很好。

2.3本实验器适宜于学生自制,从而可使该实验改为随堂实验。这不但增加了学生的动手机会,还提高了学生的动手能力。

如果把这一装置稍作改进,还可以做强弱电解质溶液导电能力的实验

[案例4]原高级中学化学第一册(必修)教学参考书上谈到在验证强弱电解质溶液导电能力的实验时,采用220V的交流电作电源进行实验,这是不够安全的;另外推荐用41.5V的一号干电池两两串联后再并联起来作电源,我照这方法实验时,发现当电极插入醋酸溶液和氨水溶液里时小灯泡不发光。这说明亟待有既安全又灵敏的验证强弱电解质溶液导电能力的装置的出现。经过多次试验,我发现利用音乐卡片上的音乐集成块和发光二极管组装成的实验器做上述实验时现象非常明显。

1、实验器见图4

               喇叭

 

    发光二极管         

 


                                                 铜导线

                电子    音乐集成块

4

 


2、实验步骤

2.1配制相同物质的量浓度(0.5mol/L)的醋酸溶液、盐酸溶液、氨水、氢氧化钠溶液和氯化钠溶液。

2.2把所配溶液分别装入5支(15*100ml)试管中,并使其体积相同。

2.3把实验器上的电极插入醋酸溶液中,音乐响起来,但二极管不发光;把实验器上的电极用蒸馏水洗净、擦干,然后插入盐酸溶液中,音乐响起的同时二极管发出亮光。然后依次插入氨水、氢氧化钠溶液和氯化钠溶液中,就可以验证出强弱电解质溶液的导电能力。

“微型溶液导电性实验演示仪”在1998的市化学实验调演中获一等奖

(四)自制教具绿色化原则

在使学生了解化学重要性的同时,还应使他们认识到化学也可能给社会带来不好的影响,如对环境的污染。人们一直在力求通过各种途径来消除和防止这一影响,而实际上,化学本身就具有解决这一问题的能力。近年来,人们提出了“绿色化学”这一新的概念。简单地说,绿色化学就是环境友好化学,它的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害物质。

[案例5在中学化学课本的演示实验中,有一些实验会产生污染物,对师生健康有害,比如沪教版119 CO还原Fe2O3实验”,由于CO有剧毒,点燃而爆炸,因此化学教师怕做这一类实验。但化学教学的实验性与直观性强,做好一氧化碳的可燃性、还原性实验,有利于激发学生学习化学的积极性。为此,我自制了“CO还原CuO(Fe2O3)连套装置”,解决了这一问题。

1仪器装置见图5

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2、操作过程:在浓硫酸未滴入甲酸前,先加热甲酸一会儿,使空气受热膨胀将装置内空气排除,再滴入浓硫酸,使甲酸和浓硫酸反应,生成的气体,先通过澄清石灰水,不变浑浊,说明一氧化碳不能与澄清石灰水反应;在硬质无底试管的左端放氧化铜粉末,在不加热的情况下,无现象发生,说明发生化学反应需一定的条件;加热氧化铜粉末,看到由黑色变成红色,同时,右边的澄清石灰水变浑浊,说明发生了反应;点燃尾气时间:待伸入右边石灰水液面下的导管末端气泡连续发生、石灰水开始变浑浊时即可,可将点燃的酒精灯放在尖嘴管下方,可看到蓝色火苗喷射而出。

CO还原CuO实验的新装置”一文发表在《实验教学与仪器》1995年第11期上。

二、创新实验教学

设计、改进实验是有明确目的的,那就是更好地发挥实验在化学教学中的作用,不是为“改”而改,也不是标新立异。因而,设计、改进实验必须遵循如下的原则:

(一)力求仪器装置简单、效果明显、直观性强

实验现象应使全班学生都能观察到,仪器装置简化的目的是为了突出重点,便于观察。当简单性与直观性发生矛盾时,应服从直观性的需要。

[案例6CO2NaOH溶液反应”的实验,因为没有明显的现象发生,影响了教学效果,于是师生都提出希望:CO2NaOH溶液反应时能够表现出非常明显的实验现象。

教学参考书上介绍的CO2NaOH溶液反应的装置见图6

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但在具体实验时不太方便,而且有时实验还不成功。我采用500ML可乐瓶一只就实现了仪器装置简单、效果明显、直观性强的目的。

1、原理利用氢氧化钠溶液与二氧化碳气体反应后瓶内气压减小,从而使瓶子变瘪的原理,说明氢氧化钠溶液与二氧化碳气体发生了反应。

2、使用说明:在可乐瓶内先充入二氧化碳气体,然后再倒入适量的氢氧化钠溶液,盖好盖子,轻轻振荡,片刻,即可看到可乐瓶慢慢变瘪。

3、特点:取材容易、操作简便、现象明显。

(二)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,教师应探究实验原理,寻找最佳反应条件,研究反应物的数量关系和形态,考虑影响实验的各种因素。提高实验成功率,使实验准确及时完成,是实验改进的重要课题。

