化学实验改进的研究
——《初中化学实验创新整合与应用的研究》课题阶段成果
实验是化学科学赖以生存和发展的基础，同时实验也是化学教学的重要组成部分，通过实验教学，不仅可以激发学生学习化学的兴趣，帮助学生形成化学概念，获得实验知识和实验技能，还能培养学生良好的科学精神，并最终成为一名有科学素养的人。但实验过程中，会产生各种生成物和废弃物，或无毒、无害，或有毒、有害，也有危险爆炸的情况发生，那么怎样才能既圆满的完成实验又减少有害或危险结果的产生，就成了我们“初中化学实验创新研究”课题组研究的方向和追求的目标。
一、化学实验改进的意义
1.教师为了教学对实验有了新颖、大胆的创意
要培养学生的创新精神，首先要求教师要有创新精神。课堂教学始终是学习的主阵地，提高课堂效率是我们共同的目标。对于化学教学来说，有很多课上是有实验的，实验的成败及时间长短直接影响课堂质量，更会影响学生的学习效果，所以对有些老套的实验进行改进和创新很必要，一是可以将几个知识点融为一体，如：净化水方法，课本只详细介绍了“过滤”，但对重要的知识点吸附却无实验，若再做活性炭的吸附性实验很费时间，所以把两个知识点融为一体制成“过滤—--吸附一体装置”进行教学，效果奇佳！再如：课本上用两个实验演示分子运动及运动速率受温度高低的影响，且装置不便移动，学生观察起来不够方便。我改进后的装置即轻便、环保，又省时、易观察，一个装置通过对比，明显看出分子不断运动；温度越高，分子运动越快；分子间有间隔；且趣味性强，还便于学生制作。二是激发学生学习兴趣，通过改进使实验更简单、快捷。老师的创新意识会影响到学生，使学生也迸发出意欲创新的潜能。在2015年全市创新大赛中，我有两项作品获奖，分别是“安全环保的分子性质改进装置”获制作类一等奖；“趣味、形象的核外电子排布模型”获发明类三等奖。
2．提高学生学习兴趣，唤起创新的潜意识并付诸于实践
通过老师的实验改进与创新，学生也萌发创新的意识，效果研究性课题的开设，要求实验室要面向全体学生开放，让对化学实验有兴趣的学生在实验的天地里自由翱翔。通过理解实验原理――对改进原实验进行设计――论证实验的合理性――需要的药品和仪器――进行实验――分析实验这几个环节，培养严谨、实事求是的科学态度。老师要积极鼓励、引导、保护孩子们的创新和动手的热情，与他们一起研究实验的可行性，设计实验过程，对实验提出合理的建议，当然，这个过程主要由学生完成，让学生们体验整个改进和创新的过程，哪怕是失败也都是宝贵的经验。只有这样，才能实现“力求创设生动、真实、多样的科学探究和实践活动情境，让学生体验探究过程，在丰富多彩的活动中培养学生的创新精神和实践能力”，努力使学生在现有的基础上得到良好的发展。其实，学生是很喜欢自己动手实验的，我校开设“实验创新”课程，就是鼓励、启发学生的创新意识，培养学生的化学学习兴趣，提
供给学生一个展示、动手的平台。在2015年全区青少年创新大赛中，有冯丽颖、马添两位学生作品入选，其中马添的“简单、快速的过滤、吸附一体装置”获得全区三等奖，我也获得优秀辅导员称号。在2015年底全市青少年创新大赛中，有四个作品入选，其中齐薛的“实用、环保的分子性质改进实验”获二等奖。
二、化学实验改进的方向
1.从污染性角度谈实验的改进
环境问题是当今社会发展存在的重大问题，造成环境污染的不仅有工业“三废”，还有某些化学实验。全国数以万计的高校、中学的化学实验室每天都排放着成分复杂的污染物，所以化学实验的绿色化进程应进一步加快，把化学实验造成的污染减少到最低程度。例如，初三化学中有关燃烧的条件实验中把白磷露置在空气中进行燃烧，产生的大量白烟五氧化二磷将造成环境的严重污染，若把实验改成在三支带胶塞的试管里进行，不仅操作简单而且现象对比明显，又可防止白烟扩散到空气中造成环境污染。我和学生的改进是用“Y型管”进行对比实验，效果好、速率快。还有众所周知的一氧化碳是一种有毒的气体，是空气中三大污染气体（二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳）之一，若使用不当将造成严重的后果，所以我们把一氧化碳的可燃性和还原性实验改进在一个较大的集气瓶中收集一瓶一氧化碳气体，注入少许澄清石灰水振荡一下，没有现象。