化学自制教具的研发与应用.docx

化学自制教具的研发与应用化学自制教具的研发与应用 化学新课程中的实验与传统课程中的实验相比，在内容的选择、设计和呈现方式上，都发生了很大的变化，表现出了生活化、趣味化、探究化的新特点，这给化学教师的实验教学研究提出了更高的要求。然而在现今中学理科实验配备中，能适应新课程实验改革的教学用具并不多。因此，贯彻执行与新课程相适应的实验教学理念，钻研教材教法、研制实用教具成为一种教学需要。 一、化学自制教具的涵义及其在教学中的作用 1、自制教具的涵义 教具是指在教学过程中使用的具有教学特点、体现教育思想、教育目标和教学方法的实物、模型等辅助课堂教学的直观教学用具。自制教具，顾名思义，则是指利用身边的废旧材料、易得物品，采用简单可行的方法，自己设计、制作的教具。它是教师在把握了深入理解教材，充分了解学生，精心设计教学过程这三者联系后的产物，是满足教学需要的工具，是教学效果的有效支撑和补充。这里需要指出的是化学自制教具的范围非常宽泛，它可以是传统的粉笔、黑板擦等，也可以是先进的传感器等电教设备。 2、自制教具在教学中的作用 自制教具，展示了教师的教学独创性 自制教具是教师根据教学经验对课堂教学行为进行创新的一项活动。它针对教学中的重点、难点和急需解决的问题而设计制作，融教师的教法和学生的学法于一体。这种设计制作改变了以往平铺直叙的课堂教学模式，极大地补充了教材资源、优化了教学结构，教师教得轻松而愉快，学生学得扎实而透彻。这都充分地展示出了教师的教学独创性。 自制教具，激发了学生的学习积极性 新课程标准特别关注学生的兴趣与好奇心。特别关注学生的求知欲望。而自制教具贴近生活，有较强的针对性与趣味性，用它来呈现科学现象，探索科学规律，学生感到亲切，感到好奇，感到兴奋。因此在教学中，利用自制教具适时适度地进行演示，有意识的创设出好奇情景，可以最大限度地激发学生的求知欲望，从而提高他们的学习主动性。其作用是一般的现成教具所无法比拟的。 自制教具，提升了化学教与学的广度和深度 对同一教材的同一内容，不同的教师可能在教学中有不同的处理。而即使是同一教师教同一内容，面对的教学对象不同，需要采取的教法也可能不同。因此，在研究不同教学方法的同时，就伴随着研制适应教学要求的不同的教具。而不同教具的研制成功，也就带来了不同教法的成熟。进而言之，新教具的成功和新教法的成熟，又提升了化学教与学的广度和深度。 二、基于需要的化学自制教具研发源泉 1、研发源于学生观察的需要 演示实验最主要的教学任务是将实验现象的变化展现在学生的眼前，并引导学生观察、思考，从而解决问题，这是一种最有效、最直观的教学手段。然而在目前以4550人为主的班级组织中，教师在讲台上演示的实验现象并不能让班级所有的学生都能清晰的观察到，尤其是座位较后的学生。基于这种需要，就应自制教具，以放大实验情景。 教具1：多功能实验仪器篮 传统的实验仪器篮功能单一，只用来盛放上课演示实验用的仪器药品等，对于一些不能拿在手中边做边讲的演示实验，如反应非常剧烈的实验或成套的物质制备实验，其只能放在讲台上演示，这就局限了学生的观察视野。因此想到我们每次实验必带的实验提篮，可在基础上进行改造，以充分挖掘它的另一功能增大演示实验的可视性。 图1a 图1b 图1c 图1d 如图1d，拿出实验用品后，将其倒置在讲台上，便可在上面进行演示实验，即使最后排的学生，也能清晰地观察到实验的现象。 