探究实验设计之质量守恒定律的验证
主要参考文献
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[2]张长江，陈寅，徐睿等．中学化学教学技术指导[M]．上海教育出版社．2005，7：448～451．
[3]李 曼，阎蒙钢．利用家庭实验角提高农村初中学生化学实验能力的探索[J]．《化学教学》，2006，（4）：8～9，4．
[4]许应华，文庆城，谢能伟．“质量守恒定律”的简易实验[J]．《教学仪器与实验：中学版》，2004，20（8）：21～21．
[5]王海船．白磷燃烧前后质量测定的实验改进[J]．《中学化学》，2004，（5）：22～22．摘要：针对农村初中教学资源相对贫乏的情况，通过运用杠杆改进初中化学人教版教材中《质量守恒定律》中几个课堂实验，来抛砖引玉，引导和认识对农村初中家庭实验创新的意义和方法以及注意要素。
关键词：农村初中 家庭实验 杠杆 质量守恒定律
德国大教育家第斯多惠说：“科学知识是不应该传授给学生的，而应该引导学生去发现它们，独立地掌握它们。”所以在《质量守恒定律》这节内容的教学中，如何激发学生参与探究的积极性，如何引导学生自主探究，引导学生认识化学变化中的量变关系显得尤为重要。
课改前人教社教材在《质量守恒定律》这节课设置了两个实验：①白磷在密闭的锥形瓶中燃烧实验前后质量的测定；②氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液在敞口烧杯中反应前后质量的测定。这两个实验都是验证性实验，通过两个具体的实验让学生认识化学变化前后是遵守质量守恒定律的。这种教学模式是把前人的经验通过教师在课堂上传输给学生，学生处于被动接受状态。这两个实验也通常是由教师演示，学生看，学生并没有动手机会，学生没有参与到课堂教学活动中。
课改后，新课标明确提出“在化学课程中，应创设生动、多样的科学探究和实践活动情景”，要让学生“在做科学的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力”。在学习质量守恒定律前学生对化学变化有了些“质”的认识，如何引导学生自主构建对化学变化“量”的认识，开展实验探究无疑最行之有效的学习方式。应让学生“在做中学”、“在尝试中学”、“在体验中学”。所以课改后人教社教材在《质量守恒定律》这节课设置了两个探究活动：①白磷在密闭的锥形瓶中燃烧实验前后质量的测定；②铁与硫酸铜溶液在敞口烧杯中反应前后质量的测定。这两个探究活动如果要进行分组实验就要求学校对实验有一定的人力、物力和财力的投入，这对农村初中是一个极大的考验。很多农村初中由于客观条件的限制，很难让学生按照新课标要求进行这些实验或活动，有些学校要么托盘天平找不出几个，要么没有学生实验室或没有实验员等，为了弥补这些缺失，我们可以应地制宜，充分利用生活替代品，把课堂实验改为家庭实验，来完成实验教学的创新。这样不仅可以满足不同学生的个性需求，增强学生探究的自主性，让学生在体验中自主构建和认知化学规律，又可以扩大化学实验的教学资源，激发学生的学习兴趣，鼓励学生的创新思想。下面笔者就结合我校实际情况，通过巧用杠杆探究质量守恒定律的一些探究实验的改进为例，谈谈实验创新教学中家庭实验设计的改进。希望能起到抛砖引玉的效果。
一、构建质量守恒定律的实验
（一）【原实验1】现行人教版教材的第一个探究实验（如右图1），从图1我们可以看出，和老教材相比，新教材已经做了一些改进，就是将玻璃棒改成了玻璃管，并在上面扎了一只气球。但是两套装置还存在以下不足：①在第一次称量后，还要把已密封的瓶塞打开；②白磷必须放在细沙的正中间，否则用玻璃管（棒）引燃时不容易接触到。然而在实际操作的过程中我们很难做到这一点，常常是一不注意就将白磷放到旁边去了，点燃时颇费周折；③玻璃管伸入锥形瓶内稍短一点就无法接触到白磷，稍长一点就会和细沙“亲密接触”，膨胀后的空气将很难通过玻璃管进入气球，达不到预期的目的；④学生家中一般没有托盘天平，不宜进行家庭实验；⑤家庭生活中一般没有白磷。
【改进实验1】（1）实验仪器和药品：木棒、木板（底座）、耐热玻璃瓶、金属或塑料管、气球、细绳、细铁丝、自制简易酒精灯、小石块或橡皮泥、干燥的木炭粉或火柴。
（2）实验装置及操作步骤（如右图2）：
①将一根木棒垂直固定在木板底座上，另取一支轻质木棒，用细绳从轻质木棒的中间把它吊在木棒上并保持轻质木棒平衡，这样就做成了简易杠杆。
②取一个耐热废玻璃瓶，向其中装入少量木炭粉，塞上带有气球的橡皮塞。并用细铁丝将耐热废玻璃瓶系在杠杆的左端。右端用细铁丝论文范文http://www.chuibin.com上一小石块或一团橡皮泥，并系在杠杆的右端，调节好使杠杆平衡。
③用自制的简易酒精灯加热木炭粉，观察到木炭红热并减少，气球胀大，杠杆先略向右端倾斜，待玻璃瓶冷却后，气球又瘪下去，杠杆又保持平衡。
