新课标初中化学解题思维方法
例如,课本上“二氧化碳灭火”实验的缺点是:烧杯里2支蜡烛燃烧产生的热气流不断上升,常会阻碍二氧化碳的下沉,致使“标准实验现象”难以出现。一番苦思冥想后,笔者裁剪了一张大小合适的凹形硬纸板,将其缺口向下插入大烧杯中(见图1),顺利改掉了上述缺点。另外,细沙的使用则方便了蜡烛的固定,也节省了二氧化碳。
新课标初中化学解题思维方法:希望点列举法
从个人愿望或教学需求出发,对某一化学实验列出种种希望,并沿着希望点寻找发明目标,这就是希望点列举法,它是设计化学实验最常用的思维方法。
例如,设计“氨分子扩散”实验,笔者列出如下希望点:①装置尽量密闭;②氨水的用量少;③装置固定,可反复使用。在上述希望点的引导下,笔者反复试验,终于研制出图2所示的实验装置。只需将7-8滴浓氨水滴到弯曲的支管处,就会出现如下实验现象:中上部纱布条从下往上慢慢变红,中下部纱布条不变色,从而说明:分子不断运动,氨气比空气密度下,氨水显碱性;若微热氨水,纱布条会很快变红,这又说明温度越高分子运动速率越快。需要说明的是,因为氨水用量少,玻璃管的2个端口可以不用湿润的棉花塞住。
新课标初中化学解题思维方法:移植法
移植法就是把已成熟的某种科学原理或实用方法引入化学实验中,从而设计出新的实验装置或操作方法。
像课本上“检验物质燃烧生成二氧化碳”的方法(内壁涂有石灰水的烧杯罩在火焰上),现象不明显,操作不方便,尤其是没有二氧化碳生成时石灰水也可能变浑(因为氢氧化钙溶解度遇热变小)。笔者想,要是把燃烧产生的气体直接聚集到盛有石灰水的某种容器内,不就方便检验了吗?这就想到了“注射器抽取液体的原理”,并将其成功移植到上述实验。
新课标初中化学解题思维方法:替换法
替换法就是通过更换不同性能的材料,优化实验装置或实验方法,从而产生更好的实验效果。
如课本上“二氧化碳溶于水”实验的不足是:二氧化碳用量大;实验时只看到瓶子变瘪,不能显示二氧化碳溶解了多少。笔者思考,如果把塑料瓶换成容积较小的容器,且该容器能直观显示它所盛物质的体积,不就改掉了原实验的不足吗?至此,实验方案呼之欲出:用20mL的注射器先抽取10mL水,再抽取10mL二氧化碳,封闭针管后用力振荡,活塞会自行向前推进,最后停在12mL刻度处(见图4),这充分说明10mL的水约能溶解8mL的二氧化碳。
另外,沪教版“化学变化的现象”实验,是利用“煤油燃烧”、“氯化氢与氨气混合”、“碘化钾与硝酸银反应”这3个小实验来说明的。但是,“煤油燃烧”、“氯化氢与氨气混合实验”污染较重;硝酸银试剂价格高,碘化钾试剂初中化学实验室一般没有;且上述实验没有体现化学变化放出气体。于是,笔者利用替换法改进该实验:用发光、变色、冒烟、放热的“镁带燃烧”实验代替“煤油燃烧”和“氯化氢与氨气混合”这2个实验;用既产生红褐色沉淀、又放出气体的“硫酸铁与小苏打反应”实验代替“碘化钾与硝酸银反应”实验。
新课标初中化学解题思维方法:模仿法
模仿法就是模仿和借鉴已有实验中某些有效因素,并对其再改进,从而开发出新的实验方案。
笔者看到网络上他人设计的“碳酸钙与盐酸反应”实验(见图5-a):倒立瓶子即反应,反应前后质量不变;打开瓶盖放气后,天平失去平衡。但它是一次性实验装置,在多个班级的连续授课中不方便,也浪费药品。
笔者的模仿设计(见图5-b):保留a装置优点(装置封闭、反应前后装置外形不变),再借鉴启普发生器原理(倾斜瓶子即反应)。
新课标初中化学解题思维方法:逆向法
用习惯性方法不能很好的解决实验中存在的问题时,不妨用反向探求的方式进行思考,常能达到柳暗花明的效果。
例如,用双氧水制氧气时的MnO2粉末不易回收,且液体浑浊影响现象的观察,这些缺点皆因MnO2是粉末状。若MnO2颗粒变大(做成大颗粒或装入布袋),问题不就迎刃而解了吗?徐州市的李为才老师因此发明了二氧化锰丸(将水泥在二氧化锰粉末上滚成团,晾干)。
再者,课本上检查装置气密性的两种方法都是通过增大装置内的气压来操作的,那么能否通过减小装置内气压来操作呢?于是,笔者又得出了“冷却法”(用凉毛巾冷却试管),以及图6所示的“抽气法”(外拉注射器活塞,若软胶管变瘪则装置不漏气)。
新课标初中化学解题思维方法:放大创新法
将某些不明显的实验现象放大是实验创新的有效技法,通过以大求新,从而追求感官效应。
初中化学中的吸热、放热实验多用温度计测量温度变化,而温度计刻度细小,学生不易观察。徐州市朱晓伟老师设计的“吸热、放热”实验装置(见图7),放大了实验现象:他在去底的塑料瓶里进行实验,产生的热效应会引起输液滴壶内封闭空气的体积变化,从而带动输液管内的红色液柱显著升高或降低 。
另外,不少老师改进“分子间有间隔”实验的思路都是“大容积瓶子+细长的管子”,这样水与酒精混合后体积的微小收缩,就能通过细管内液柱的明显下降而放大。当然,恰当的使用投影实验也可以放大实验现象。
新课标初中化学解题思维方法:缩小省略法
运用缩小、减少、删减等手段进行实验创新的技法,叫做缩小省略法。化学上的微型实验就是通过“缩一缩”、“省一省”技法研制出来的。
例如,笔者利用Y形管研制了“灭火器原理”实验(见图8),只要将Y形管倾斜,两种药液就能混合,同时快速产生二氧化碳;该微型装置还可用于“固液不加热型”制取气体(需在装有固体的支管口处塞一团棉花),且反应便于控制。
新课标初中化学解题思维方法:组合法
发明创造说到底就是两条路,一是全新的发现,二是把已有的物品进行组合。组合创新一般有异类组合、同类组合、主体附加、延伸组合等几种方法,常能达到1+1≥2的效果。
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