通過(guò)自制化學(xué)教具培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑探究精神的有效策略

劉麗美 周同學(xué)

化學(xué)教具是開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的有效載體。雖然化學(xué)教具多種多樣，但一般性的教具在某些特定環(huán)境下并不能夠充分發(fā)揮其作用。這時(shí)，便需要自制教具，或?qū)υ瓉?lái)的教具進(jìn)行改進(jìn)和完善。在教學(xué)實(shí)踐中，筆者通常先指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用教材設(shè)計(jì)的教具進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，并在探究過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)已有裝置的不足之處，然后鼓勵(lì)學(xué)生自制教具，使其在解放大腦和多種感官的同時(shí)，體驗(yàn)創(chuàng)新研究的獨(dú)特魅力，提高設(shè)計(jì)能力和探究能力，激勵(lì)質(zhì)疑和創(chuàng)新精神。在此，以“探究白磷在空氣中燃燒前后的質(zhì)量有無(wú)變化”的實(shí)驗(yàn)為例，探討通過(guò)自制教具培養(yǎng)學(xué)生質(zhì)疑和探究精神的策略。

一、實(shí)踐反思激發(fā)質(zhì)疑

愛(ài)因斯坦曾說(shuō)，提出一個(gè)問(wèn)題比解決一個(gè)問(wèn)題更重要。提問(wèn)是探究的前提，因此，在“探究白磷在空氣中燃燒前后的質(zhì)量有無(wú)變化”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，筆者首先指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用教材中設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教具進(jìn)行研究，通過(guò)觀察和體驗(yàn)，反思、交流其中的優(yōu)缺點(diǎn)，培養(yǎng)問(wèn)題意識(shí)。

教材中提供了一種設(shè)計(jì)：由錐形瓶、細(xì)沙、橡皮塞、玻璃棒組成密封裝置，用灼熱的玻璃棒點(diǎn)燃白磷。學(xué)生通過(guò)反復(fù)觀察和思考發(fā)現(xiàn)，玻璃棒在火焰上的受熱時(shí)間不能少于5秒，否則就會(huì)溫度太低，同時(shí)移動(dòng)過(guò)程又會(huì)散失少許熱量，可能導(dǎo)致白磷不能被點(diǎn)燃。因此，使用該裝置做實(shí)驗(yàn)雖然用時(shí)很短，但存在四點(diǎn)不足之處。一是如果白磷用量過(guò)大，燃燒放熱過(guò)多，可能引起瓶?jī)?nèi)氣體體積膨脹，使瓶塞鼓開(kāi)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;二是要用到細(xì)沙，刷洗儀器麻煩;三是如果用力稍大可能將白磷捅入沙內(nèi)，導(dǎo)致無(wú)法點(diǎn)燃;四是觀察不到白磷受熱熔化、冒白煙、再劇烈燃燒的變化過(guò)程。

教材中還提供了另一種設(shè)計(jì)：由錐形瓶、細(xì)沙、橡皮塞、玻璃導(dǎo)管、小氣球組成密封裝置，用酒精燈墊上石棉網(wǎng)間接加熱錐形瓶點(diǎn)燃白磷。學(xué)生通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)和觀察發(fā)現(xiàn)，加熱大約1分20秒時(shí)白磷才會(huì)冒出幾縷白煙，加熱1分30秒時(shí)白磷開(kāi)始燃燒。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是氣球能緩沖瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)，缺點(diǎn)是加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，觀察不到白磷受熱至燃燒之間的變化過(guò)程，同時(shí)實(shí)驗(yàn)中也用到細(xì)沙，刷洗儀器比較麻煩。

面對(duì)教材中的設(shè)計(jì)，學(xué)生親自實(shí)踐，親歷過(guò)程，反思分析，了解問(wèn)題和不足，激發(fā)了問(wèn)題意識(shí)，提高了質(zhì)疑能力。

二、實(shí)踐研究培養(yǎng)創(chuàng)新

教師在指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)了教材中的實(shí)驗(yàn)裝置存在的不足后，繼續(xù)鼓勵(lì)學(xué)生集思廣益激發(fā)智慧，另辟蹊徑大膽創(chuàng)新，設(shè)計(jì)出兩套新的裝置，以及點(diǎn)燃白磷的兩種新方法。

1.銅條導(dǎo)熱點(diǎn)燃法

創(chuàng)新裝置1由錐形瓶、橡皮塞和銅條組成（見(jiàn)圖1），銅條的一端被砸成一個(gè)小勺，用來(lái)盛放白磷。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理是：銅具有良好的傳熱性能，可以通過(guò)加熱銅條的一端，將熱量傳遞到另一端點(diǎn)燃白磷。在完成設(shè)想后，教師組織學(xué)生開(kāi)展了實(shí)踐檢驗(yàn)。