用玻璃片盖住，取一带铜片的胶塞先把铜片在酒精灯上加热到变黑色——氧化铜后趁热塞住集气瓶，一会儿看到黑色氧化铜又变成红色铜，振荡发现澄清石灰水变浑浊，体现了一氧化碳的还原性，接着取下胶塞，点燃上层的剩余气体一氧化碳，可看到蓝色火焰，至火焰熄灭，体现一氧化碳的可燃性。这样在同一个集气瓶内即可完成一氧化碳的两个化学性质实验，简单方便又可防一氧化碳污染空气，使得化学实验更加绿色化。从实验绿色化的角度改进实验，不仅减少污染而且有利于培养学生的环保意识。
2.从安全性角度谈实验的改进
安全问题是各行各业共同关注的问题，没有安全就没有发展。实践化学实验的对象是朝气蓬勃的中学生，安全问题显得尤为重要。课本中氢气和空气的混合爆炸实验在课堂上进行可能会引起学生的恐慌或仪器被炸破的危险，若把“氢气流吹肥皂泡”合并做，即当氢气发生装置中一有气泡，接着不断吹不断地点燃。刚开始几个肥皂泡点燃时有尖锐爆鸣声，因为刚开始逸出的气体混有空气，也就是氢气和空气混合爆炸，而后来点燃肥皂泡时，只会看到火焰却没有爆鸣声了。若肥皂泡飘起不好点，也可将氢气先通入装有肥皂水的小烧杯里，吹起无数肥皂泡后再点燃，效果也是很好的。把这两个实验改进后既保证实验的安全性又增加实验的趣味性，每次用这个方法验证氢气的性质时，都引起学生浓厚的兴趣，活跃课堂气氛，他们争先恐后地上来演示，使学生在轻松愉快的气氛中接受知识，加深印象，达到事半功倍的效果。
3．从趣味性角度谈实验的改进
化学实验的目的是为更好地启发指导学生探索总结规律，调动学生的积极性，提高学生的学习兴趣，若通过改进把实验变得更有趣，一定会收到更好效果。例如把二氧化碳与石灰水的反应改成魔术——“清水变牛奶”，利用人呼吸时呼出的二氧化碳，吹进澄清石灰水并
且可充分调动学生的主动性，让每个学生都当一回“魔术师”，往“清水”里吹几口“仙气”，使“清水变牛奶”，增强实验的趣味性，加深学生对知识的印象。另外像无色酚酞遇酸碱的变化情况，我们可以改进为：先用毛笔蘸无色酚酞试液在滤纸上画花，晾干，将滤纸挂上墙后，将空香水瓶中装氢氧化钠溶液向纸上喷洒，即有红花显现，再用另一装有稀盐酸的小瓶向纸上的红花喷洒，红花随后消失，通过这种“花现花隐”的趣味性实验，让学生在有趣的实验中掌握知识，知道碱遇酚酞试液显红色，酸碱发生中和反应使“红花”消失。因此有些化学实验通过改进后增加其趣味性，既保证知识的传授，又可提高学生的兴趣，从而更好地实施了实验教学。
4.从显现性角度谈实验的改进
俗话说得好，“事实胜于雄辩”。化学实验的目的是为了更好地培养学生各方面的能力，而实验是通过观察实验现象，分析实验现象得出结论的，所以实验的显现性是一个化学实验成功的标志。比如氢气还原氧化铜。实验中操作繁琐，氢气还原氧化铜粉末现象不明显，且很容易被重新氧化。可这样改进：把红色细铜丝在酒精灯上加热后制成黑色氧化铜，立即探入已收集好氢气的烧杯（烧杯口须向下）中，一会儿发现黑色铜丝又恢复原来的光亮红色，且烧杯内壁有水雾出现，说明氢气还原了氧化铜，这个实验经改进后不仅现象明显，而且操作非常简单，前后现象对比明显，更适合于做随堂实验。这个实验是在2015年全区创新大赛中获得的一等奖（不是本校）。类似的实验改进还有二氧化碳与水化合生成碳酸，教材中是通过把干燥的石蕊花、喷水后的石蕊花分别放入二氧化碳气体瓶中观察变色情况，得出二氧化碳与水反应生成碳酸。繁琐在需要做两次实验，并且气体瓶打开易使二氧化碳跑出，效果受影响。若改为在气体导出口接一个粗“Y型管”，一管放干燥石蕊花；一管放湿石蕊花，可以看到湿花变红而干花不变色，能快速、对比明显地完成实验，学生也易于理解。将变红的花用镊子取出在酒精灯上烤干，看到又变为了紫色，说明碳酸不稳定，受热易分解。改进后的实验有利于学生对二氧化碳这一性质的正确掌握，还能为以后学习酸的性质作铺垫，这不是一劳永逸吗？
三、化学实验改进的手段
1.实验微型化