[案例7]铁丝的锈蚀实验:按照课本上进行此实验,所需时间比较长,主要原因是铁丝生锈比较慢,所以倒吸入导管内的红色水比较少,而课本上所用导管比较粗。那么如何缩短实验时间呢?其实只要把粗导管改成细玻璃管就可以了,我用报废的温度计替代了玻璃管,实验时间大大缩短了。

[案例8电解水器:电解水时我们都采用霍夫曼电解水器,可能有的教师要说了,这件仪器是经典仪器,全世界的化学教师都在使用,这种实验还有改进的余地吗?有的,我们在做这个实验时有没有发现,两根铂电极用的时间稍长,很容易与铜丝脱离,从而使整套仪器报废,我用铂丝代替铂电极,把铂丝直接穿过橡胶塞,这样一来,避免了铂电极与铜丝脱离的情况出现,又避免了漏水的情况发生,也使这套仪器的使用寿命大大增长了,同时我们在做这一实验时还会发现另一个问题:铂极(丝)上产生气泡的速度比较慢,实验所需时间比较长。后来我又用银片代替铂丝,因为银片的面积可以做得比铂丝的面积大得多,产生气泡的速度快,所以所用实验时间大大缩短了。

(三)确保实验安全,防止化学污染

中学化学涉及一些易燃、易爆、腐蚀性强及有毒气体逸出的实验。在实验教学中确保学生的安全,防止中毒及污染也是实验设计与改进的重要课题。这可从改进仪器装置,增加防护措施,提高实验技巧等多方面加以研究。

[案例9氯化氢气体与氨气反应:氯化氢气体和氨气都是无色有刺激性气味的气体,具有挥发性,在教室内取用会污染教室内的空气。我把装置作了改进。

1、仪器装置见图7

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2原理:氨气和氯化氢气体都是无色有刺激性气味的气体,具有挥发性,把两种气体的反应放在密封容器中进行,可以达到减少向环境中排放废气的情况。

3、使用说明:按装置图连接好,然后在两只棕色细口瓶内分别注入浓氨水和浓盐酸,用单孔橡皮塞分别塞住,再关好活塞;打开连接装有浓氨水的活塞,抽注射器,把适量浓氨水注入可乐瓶,关闭活塞,再打开连接装有浓盐酸的活塞,抽注射器,把适量浓盐酸注入可乐瓶,关闭活塞,即可看到可乐瓶内充满白烟。

4、特点:在密封条件下进行化学反应,可以减少向环境中排放废气

[案例10课本上“测量空气中O2含量”的实验装置,师生在实验过程中发现有如下不足:钟罩、水槽体积大,携带不便;由于钟罩粗细不匀,把钟罩水面以上的容积分为五等份较难操作;钟罩内的O2多,使得红磷的用量大、实验所需的时间长;红磷要在外面的空气里点燃后伸进钟罩,这样一方面燃烧产生的白 烟会污染空气,另一方面红磷在伸入钟罩的过程中钟罩内会有空气逸出,增大了实验误差。经过师生共同研究认为,如果容器先密闭,红磷后引燃,就能提高实验结果的精确度。于是提出了克服缺点的方案(装置见图8):选用容积约45mL

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18×180mm的试管作反应容器(磷的点燃和燃烧均在密闭的试管里进行),用20mL的注射器(活塞事先处于10mL刻度处)测量磷燃烧消耗的氧气体积;按照图8装配好仪器和药品,用酒精灯(或电吹风)加热白磷;燃烧结束,等到试管冷却后松开弹簧夹,可以看到注射器活塞从10mL刻度处慢慢前移到1mL刻度处,说明空气里O2的体积分数约为:

 

(四)采用代用品,自己动手设计制作简单的专用仪器

由于学校条件,实验室设备及经费的限制,使部分学校不能按质按量完成教材规定的实验教学内容。为解决这一问题,因地制宜采用代用品,自己动手设计制作简单的仪器,是一项大有作为的研究课题。

[案例11 在做“CO2熄灭烛火”的实验时,学生感到课本上提供的实验装置有这样的缺点:由于空间不大的烧杯里燃有两支蜡烛,所以在倾倒CO2时烧杯里上升的热气流常会阻碍CO2的下沉,甚至冲散CO2,致使高位的烛火先熄灭,或两支烛火同时熄灭。针对上述不足,我设计出了如下的实验方案(装置见图9):用椰子汁铁罐头桶做一个简单的梯形铁皮架,具体做法是:把椰子汁铁罐头的顶盖剪掉,再把三分之二的铁皮也剪掉,留下三分之一的铁皮和底(留底的原因是盛实验时流下的蜡烛油),再在铁皮的下方剪一个小洞,实验时,将CO2由铁皮的后方倾入。由于后方没有热气

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流上升,所以CO2倾倒后能顺利下沉到烧杯底部,并慢慢上升,使得烛火自下而上依次熄灭。

回想我对教具制作和实验改进的兴趣,至今已有20年多了。走了不少弯路,也遇到了许多挫折。一路走来,也有了许多收获以上就是我的自制化学教具 创新实验教学的一些体会。

 

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