首先是制作反應(yīng)裝置。指導(dǎo)學(xué)生選擇直徑分別為2mm、1mm和0.7mm的三根銅條開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)，測(cè)定設(shè)計(jì)的可行性。以直徑為2mm的銅條為例，先將一根約80mm長(zhǎng)的銅條一端慢慢彎曲卷成一個(gè)直徑約20mm的銅圈，以增大受熱面積，使單位時(shí)間內(nèi)傳遞熱量更多，以加快點(diǎn)燃白磷的速率;再將銅條的另一端旋轉(zhuǎn)插入并穿過(guò)6號(hào)橡皮塞，在瓶塞上部留出約20mm的銅條，使銅盤被彎平時(shí)能與瓶塞保持一定距離，以防止加熱時(shí)燒到橡皮塞;然后，將插入錐形瓶?jī)?nèi)的銅條一端彎曲卷成一個(gè)小圈，再用錘子捶打成一個(gè)小勺，用來(lái)盛放白磷;最后，將帶有銅條的橡皮塞安裝到125ml的錐形瓶上，就組裝成了觀察白磷在空氣中燃燒的密封裝置。同理，分別用直徑為1mm和0.7mm的兩根銅條組成相應(yīng)的密封裝置。

接下來(lái)，要測(cè)定加熱點(diǎn)燃白磷所需要的時(shí)間。第一步，分別在三個(gè)反應(yīng)裝置的小銅勺上放置半顆綠豆粒大小的白磷，然后探入錐形瓶，并將橡皮塞塞緊;第二步，用同一盞250ml的酒精燈，在保持火焰大小基本相同的前提下，先后加熱直徑為2mm、1mm和0.7mm的銅條卷成的銅盤，直到銅盤所傳遞的熱量點(diǎn)燃白磷。最終測(cè)定所用時(shí)間分別是1分23秒、3分12秒、14分59秒，由此證明直徑為2mm銅條的實(shí)驗(yàn)效果最好。該實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)點(diǎn)是點(diǎn)燃白磷所需時(shí)間合理，使用儀器少，整理和刷洗方便，且便于學(xué)生清楚地觀察到白磷從受熱至燃燒的一系列變化過(guò)程，即固體先軟化變形，然后慢慢熔化成一團(tuán)，接著冒出縷縷白煙，隨后燃燒發(fā)出明亮的火焰，并產(chǎn)生大量的白煙。

2.電熱絲點(diǎn)燃法

創(chuàng)新裝置2由錐形瓶、橡皮塞、燃燒匙和電熱絲組成（見(jiàn)圖2）。首先選取初中物理測(cè)定發(fā)熱時(shí)所使用的直徑為0.5mm的鎳鉻合金絲10cm，將它纏繞成緊密的螺旋狀，以增大單位發(fā)熱面積并減少占用空間，更便于放在燃燒匙內(nèi)。通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)知該鎳鉻合金絲的電阻為1Ω。將電熱絲置于燃燒匙內(nèi)，一端固定在燃燒匙的鐵條上，另一端固定在一根細(xì)鐵絲上，將燃燒匙的鐵條和細(xì)鐵絲分別穿過(guò)6號(hào)橡皮塞，用于連接電源的正負(fù)極。最后，將帶有燃燒匙、細(xì)鐵絲的6號(hào)橡皮塞安裝到125ml的錐形瓶上，組成白磷在空氣中燃燒的密封裝置。

在測(cè)定點(diǎn)燃白磷的時(shí)長(zhǎng)時(shí)，指導(dǎo)學(xué)生先取半顆綠豆粒大小的白磷放在燃燒匙的電熱絲上，并將橡皮塞塞緊;再接上3v電源，使電熱絲發(fā)熱。這種裝置點(diǎn)燃白磷的時(shí)間為5.03秒，用時(shí)最短。該裝置設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省時(shí)間，組裝和刷洗儀器非常方便，但來(lái)不及觀察白磷從受熱至燃燒的一系列變化過(guò)程。

三、總結(jié)

綜上，通過(guò)自制教具，帶領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷觀察、體驗(yàn)、感悟和反思的過(guò)程，使學(xué)生通過(guò)實(shí)踐，體驗(yàn)了質(zhì)疑和創(chuàng)新的過(guò)程，進(jìn)一步激發(fā)了探究的動(dòng)力，培養(yǎng)了質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識(shí)，同時(shí)也提高了設(shè)計(jì)能力，促進(jìn)了多種思維的發(fā)展。

（責(zé)任編輯? ?姚力寧）