微型化学实验是指在微型化的仪器中，使用尽可能少的试剂，以获取尽可能多的所需化学信息的一种实验。一般试剂量为常规剂量的十分之一，甚至百分之一。微型化学实验有两大特点：一是仪器的微型化，但不是常规仪器的简单微缩或小型化，常常需要从仪器到条件进行重新设计与探索。二是试剂的微量化，即用少量的试剂就能完成并得出科学的结论。这样既节约了药品又减少了对环境的影响，可谓“一举两得”。此类实验用到的仪器可以是小试管、点滴板、奶片塑料板盒等。多适用于学生实验，因为距离近看得清。也有一些演示实验很适合，如：第九单元“饱和溶液与不饱和溶液”相互转换，课本上是在小烧杯中进行，添加溶剂或加热、降温，观察溶质的变化都不是很明显，后排的学生更是“够不着”。为了上所有学生易于观察到，可以将小烧杯改为中号试管，固体和液体的用量均减为一半，量虽少了但由于试管细长，液体高度更明显，变化也容易看到；且便于移动，可拿着仪器在班里“巡
回演出”，不同角度的学生都看得清，尤其是降温时，硝酸钾晶体生长的过程都很清晰，晶体的析出让学生惊呼神奇！
2.自制实验仪器
在进行实验教学与创新时，常常需要使用新颖的、甚至是前所未有的仪器和设备，这就需要我们自己自制，或外协加工，这些新仪器、新教具、新装置、新设备的构思、设计、绘图、试验、制造，就是一件很有意义、很有价值的发明创造活动。也就是说，如果我们能找到解决设计和制作新型仪器、教具、设备的方案，实际上，也就找到了研究课题。如：Y 型管，可定制，也可以根据实验需要用玻璃管、胶塞、各种规格的试管自由组装进行实验。常规酒精灯体积大，不便于携带，可以自制微型酒精灯，安全、体积小、加热方便、易携带。
在自制实验仪器的过程中，要注意以下几点：
（1）严格把握实验原理，密切围绕实验教学目的进行。
（2）仪器设计要科学合理，简捷明快，技术工艺细致，造型要比例适当、美观。
（3）尽可能做到规范化和系列化，一切从实用性、耐用性、可操作性和科学性出发。
（4）尽可能从安全、高效、环保、节能方面考虑问题。
我们的一个化学兴趣小组就设计了“呼出气体与空气成分探究”的系列实验装置，主要是将存贮气体的部分进行改进，不需要用排水法收集呼出气体，这样避免了水对二氧化碳含量测定的影响，存贮气体装置可用锥形瓶、大试管、广口瓶、粗玻璃管，也可用矿泉水瓶，可根据需要任意选择，而且实验完成速率快、效果好、易于对比。
3.因陋就简，废物利用
因陋就简，废物利用，自制实验教学仪器，是解决实验教学、实验研究与创新的有效途径，也是训练学生实验动手能力、激发学生的学习兴趣，培养学生灵活应变、活学活用课本知识，不断提高实验教学质量的一个好方法。如：用废弃的矿泉水瓶做发生装置，剪下口部做漏斗，底部做实验装置；破底的试管做发生装置或过滤、吸附装置；香水瓶、小药瓶做微型酒精灯的灯身等。
废物利用的过程中需要注意以下几点：
（1）一切因地制宜、因时制宜、因陋就简，做到少花钱多办事，不花钱也办事。
（2）严格把握实验原理，密切围绕教学目的进行试验设计。
（3）仪器结构设计要科学合理、工艺精细、比例适当美观。
（4）尽可能做到规范化和系列化，一切从实用性、耐用性、可操作性和科学性出发。
4.绿色化学实验研究
绿色化学又称环境友好化学、环境无害化学、清洁化学。采用无毒、无害原料，产生无毒、无害的产品，即使有毒可以马上吸收或无害化处理、转换。
绿色化学研究主要是围绕化学反应、原料、催化剂、溶剂和产品的绿色化展开，主要分为四个方面：
（1）设计或重新设计对人类健康和环境更安全的化合物。
（2）研究变换基本原料和起始化合物。
（3）研究新的合成转换反应和新试剂。
（4）研究反应条件。
为了能从源头上根除污染，总结了5个要求：减量、重复使用、回收、再生、拒用。在学习和创新实验过程中始终坚持”绿色化学”的原则，在学生成长过程中树立“绿色化学”的意识，使他们处处从环境保护出发，去创造更有利于社会发展的好作品。
总之，化学新课程始终将化学实验放在十分重要的地位，它是学生进行科学探究的重要手段，并与情感态度价值观的培养紧密结合；同时重视学生学习的主体性和学习过程的开放性。实验教师只有不断学习，扩大知识面，增强创新意识，与时俱进，才能解决新形势下的各种实验教学的新问题，满足师生的新需求，才能跟上素质教育发展的步伐，才能适应课堂改革的要求。