本教具在不增加其它辅助用具的前提下，充分开发出了演示实验提篮的双重功能，既可盛放演示实验所需用品，又可增大演示实验的可见度和直观性。 2、研发源于教学设计的需要 设计并使用自制教具是为了辅助教学。教师在对教材中的工业流程图、化学发展的历史等进行教学设计时，若能适应教学需要自制出教材中所没有的形象教具，则将有助于学生的观察、理解和记忆，并为他们尽快地掌握知识而创造条件。 教具2：硫酸的制备流程示教板 大瓶空饮料瓶3个、软塑料管、泡沫塑料 利用3个大瓶空饮料瓶，依次制作好硫酸制备流程中的三个重要装置模型：沸腾炉、接触室、吸收塔。 图2a 图2b 本自制教具的使用，给了学生感性的、形象而具体的知识，增强了教学效果。同样，利用此想法，还可制作出工业制备硝酸的流程示教板、炼铁高炉模型等。 3、研发源于学生理解的需要 在化学教学中，常有这样的教学需求：宏观知识缩微描述，微观知识放大描述，抽象概念形象描述。但每遇此类教学需要，却常感无现成教具之苦。教师教得困难，学生学得吃力。而自制教具具有很强的针对性和灵活性，它应教学中遇到的学生知识理解上的难点而设计。如在讲解盐的双水解原理时，教材无现成实验辅助说明，学生理解起来有如空中楼阁。而自制的简易泡沫灭火器，有效地减轻了学生学习该抽象原理时的困难，并为他们尽快地掌握概念和规律创造了条件。 教具3：自制泡沫灭火器 矿泉水瓶1瓶、棒棒冰1个 去除棒棒冰内部的棒冰，配制饱和的Al2(SO4)3溶液。 在空矿泉水瓶的上部用针扎几个小孔，并在瓶中加入适量小苏打固体；在棒棒冰里面加满饱和的Al2(SO4)3溶液，并将其置于装有小苏打固体的空矿泉水瓶中，拧紧瓶盖，正放于桌上。 用手指堵牢第步制好的矿泉水瓶上的小孔，并将矿泉水瓶倒置，上下振荡几次，对准酒精灯火焰，松开堵小孔的手指，反应产生大量的白色泡沫，并很快将火焰扑灭。 图3a 图3b 图3c 图3d 通过该教具的使用，加深了学生对Al3+与HCO3-水解相互促进而产生Al(OH)3和CO2的理解，同时还增强了课堂教学的趣味性。 4、研发源于示错教学的需要 在进行课堂演示实验时，教师通常的做法是将正确的实验操作示范给学生，但学生在进行分组实验时，操作却往往规范不起来。究其原因是学生不知道操作不规范到底会有怎么样的后果。因而，教师在进行实验操作示范教学的同时，也要适当地运用一些示错教学法。 教具4：浓硫酸稀释操作示错教学仪 具支试管、单孔橡皮塞、直角玻璃导管、乳胶管、医用注射器、小气球、双面胶 在具支试管的支管口系一小气球，在直角玻璃导管的上端用双面胶粘一张pH试纸，将吸有少量水的注射器通过乳胶管与直角玻璃导管连接起来。小心地往试管中缓缓注入约为试管容积1/4的浓硫酸，然后，立即将单孔橡皮塞塞到试管口上，并旋紧。 图4a 图4b 轻推注射器的活塞，并将水缓缓注入到浓硫酸中。浓硫酸遇水释放出大量的热，气球快速鼓起，同时注入浓硫酸的水立即沸腾，夹带着酸液向四周飞溅，粘在导管上的pH试纸遇到溅起的酸液而出现很多红色的斑点。 学生通过气球膨胀，直观地体会到浓硫酸溶于水放出大量热的事实，同时pH试纸上的红色斑点直观地显示了酸液溅起的高度，从而使学生清晰地认识到“把水加入到浓硫酸中进行稀释是一种错误的实验操作，它极易酿成安全事故”。通过这种示错性教具的使用，学生知道了规范实验操作的重要性。 5、研发源于实验方法的需要 在实际的教学过程中，教具为教学效果的提升起到了极大的帮助。然而随着新材料和新方法的出现，原有的教具不再适应教学的需要，这时就需在原有教具的基础上，或调整、或改造、或更新、或创制新的教具。 