探究微粒运动实验装置的创新设计（word版）

探究微粒运动实验装置的创新设计 1．问题提出 ? ? ? 著名化学家傅鹰教授曾说过：“化学是实验的科学，只有实验才是化学的最高法庭。”而实验探究是学习化学的重要方法和手段，“探究微粒运动实验”是学生学习完宏观元素化合物知识后，从宏观物质过渡到微观粒子的学习，了解宏观和微观联系的第一个实验，对于帮助学生走进微观世界，形成学科微粒观，落实培养化学核心素养具有重要的作用，因此该实验的教学价值自然不言而喻。现行义务教育教科书[1,2]中为了说明微粒具有的性质———构成物质的微粒是在不停地运动的，编写过程中均采用了义务教育化学课程标准（2011年版）提供的实验装置（见图1），实验内容[3]如下：“向烧杯A中加入20mL蒸馏水，滴入2-3滴酚酞试剂，让每个同学都看到溶液是无色的。向烧杯B中加入10mL浓氨水。用一只大烧杯把A、B两烧杯溶液罩在一起。几分钟后，可以发现烧杯A中的溶液由无色变成红色。” 图1?探究微粒运动实验装置 在课堂演示实验中发现以下不足： （1）整个授课过程中，装置不便移动，可视性较差，限制了课堂演示的效果。 （2）装置并不是封闭体系，从大烧杯口逸出的氨气影响了课堂教学效果，造成了环境污染。 （3）实验结束后，还有一些氨气残留在装置中，不仅损害了师生健康，还较难处理。 （4）实验说明了微粒的性质———具有运动性，但却无法说明温度对微粒运动速率影响的具体关系。 2．文献查阅 ? ? ? 通过在中国知网中输入“微粒运动”等关键词进行检索，得到若干篇相关文献。仔细研读发现，一线教师虽然对该实验做了一些改进和创新，但也存在一些问题，具体如下： 2.1?利用生活废弃物改进实验 “探究微粒运动实验的新设计”[4]一文（见图2）存在的问题有：①日光灯玻璃管的处理比较麻烦，管内的荧光粉易进入呼吸道，损害人体健康；②实验前的准备和操作步骤较繁琐；③实验操作过程中不可避免有氨气逸出，会造成环境污染。 图2 “探究微粒运动实验的新设计”一文中的装置 2.2?利用常规实验仪器改进实验 ? ? ? ?“微粒运动实验的新设计”[5]一文（见图3）存在的问题有：①装置不密封，实验操作过程中仍然有氨气和氯化氢气体逸出，会污染环境；②无法说明温度对微粒运动速率影响的具体关系。 图3 “微粒运动实验的新设计”一文中的装置 2.3 利用自制教具改进实验 ? ? ? “封闭U型管在对比实验中的应用”?[6]一文（见图4）存在的问题有：①实验开始，滴加浓氨水的过程中，氨水挥发，有氨气逸出，存在环境污染；②不能将氨水同时滴入橡皮塞小孔内，无法很好地控制变量。 图4 “封闭U型管在对比实验中的应用”一文中的装置 3．设计理念 ? ? ? ?根据探究微粒运动实验的特点，立足于实验的简约化、绿色化、可视化、一体化，努力做到保证实验的可操作性、严密性、科学性、安全性。演示探究微粒运动实验时，氨水挥发出来的氨气使酚酞滤纸条变色，说明微粒的运动性；等量氨水在不同温度的冷热水中挥发出来的氨气速率快慢不等，使酚酞滤纸条变色的长短不同，说明温度对微粒运动速率影响的具体关系；实验完毕，残留的多余氨气及氨水可以用稀硫酸来吸收；自制探究微粒运动实验装置和常规实验仪器通过精巧的设计和组合，最终实现氨气的产生、利用氨气探究微粒运动性质、温度高低对氨分子运动快慢的影响和多余氨气及氨水吸收的一体化，确保实验者能很好地使用该装置顺利完成演示教学内容。 4．设计方案 ? ? ? ?参照实验设计理念，可以通过推动一次性医用注射器栓塞，使氨水通过导管缓缓进入探究微粒运动实验改进装置，在玻璃管底部产生氨气。氨气使酚酞滤纸条变色以及变色的速率快慢均在装置两侧的长玻璃管内进行，氨分子运动速率的快慢，则通过将装置下端的玻璃管底部，同时浸入装有等体积的热水和冷水的 ... ...