创新化学实验的方法

创新化学实验的方法

在多年的化学教学中，笔者在用好课本实验的同时，还敢于质疑课本实验的不足，合理利用现有的仪器和代用品，成功改进和设计了一些化学实验装置[1]。

改进和设计化学实验，笔者常以发明创造学上的缺点列举法、希望点列举法、模仿法等技法为基础，然后灵活利用组合法、移植法、替换法、缩小法、逆向法等技法去改掉缺点、落实希望。按照这样的思路进行实验创新，常能起到事半功倍的效果。下面以2012版上海教育出版社《义务教育教科书九年级化学（上册）》中的“探究微粒运动的实验”为例，介绍化学实验创新的几种常用方法。

一、以“缺点列举法”为基础进行实验改进

“缺点列举法”是指通过发掘现有物品的缺点，然后设法逐项克服缺点的发明技法。像预警飞机、可降解塑料、球墨铸铁管道等发明，都使用了缺点列举法，该技法也是改进化学实验最常用的基本方法。

1.分析缺点

按照教科书上设计的方法做“探究微粒运动的实验”时，总会感到有如下缺点：

氨水的用量大，每次实验需要150 mL～200 mL。

氨气极易逸出大烧杯污染环境，尤其实验结束回收氨水时。

每到一个班级都要重新组装药品和仪器，很不方便。

2.克服缺点

经过苦思冥想，获得如下克服缺点的思路：

根据“缩小省略法”（运用减少、减轻、折叠、删减等手段进行发明创造的技法），决定使用少量的浓氨水，以节约药品；设想将大烧杯（氨分子扩散的空间）换成口径不大的玻璃管，以缩小实验空间，同时便于封闭实验体系。

应用“替换法”（通过更换不同性能的材料优化物品的发明技法），拟将盛浓氨水的小烧杯更换为一个细口瓶，这样就无需回收氨水并可长期使用；打算把盛酚酞试液的小烧杯更换为可以吸附液体的纱布条，以便于组装实验用品。

根据“移植法”（将某种已成熟的原理或技术应用到其他领域从而获得新成果的发明技法），决定选用一个玻璃旋塞，将细口瓶里的氨气在需要时才释放出来，这样就使装置可控。

采用“异类组合法”（将不同的物品按某种关联因素组合成新事物的发明技法），将上述实验用品在竖直方向上进行组合，即得图1所示的实验装置[2]。使用该固定装置，不仅操作方便、绿色环保，而且便于多个班级连续实验。

需要说明的是，玻璃管上端不一定要封闭，因为使用此改进装置探究氨分子的运动时，逸出的氨气很少，而且学生闻到少许氨味也是分子不断运动的一个例

证[3]。另外，这也有利于氨分子在玻璃管内自由运动。

3.实验操作说明

按图1组装好实验装置。

实验时只要打开玻璃旋塞，湿润的酚酞纱布条就会由下到上慢慢变红，从而说明分子在不断运动。

把细口瓶放到热水里稍微热一热（热水温度不要超过60 ℃以防烫坏玻璃瓶），酚酞纱布条变红的速率就会明显加快，这说明温度越高，分子运动的速率越快。

实验结束，关闭活塞，酚酞纱布条逐渐变成无色。

整个班级的教学任务结束后，即可拆开装置，清洗、整理仪器，留待今后使用。

二、以“希望点列举法”为基础进行实验设计

发明者从个人愿望或社会需求出发，针对某一事物提出美好的希望，并据此确定发明方向，这就是“希望点列举法”。像飞机、汽车、钢化玻璃等都是根据人们的希望创造出来的，该发明技法也是设计化学实验最常用的基本方法。

1.列举希望点

使用图1实验装置一段时候后，笔者又希望该实验装置能更简单、组装起来更方便，于是提出如下希望点：

保留图1实验装置的优点（如药品用量少、实验体系相对封闭、装置可以反复使用、实验现象明显等）。

实验用品更简约、实验装置更简洁。

2.落实希望点

怎样实现上述美好的愿望呢？经过多次反思后，笔者决定采用“缩小省略法”落实希望点。

把盛有浓氨水的试剂瓶与盛有酚酞纱布条的玻璃管，合并为一支大试管；在试管的底部盛装少量浓氨水，在橡皮塞的反面固定湿润的酚酞纱布条，同时用橡皮塞封闭试管口。

将上述实验用品在竖直方向上组合，即得图2所示的实验装置（夹持仪器略）。

3.实验操作说明

先用胶头滴管向试管里加入少量的浓氨水（不要使氨水沾到试管壁上，以防酚酞纱布条接触试管壁上的氨水而干扰实验的正常进行）；在橡皮塞的反面，用大头针固定湿润的酚酞纱布条。

然后按图2组装好仪器，很快可以看到酚酞纱布条逐渐变红，从而说明分子在不断运动。

微热试管（用酒精灯或热水均可），纱布条变红的速率会更快，这又说明温

度越高、分子运动的速率越快。

每次实验结束，拔出橡皮塞和纱布条（放入干净的小烧杯里），再用另一个备用橡皮塞封闭试管口。

整个班级的教学任务结束后，拆开装置，清洗、整理仪器，留待今后使用。

三、以“模仿法”快速进行实验创新

发明创造说到底就是两条路，一是全新的发现，二是模仿再设计。模仿法就是模仿和借鉴已有事物的某些有效因素，并对其提炼再设计，从而开发出新事物。像灯塔和电视塔就是模仿松柏的矮锥形，飞机的两翼形状就是模仿鹰类等，该创新技法是创新化学实验的捷径，但不能生搬硬套，否则会有抄袭的嫌疑。

1.同行研究成果

前不久，笔者看到有同行采用T型三通管探究二氧化碳的性质[4]，于是决定利用T型三通管模仿设计“探究微粒运动的实验”。

2.模仿设计（实验装置如图3[5]所示，夹持仪器略）

在15 mm×200 mm的粗玻璃管中部的外壁上，熔接一段外径约5 mm的稍弯曲的细玻璃管（该形状便于滴加和储存少许浓氨水），这样就制成了适合本实验需要的T型三通管。

将一根湿润的酚酞纱布条放入T型三通管的粗玻璃管内，并用胶带将纱布条的两端固定；在T型三通管的细玻璃管内滴入大约0.5 mL的浓氨水，立即封闭细玻璃管口。

很快可以看到，仅有中上部的纱布条从下往上慢慢变成红色。该实验现象不仅说明氨分子在不断运动，还证明氨气的密度比空气小。

若想加快酚酞纱布条变红的速率，可以微热细玻璃管中的氨水。

实验结束，拆开装置，清洗、整理仪器，留待今后使用。

四、结束语

在改进和设计化学实验时，我们要灵活、巧妙地运用创新技法，从而使化学实验更加科学完美、简约实用、直观鲜明。

参考文献

[1] 李德前，赵红.指导学生改进化学实验装置[J].化学教学，2006（5）：1-3.

[2] 李德前.“氨分子扩散”实验绿色化设计[J].化学教育，2008（6）：64.

[3] 刘传友.以简取胜改进实验[J].教学仪器与实验，2010（1）：22-23.

[4] 吴端斗.二氧化碳性质实验的改进[J].化学教学，2006（7）：11.