教具5：吊针式吸气装置 大瓶空饮料瓶1个、乳胶管、具支试管、玻璃导管、橡胶塞、止水夹 在饮料瓶的瓶盖上打两个孔，将带有导管的双孔橡皮塞的导管从瓶塞上穿过，在饮料瓶中装满水，拧紧瓶盖，将饮料瓶倒立在铁架台的铁圈上，另一空瓶放在其下面用于待接水，此时，上瓶中的水不能流下。 图5a 图5b 缓缓打开止水夹，上瓶中的水受重力作用将流下进入到下面空瓶中，上瓶内形成负压，将反应产生的气体吸入具支试管中并形成连续的气泡。吸气的速率可由止水夹闭合的大小来控制。 原有教具的最大缺点是产生的气体不能很快地被试剂所吸收，而此教具通过负压 原理将气体很快地汇集起来，并通入到具支试管内的试剂中，从而使得实验效果更加的明显。此外，该教具还可用作检验可燃物在空气中燃烧后是否有CO2生成，以及火柴头中是否含有硫元素等。 6、研发源于分组实验的需要 随着课程改革的逐步深入，学生化学分组实验越来越多。对于有一定规模的学校来说，往往一次实验准备的液体药品只够几个班级使用，后续班级的实验要能顺利进行，就必需及时、快速地添加液体药品，但像H2SO4、NaOH溶液等液体药品是盛放于细口试剂瓶中，而实验时常用的细口试剂瓶的规格有60 mL、125 mL、250 mL，它们的瓶口直径均约为2 cm，瓶口太小。因此如果直接向细口试剂瓶中添加溶液，溶液就很可能洒落到试剂瓶外而造成药品的浪费。如果通过漏斗向细口试剂瓶中添加溶液，尽管可以避免溶液洒落到试剂瓶外，但由于添加液体时试剂瓶中的气体无法顺利导出，而致使液体不能快速地进入到试剂瓶中。因此，为保证实验教学的顺利进行，就需自制出适应学生分组实验要求的教具。 教具6：PVC三通管式快速加液器 普通漏斗1个，PVC三通管1个。 取一PVC三通管，如图6a所示；将普通漏斗置于PVC三通管上，如图6b所示。 图6a 图6b 将该教具置于待加溶液的细口试剂瓶上，通过漏斗添加试剂，如图5c所示。 图6c 按图6c所示装置向细口试剂瓶中添加溶液。 特点：本教具将PVC三通管与普通漏斗结合在一起，既解决了添加液体时试剂瓶中的气体不能顺利导出的问题，又解决了添加液体时溶液易洒落到试剂瓶外的问题。 用途：本教具既可实现细口试剂瓶中液体药品的快速添加，也可实现酒精灯中酒精的快速添加。 7、研发源于教育技术的需要 在科学技术发展的今天，自制教具应不断地突破传统的实验技术，较快地将现代科技融入其中，以提升现有教具的功能。比如在进行中和滴定实验时，传统的操作只能进行最简单的酸碱滴定，而对滴定过程中突跃现象的展现却无能为力。但若在现有教具的基础上结合传感器技术，则可非常清晰地将滴定的全过程呈现在学生的面前，从而使学生更好地理解滴定的实质。 教具7：原电池放电效果演示器 电流传感器、数据采集器、电脑、塑料小盒、锌片、铜片、1.0 mol·L-1 CuSO4溶液 将电流传感器的两极分别与Zn、Cu相连，并将Zn、Cu置于1.0 mol·L-1 CuSO4溶液中，再将数据采集器分别与电脑和电流传感器相连。 图7a 打开朗威DIS Lab实验软件，点击“通用软件”，再进行校正工作后，点击“系统控制”的“开始”按钮。将两电极间的间距先减小后增大，系统显示出如图7b所示的图形，说明减小电极间的间距可提高原电池的放电效果。同样的方法，利用该教具还可进一步做如下实验：探究不同电极对电流的影响；探究不同溶液对电流的影响；探究电极面积对电流的影响。 