（3）注意事项：①杠杆不宜太短，否则现象不明显。
②燃烧放热使气球胀大，受空气浮力影响，会导致杠杆失去平衡。一定要待玻璃瓶冷却气球又瘪下去后再观察现象，否则易得出错误结论。
③本实验也可将火柴头替代木炭粉进行实验。尽管它是混合物，但它可以从另一个角度演绎质量守恒定律，即在一个密闭体系中，不管发生何种变化，反应前后各物质质量总和保持不变的道理。
（二）【原实验2】现行人教版教材的第二个探究实验（如下图3），
存在以下不足：①实验在敞口的烧杯中进行，不利于说明反应前后瓶内外的物质没有发生交换；②反应后铁钉仍浸没在溶液中，不便于观察铁钉颜色的变化；③学生家中一般没有托盘天平，不宜进行家庭实验；⑤家庭生活中较难找到硫酸铜溶液。
【改进实验2】（1）实验仪器和药品：木棒、木板（底座）、小矿泉水瓶、一次性注射器、细绳、细铁丝、小石块或橡皮泥、碳酸钠浓溶液、澄清石灰水。
（2）实验装置及操作步骤（如右图4）：
①如改进实验1的方法制成简易杠杆。
②取一个矿泉水瓶，向其中装入少量澄清石灰水，用注射器吸一些碳酸钠浓溶液并插入橡皮塞中，塞上橡皮塞。并用细铁丝将矿泉水瓶系在杠杆的左端。右端用细铁丝系上一小石块或一团橡皮泥，并系在杠杆的右端，调节好使杠杆平衡。
③将碳酸钠浓溶液注入澄清石灰水中，可以看到石灰水变浑浊，但杠杆仍保持平衡。
（3）注意事项：①杠杆不宜太短，否则现象不明显。
②碳酸钠溶液可用食用苏打配制，溶液可以配浓些，现象更明显。
③若矿泉水瓶易倾斜，可将细铁丝系在注射器上。
二、拓展质量守恒定律涵义的实验
（一）【原实验3】现行人教版教材的第三个实验（如右图5），该实验存在以下不足：①烧杯中的小试管中的稀盐酸不易倾倒，小试管容易滑出；②学生家中一般没有托盘天平，不宜进行家庭实验；③家庭生活中一般没有稀盐酸。
【改进实验3】（1）实验仪器和药品：木棒、木板（底座）、小矿泉水瓶、眼药水瓶或一次性注射器、细绳、细铁丝、小石块或橡皮泥、苏打或小苏打、食醋。
（2）实验装置及操作步骤（如下图6）：
①如改进实验1的方法制成简易杠杆。
②取一个矿泉水瓶，向其中装入少量苏打粉未，用废眼药水瓶吸一些食醋，并用细铁丝将矿泉水瓶和眼药水瓶同时系在杠杆的左端。右端用细铁丝系上一小石块或一团橡皮泥，并系在杠杆的右端，调节好使杠杆平衡。
③将眼药水瓶中的食醋注入矿泉水瓶里的苏打粉未中，可以看到有大量气泡产生，且杠杆右端下沉。
（3）注意事项：①杠杆不宜太短，否则现象不明显。
②苏打粉未也可以换成家庭生活中常用的小苏打粉未，眼药水瓶也可以换成注射器。
③苏打粉和食醋的用量不宜过少，否则现象不明显。
（二）【原实验4】现行人教版教材的第四个实验（如右图7），该实验存在以下不足：①镁带燃烧剧烈，不安全；②镁带燃烧现象明显，学生喜欢长时间注视，易损伤眼睛；③学生家中一般没有托盘天平，不宜进行家庭实验；④家庭生活中一般没有镁带。
【改进实验3】（1）实验仪器和药品：木棒、粗铜丝、木板（底座）、自制简易酒精灯、细绳、细铜丝。
（2）实验装置及操作步骤（如下图8）：
①将一根木棒垂直固定在木板底座上，另取一粗铜丝，用细绳从粗铜丝的中间把它吊在木棒上，在粗铜丝两端各系上等量的细铜丝，并保持粗铜丝平衡。
②用自制的简易酒精灯加热右端的细铜丝。
③可以看到右端的细铜丝变黑，且杠杆右端下沉。
（3）注意事项：①杠杆不宜太短，否则现象不明显。
②细铜丝不能绕得太少，也不能绕得过于紧密，否则现象不明显。
③细铜丝不宜过细，否则易烧断，影响实验现象。
以上四个实验的改进，在具体教学中的应用，我校教师又有不同的做法，有的教师是在教学新授前提出问题，启发思考，改进装置，引导设计实验，然后在家庭实验中探究，在新授时用教材中实验去验证；也有教师是用教材中实验去新授，然后设计上述四个实验为家庭趣味实验引导学生在家庭中做验证性实验。取得了不同的教学效果，尤其是前者大大地增加了学生对探究化学知识的兴趣和欲望，培养了学生动手能力和创新思维，比如有的同学在杠杆后加了一块有水平线的木板用来判断杠杆的平衡，也有同学加了的一个固定器，来防止在加药品操作中杠杆的失衡等等，这些事实都说明了家庭实验更能开启学生的心智。有的教师是不提供药品和仪器前提下正确引导学生去查阅资料、寻找生活中的替代品来完成实验，鼓励学生深入挖掘生活中的课程资源，使学生充分认识到化学就在我们身边，认识到化学与生活的联系；有的教师是通过提供了部分仪器和药品，来减小学生在家庭实验中的所面临的困难。都取得了良好的教学效果。
由于家庭实验有利于发挥学生的主动性和创造性，有利于培养学生的动手能力和探究能力，有利于激发学生持久的学习兴趣，形成良好的学习动机，有利于增强学生对化学知识的应用，培养学生的环保意识，有利于解决农村初中实验仪器和药品短缺等诸多问题，所以我们要充分利用好各种教学资源去开发和创新家庭实验，使之更好地为教学服务。当然，我们在创新家庭实验过程中还要注意家庭实验的安全性、可操作性、简便性、节约性、环保性等要素。