初中化学微粒运动系列实验设计改进与优化

白杨

延边大学师范学院 课程与教学论 2021 级 ，吉林 延吉 133002

[摘 要]对初中化学微粒运动实验进行了系列改进：将原有定性实验改为半定量实验，实验药品由一种物质增加为两种，设计了不同温度下的对比实验。改进后装置更简单、现象更直观、药品用量少，符合环保理念，实验内容具有递进性。

[关键词]初中化学；微粒运动；微粒观；实验；改进

一、问题的提出

实验是化学学科研究发现和推理论证的基本方法，化学实验在全面培养初中学生的科学素养的过程中发挥着重要的作用。新时代中学化学实验的发展趋势是趣味化、生活化、探究化、简约化、微型化、现代化等^[1]。

微粒运动实验是九年级化学的重难点实验。微粒运动实验在内容性质上为揭示理论概念实验，该实验涉及微观层面，但教材的教学实验设计存在不足，如药品的气味大、损害健康，用量大、不便捷等。因此，大多数化学教师采用视频播放演示实验，这种做法不利于锻炼学生的动手操作能力，发展科学素养。微粒运动的化学教学实验需要进一步优化和改进。

姚彦川等进行了实验改进，通过多根蘸有酚酞的棉签并插在粗吸管上呈现树枝的形状后整体放入矿泉水瓶中，接着用装有浓氨水的注射器插入塑料瓶底部并注入浓氨水后观察^[2]。朱玉忠等将标有1~8数字的白纸条折叠后放入水平的日光灯玻璃管内，用酚酞试液从左到右润湿白纸条，再将日光灯玻璃管迅速直立在称有3mL的浓氨水的酒精灯帽中，反应一段时间后，放入热水浴接着反应^[3]。改进后的实验仍然有操作复杂耗时较长；现象并不明显、直观等问题；容易污染环境，达不到绿色化学的用量标准；实验失败率高；无法进行更深一步的对比实验。

二、微粒运动实验改进策略

微粒运动系列实验作为初中化学科学探究主题内容，承载着培养初中生微粒观的目标，主要从三个基本的层面构建学生的微粒观：①物质是由微观粒子构成的。②构成物质的微观粒子是不断运动的。③温度不同，分子运动的速率不同。三个层级属于递进关系，可以合并设计，构成完整的系列实验。

根据《义务教育化学课程标准》 (2011 年版)与布朗运动理论、化学反应碰撞理论及前人对微粒运动实验改进成果，力求实现现象更明显、更易于观察，具有趣味性、可操作性与发展性，并能够进行科学方法和化学微粒观的渗透，通过小组实验与讨论能推论预测实验现象、分析实验结论。合作设计药品最佳用量的探究实验，实现中学化学实验绿色化；最后通过思考与设计温度不同的对比实验，引发深入思考。

突出实验本身的特点，遵循实验改进的绿色化、简约化、探究化原则，设计微粒运动一系列实验改进，促使学生微粒观的提升与进阶，形成合理、稳定的化学微粒观知识结构。引导学生在面对宏观变化时，追根溯源，克服困难，持之以恒，积极运用微观本质深入分析问题，做出科学合理的判断、推论和解释，设计合理的解决方案。

三、微粒运动实验设计与结果

学生知道物质是由微粒构成的，但不知道或者不清晰地知道微粒处于不断运动中、微粒之间存在空隙。为了充分发挥实验的功能价值，通过层层递进的实验设计，一种物质到两种物质，定性到半定量，实验条件变化等，启发学生能分析预测现象、推断实验结论，并且思考实验设计。不断引导学生用微粒的观点解释生活中相关的现象，达到生活应用。

1、实验装置

注射器（10mL）2个、试管2支、橡胶塞2个、滤纸条、毛笔1支、脱脂棉、温度计2支、烧杯（300mL）2个。实验药品：浓氨水、浓盐酸、酚酞溶液、石蕊溶液。装置组成如图1所示。

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、实验步骤

实验一：通过装有一定量的浓氨水并在针头塞有脱脂棉（脱脂棉不与其他物体接触）的注射器注射，使脱脂棉经少量浓氨水润湿，接着浓氨水挥发出的氨分子不断运动使试管中标有数字的酚酞溶液的滤纸条依次变红。

实验二：通过装有一定量的浓盐酸并在针头塞有脱脂棉（脱脂棉不与其他物体接触）的注射器注射，使脱脂棉经少量浓盐酸润湿，接着浓盐酸挥发出的HCl分子不断运动使试管中标有数字的石蕊溶液的滤纸条依次变红。

实验三：与实验一装置相同，但注射器中浓氨水的量不同，分别加入10mL、5mL、1mL的浓氨水，探究浓氨水的用量最佳、最符合绿色化学的要求，培养学生高效环保的理念。实验药品不同用量的探究，帮助学生初步形成条件控制与“量”的概念。

实验四：设置不同温度的对比实验，通过实验一在冰水浴中反应和在热水浴中反应现象的对比，使学生了解到温度对实验过程及实验效果的影响，并掌握控制变量法的相关应用。

3、实验结果及评价

【实验一】【实验二】：滤纸条上的数字按照6~1的顺序从右到左依次变红，证明了微粒是在不断地运动的，实验现象直观，可描述性高。

【实验三】：得出1mL的浓氨水已经足够，教科书上的用量过多，应减少药品用量，追求科学环保理念。

【实验四】：在热水浴中的反应迅速变红最快，在冷水浴中的反应较为缓慢，通过实验一在冰水浴中反应和在热水浴中反应现象的对比，使学生了解到温度对实验过程及实验效果的影响，并感悟控制变量法的相关应用。

四、结论

通过微粒运动实验系列的改进，弥补了教科书上原有实验设计不足，使实验向环保与趣味的方向进行。实验装置简单、现象更加直观、清晰，易于操作，可以在课堂上进行，达到环保的实验效果。同时进行了实验的升级：①用数字逐渐变红表示微粒运动进度，更加直观；采用了不同用量的氨水展示实验效果，证明1mL氨水的较小用量，即可具备较好的实验效果，具有半定量优势；②将原有实验由氨水一种物质增加为氨水与盐酸两种，帮助学生理解微粒运动的普遍性；③设计了不同温度下的对比实验证明了温度对微粒运动速率的影响，对微粒观的培养具有铺垫作用。实验成功率高、稳定性可靠，环境友好，对操作人员的要求不高。

如同微粒运动不会停止，实验教学研究也不会停止，因此本次实验的改进不是终点而是新起点。

参考文献:

1]王后雄.中学化学实验教学研究[M].北京:北京大学出版社，2013：32.

2[]姚彦川,徐作培.探究微粒运动的实验改进[J].化学教学，2019(05)：79-81.

3[]朱玉忠,李德前.探究微粒运动实验的新设计[J].化学教学，2016(01)：67-69.

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