黎宙 湯韜 黃晏萍

【摘要】本文通過十五位初三化學(xué)教師參加的實(shí)驗(yàn)操作比賽中出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，并結(jié)合比賽選手的表現(xiàn)提出一些今后教學(xué)的建議，以提高這個(gè)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】教師;實(shí)驗(yàn)操作比賽;問題;探討

2020年底，有幸成為初三化學(xué)教師實(shí)驗(yàn)操作比賽的評(píng)委，評(píng)比的內(nèi)容是《測(cè)定空氣里氧氣的含量》，要求比賽教師用說課等形式在12分鐘內(nèi)一邊做實(shí)驗(yàn)一邊分析實(shí)驗(yàn)，得出空氣里氧氣含量的結(jié)論。參加比賽的選手大部分是青年教師，也有經(jīng)驗(yàn)豐富的中年教師。儀器藥品由比賽地點(diǎn)學(xué)校提供，參賽選手抽簽確定比賽序號(hào)后，按序號(hào)提前組裝儀器，然后進(jìn)行比賽。對(duì)于初三化學(xué)教師來說，《測(cè)定空氣里氧氣的含量》是比較簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，參賽老師己經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)比賽，有心理準(zhǔn)備，應(yīng)該說是一次比較輕松的比賽。但比賽的結(jié)果卻讓人大跌眼鏡，實(shí)驗(yàn)的成功率不到30%，大部分的選手沒有做到集氣瓶?jī)?nèi)水面上升到約1/5處，無法通過現(xiàn)象得出氧氣占空氣體積的1/5的結(jié)論。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)：成功實(shí)驗(yàn)約3至4人，水面上升超過1/5的約1人，有2位老師因?yàn)榫o張忘記關(guān)閉彈簧夾造成失敗，另有1位老師因把時(shí)間浪費(fèi)在如何把集氣瓶水面上的空間進(jìn)行五等分導(dǎo)致沒有時(shí)間做實(shí)驗(yàn)外，另有7人的實(shí)驗(yàn)水面上升遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于1/5，或者說幾乎沒有水流進(jìn)燒杯。實(shí)驗(yàn)失敗的原因是什么呢？這個(gè)問題引起了我的極大興趣，作為初三化學(xué)的任課教師，因?yàn)榫o張少數(shù)人出現(xiàn)失誤是可以理解的，但大面積的實(shí)驗(yàn)失敗肯定是存在問題的。我認(rèn)真觀察選手們的實(shí)驗(yàn)操作和歸還的實(shí)驗(yàn)裝置與藥品，并與選手簡(jiǎn)單交流，檢查使用過的儀器裝置的氣密性，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)問題值得探討，下面逐一進(jìn)行敘述。

一、水面上升距離1/5還有較大差距的問題

1.根據(jù)教輔資料和多年經(jīng)驗(yàn)，《測(cè)定空氣里氧氣的含量》有許多影響因素，如：導(dǎo)管中還滯留有水、集氣瓶中的氧氣沒有完全消耗、點(diǎn)燃的紅磷伸入集氣瓶時(shí)造成氣體膨脹逸出，這些因素在本實(shí)驗(yàn)中互相制約，互相抵消影響后水面能上升到約為1/5處。因此，按課本的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只要不出現(xiàn)諸如：紅磷量不足、裝置漏氣、集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾等錯(cuò)誤操作，水面上升約占空氣體積的1/5是沒有問題的。較多的選手出現(xiàn)水面上升離1/5還有較大差距，這是什么原因呢？通過觀察選手們的操作，紅磷的量都取得非常多，一般都是蓋滿燃燒匙，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后紅磷還有大量剩余，因此，紅磷的用量不是失敗的原因。集氣瓶未冷卻到室溫就打開彈簧夾這一現(xiàn)象確實(shí)出現(xiàn)在少數(shù)選手身上，因?yàn)闀r(shí)間只有12分鐘，做實(shí)驗(yàn)前鋪墊過多，就會(huì)造成時(shí)間緊張，聽到結(jié)束提示音后，提前打開彈簧夾，導(dǎo)致流入的水過少，但后續(xù)沒有觀察到燒杯中的水繼續(xù)流入集氣瓶這一現(xiàn)象。歸根到底實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因還是氣密性不好，造成紅磷燃燒后空氣進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)接近大氣壓，燒杯中的水不能流入集氣瓶。比賽前選手要準(zhǔn)備儀器裝置，應(yīng)該會(huì)預(yù)先檢查氣密性，那么問題究竟出在哪里？我把比賽過程中觀察到的一些較為反常的現(xiàn)象聯(lián)系起來分析：

反?，F(xiàn)象1：一位男選手在橡皮塞和導(dǎo)管、燃燒匙的連接處用濕紙巾包住，解釋說是防止裝置漏氣，從教幾十年，第一次見到這樣的操作，以為是橡膠塞上的孔太大，玻璃管和橡膠塞之間有松動(dòng)，造成氣密性不好。