图7b 定量研究是在定性研究基础上进行的更高层次，通过该教具的使用，学生直观地看到了影响原电池放点效果的几种因素。 8、研发源于增强兴趣的需要 利用生活中的材料自制的教具可以激发学生的学习兴趣。教师要利用学生对实验的热爱，组织好实验教学。根据教材的要求和特点，精心自制一些对学生具有吸引力的演示实验教具，努力使化学课节节有收获，节节有兴趣。如学生在学习原电池原理后，通过自制水果电池，不但更好地理解科学知识，更感受到了科学的魅力。 教具8：易拉罐空气燃料电池 铝制易拉罐、枯木炭、导线、海绵、二极管、活性MnO2粉末、饱和食盐水、H2O2溶液 制作燃料电池正极：取一枯木炭，在海绵上平铺一些活性MnO2粉末，并用此海绵将枯木炭包裹好；制作燃料电池负极：取一铝制易拉罐，用剪刀去除易拉罐的罐盖。 图8a 图8b 将制作好的燃料电池正极放入易拉罐中，并在其中加入半罐的饱和食盐水，分别用导线将两电极与二极管的正负极相连，或分别用导线将两电极与小功率风扇的正负极相连。 图8c 图8d 该教具制作简单，可由学生自己动手实现，大大提高了学生学习电化学知识的兴趣，并使学生感受到了化学科技的魅力。同时该教具的制作材料均来源于日常生活，极大地拉近了化学与学生的距离。 三、关于化学自制教具研发的几点思考 1、教师应多参加一些自制教具相关的活动 大力开展自制教具活动，有利于促进教师以突出教学重点、突破教学难点为目的，以原有实验不足或教学过程中出现的新问题为突破口，而更加深入地挖掘教材，并钻研实验教学的规律。因此，教研部门要广泛开展一些自制教具相关类的活动，并制定奖励政策，鼓励更多的教师参与其中。 这种活动可以以教具评展的形式进行。如国家教育部为促使自制教具活动健康发展，在各地自制教具评展活动的基础上，每隔三年举办一次全国优秀自制教具评选活动，由教育部教学仪器研究所负责，该活动每次都能得到广大教师的支持，并涌现出了一大批优秀的自制教具。依据这种全国性的活动，浙江省每次也相应的举办全省优秀自制教具评选活动。省属的县市区同样也相应的举办了地区性的优秀自制教具评选活动。通过这种自下而上的活动，每次都能涌现出很多优秀的自制教具能手，并带动了一大批青年教师的积极参与。这种活动还可以以教具自制培训的形式进行。如学校可以将教具制作纳入学校校本培训计划之内，利用网络资源，从网上收集有关教具制作的文章作为培训的内容，或结合教材内容，邀请有经验的教师示范指导，讲授教具制作的方法和手工技能。所以，不管教师以哪种形式参与了自制教具活动，其自制教具的能力一定能得到极大程度的开发，因为看看别人的构思与制作，见得多了，想得多了，视野也就自然而然的开阔了。 2、教师应多参阅一些学科相关类的期刊 教具制作活动是一种运用已有知识和技能，设计方案、选择材料、加工组装成新产品，并且加以运用，进而获取新知识的综合性探究实践活动。这需要教师具有丰富的实验知识和过硬的操作技能。因此，教师在平时应多参阅一些学科相关类的期刊杂志，如北京师大杂志化学教育“实验教学与教具研制”栏目，华东师大杂志化学教学“实验研究”栏目，陕西师大杂志中学化学教学参考“实验园地”栏目，南京师大杂志化学教与学“实验教学研究”栏目，长沙理工大学杂志实验教学与仪器“自制教具”栏目，教育部教学仪器研究所杂志教学仪器与实验“仪器自制与改进”等栏目中的大量文章均介绍了化学实验教学及教具研制方面的新鲜经验和成果。如果教师经常翻阅这些杂志，那么，一定会从杂志中寻找到新鲜的教具设计与制作的灵感。