反?，F(xiàn)象2：比賽期間天氣嚴(yán)寒，氣溫100C以下。比賽的選手介紹說，由于天氣比較寒冷，手比較涼，須用熱毛巾來做氣密性檢查。根據(jù)我的經(jīng)驗(yàn)，冬天做氣密性檢查用手捂集氣瓶的效果是非常明顯的。用熱毛巾捂和用酒精燈微熱是在夏天氣溫高的時(shí)候的做法，因?yàn)槭直砻娴臏囟扰c空氣的溫度相差不大。用熱毛巾捂，能使氣體迅速膨脹而產(chǎn)生氣泡，對(duì)于輕微漏氣是檢測(cè)不出來的。后面陸陸續(xù)續(xù)還有六七位選手這樣操作，但氣密性檢查還是不理想，有兩三位選手甚至沒做氣密性檢查，這是出現(xiàn)問題的節(jié)奏啊。

反常現(xiàn)象3：選手做過實(shí)驗(yàn)的橡膠塞上與集氣瓶口接觸的地方都有損壞，是一條深深的劃痕，并出現(xiàn)少量橡皮脫落現(xiàn)象。我們知道，集氣瓶口里面是光滑的，便于與橡膠塞緊密貼合，光滑面是不可能造成橡膠塞損壞的。

根據(jù)以上三種反常現(xiàn)象，可以得出實(shí)驗(yàn)失敗的原因就是氣密性不好造成的。氣密性不好的原因是集氣瓶的質(zhì)量問題造成的，集氣瓶口有向內(nèi)突出的邊鋒造成瓶塞損壞而漏氣。比賽地點(diǎn)學(xué)校提供的儀器中，300mL的集氣瓶有兩種，大部分是新的集氣瓶，瓶口處有向內(nèi)突出的邊鋒，用手摸能夠明顯感覺得到。選手們做過實(shí)驗(yàn)后橡皮塞都出現(xiàn)了表皮損壞，就是瓶口突出的邊鋒造成的;另一種是舊集氣瓶，發(fā)現(xiàn)不多，其中一個(gè)是比賽選手從外校帶來。舊集氣瓶瓶口內(nèi)表面光滑平整，用過的橡膠塞表面沒有損壞，檢查氣密性時(shí)沒有使用熱毛巾，并且有非常明顯的氣泡。橡膠塞都是9號(hào)塞，稍大一點(diǎn)，使用時(shí)只有少量橡膠塞能塞進(jìn)集氣瓶，大部分橡膠塞暴露在瓶外，當(dāng)時(shí)選手們做實(shí)驗(yàn)時(shí)，把燃燒匙伸入集氣瓶中時(shí)都是用力向下壓，因?yàn)闇?zhǔn)備階段橡膠塞就被新集氣瓶口內(nèi)突出的邊鋒損壞，向下壓沒有讓橡膠塞與突出的邊鋒嵌合緊密，導(dǎo)致漏氣。

因此，教師平時(shí)演示紅磷燃燒測(cè)量空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)要注意以下幾點(diǎn)：

1.導(dǎo)管和燃燒匙與橡膠塞之間如果松動(dòng)確實(shí)會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，解決方法是涂抹凡士林進(jìn)行密封，在橡膠塞上包濕紙巾的操作不適合科學(xué)實(shí)驗(yàn)，只能當(dāng)作應(yīng)急處理。

2.橡膠塞與集氣瓶之間出現(xiàn)漏氣是因?yàn)榍逗喜缓?，注意要找瓶口?biāo)準(zhǔn)的集氣瓶，橡膠塞不要使用老化的橡膠塞，剛?cè)M(jìn)集氣瓶時(shí)要旋緊，防止氣體受熱膨脹使橡膠塞彈出。

3.大多數(shù)選手把燃燒匙伸入集氣瓶時(shí)都用力壓橡膠塞，實(shí)際上橡膠塞伸入集氣瓶后最好是旋緊，能更好的防止氣體膨脹時(shí)造成瓶塞松脫漏氣。包括橡膠塞塞入試管制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，塞入橡膠塞后也是旋緊，而不是壓緊。曾經(jīng)到一些學(xué)校調(diào)研，許多學(xué)生用試管裝藥品后拼命壓橡膠塞而不是采用旋緊的方法，真擔(dān)心壓裂試管口，造成手部受傷。

二、水面上升超過1/5的問題

最后一位選手沒有使用比賽地點(diǎn)學(xué)校提供的實(shí)驗(yàn)儀器，用自帶的儀器裝置做紅磷燃燒測(cè)量空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)，檢查氣密性和操作都非常順利，并且還預(yù)先在導(dǎo)管中充滿水，防止水滯留在導(dǎo)管中。但打開彈簧夾卻發(fā)現(xiàn)水面上升超過1/5，約為1.5/5，比賽選手還分析了超過1/5的原因是：①燃燒匙伸入集氣瓶時(shí)彈簧夾未夾緊橡膠管，造成氣體通過橡膠管逸出，②燃燒匙伸入集氣瓶過慢，造成瓶?jī)?nèi)空氣逸出，因此有較多的水流進(jìn)集氣瓶。但比賽選手的導(dǎo)管預(yù)先充滿水并夾緊彈簧夾，還把導(dǎo)管口浸入水中，未發(fā)現(xiàn)有氣泡逸出;比賽選手操作實(shí)驗(yàn)還是比較迅速的，伸入速度慢也不是主要原因，哪么，原因是什么？