新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法
例如,課本上“二氧化碳滅火”實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)是:燒杯里2支蠟燭燃燒產(chǎn)生的熱氣流不斷上升,常會阻礙二氧化碳的下沉,致使“標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”難以出現(xiàn)。一番苦思冥想后,筆者裁剪了一張大小合適的凹形硬紙板,將其缺口向下插入大燒杯中(見圖1),順利改掉了上述缺點(diǎn)。另外,細(xì)沙的使用則方便了蠟燭的固定,也節(jié)省了二氧化碳。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:希望點(diǎn)列舉法
從個(gè)人愿望或教學(xué)需求出發(fā),對某一化學(xué)實(shí)驗(yàn)列出種種希望,并沿著希望點(diǎn)尋找發(fā)明目標(biāo),這就是希望點(diǎn)列舉法,它是設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)最常用的思維方法。
例如,設(shè)計(jì)“氨分子擴(kuò)散”實(shí)驗(yàn),筆者列出如下希望點(diǎn):①裝置盡量密閉;②氨水的用量少;③裝置固定,可反復(fù)使用。在上述希望點(diǎn)的引導(dǎo)下,筆者反復(fù)試驗(yàn),終于研制出圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置。只需將7-8滴濃氨水滴到彎曲的支管處,就會出現(xiàn)如下實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:中上部紗布條從下往上慢慢變紅,中下部紗布條不變色,從而說明:分子不斷運(yùn)動,氨氣比空氣密度下,氨水顯堿性;若微熱氨水,紗布條會很快變紅,這又說明溫度越高分子運(yùn)動速率越快。需要說明的是,因?yàn)榘彼昧可?,玻璃管?個(gè)端口可以不用濕潤的棉花塞住。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:移植法
移植法就是把已成熟的某種科學(xué)原理或?qū)嵱梅椒ㄒ牖瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中,從而設(shè)計(jì)出新的實(shí)驗(yàn)裝置或操作方法。
像課本上“檢驗(yàn)物質(zhì)燃燒生成二氧化碳”的方法(內(nèi)壁涂有石灰水的燒杯罩在火焰上),現(xiàn)象不明顯,操作不方便,尤其是沒有二氧化碳生成時(shí)石灰水也可能變渾(因?yàn)闅溲趸}溶解度遇熱變小)。筆者想,要是把燃燒產(chǎn)生的氣體直接聚集到盛有石灰水的某種容器內(nèi),不就方便檢驗(yàn)了嗎?這就想到了“注射器抽取液體的原理”,并將其成功移植到上述實(shí)驗(yàn)。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:替換法
替換法就是通過更換不同性能的材料,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置或?qū)嶒?yàn)方法,從而產(chǎn)生更好的實(shí)驗(yàn)效果。
如課本上“二氧化碳溶于水”實(shí)驗(yàn)的不足是:二氧化碳用量大;實(shí)驗(yàn)時(shí)只看到瓶子變癟,不能顯示二氧化碳溶解了多少。筆者思考,如果把塑料瓶換成容積較小的容器,且該容器能直觀顯示它所盛物質(zhì)的體積,不就改掉了原實(shí)驗(yàn)的不足嗎?至此,實(shí)驗(yàn)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,封閉針管后用力振蕩,活塞會自行向前推進(jìn),最后停在12mL刻度處(見圖4),這充分說明10mL的水約能溶解8mL的二氧化碳。
另外,滬教版“化學(xué)變化的現(xiàn)象”實(shí)驗(yàn),是利用“煤油燃燒”、“氯化氫與氨氣混合”、“碘化鉀與硝酸銀反應(yīng)”這3個(gè)小實(shí)驗(yàn)來說明的。但是,“煤油燃燒”、“氯化氫與氨氣混合實(shí)驗(yàn)”污染較重;硝酸銀試劑價(jià)格高,碘化鉀試劑初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室一般沒有;且上述實(shí)驗(yàn)沒有體現(xiàn)化學(xué)變化放出氣體。于是,筆者利用替換法改進(jìn)該實(shí)驗(yàn):用發(fā)光、變色、冒煙、放熱的“鎂帶燃燒”實(shí)驗(yàn)代替“煤油燃燒”和“氯化氫與氨氣混合”這2個(gè)實(shí)驗(yàn);用既產(chǎn)生紅褐色沉淀、又放出氣體的“硫酸鐵與小蘇打反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)代替“碘化鉀與硝酸銀反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:模仿法
模仿法就是模仿和借鑒已有實(shí)驗(yàn)中某些有效因素,并對其再改進(jìn),從而開發(fā)出新的實(shí)驗(yàn)方案。
筆者看到網(wǎng)絡(luò)上他人設(shè)計(jì)的“碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)(見圖5-a):倒立瓶子即反應(yīng),反應(yīng)前后質(zhì)量不變;打開瓶蓋放氣后,天平失去平衡。但它是一次性實(shí)驗(yàn)裝置,在多個(gè)班級的連續(xù)授課中不方便,也浪費(fèi)藥品。
筆者的模仿設(shè)計(jì)(見圖5-b):保留a裝置優(yōu)點(diǎn)(裝置封閉、反應(yīng)前后裝置外形不變),再借鑒啟普發(fā)生器原理(傾斜瓶子即反應(yīng))。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:逆向法
用習(xí)慣性方法不能很好的解決實(shí)驗(yàn)中存在的問題時(shí),不妨用反向探求的方式進(jìn)行思考,常能達(dá)到柳暗花明的效果。
例如,用雙氧水制氧氣時(shí)的MnO2粉末不易回收,且液體渾濁影響現(xiàn)象的觀察,這些缺點(diǎn)皆因MnO2是粉末狀。若MnO2顆粒變大(做成大顆粒或裝入布袋),問題不就迎刃而解了嗎?徐州市的李為才老師因此發(fā)明了二氧化錳丸(將水泥在二氧化錳粉末上滾成團(tuán),晾干)。
再者,課本上檢查裝置氣密性的兩種方法都是通過增大裝置內(nèi)的氣壓來操作的,那么能否通過減小裝置內(nèi)氣壓來操作呢?于是,筆者又得出了“冷卻法”(用涼毛巾冷卻試管),以及圖6所示的“抽氣法”(外拉注射器活塞,若軟膠管變癟則裝置不漏氣)。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:放大創(chuàng)新法
將某些不明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象放大是實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的有效技法,通過以大求新,從而追求感官效應(yīng)。
初中化學(xué)中的吸熱、放熱實(shí)驗(yàn)多用溫度計(jì)測量溫度變化,而溫度計(jì)刻度細(xì)小,學(xué)生不易觀察。徐州市朱曉偉老師設(shè)計(jì)的“吸熱、放熱”實(shí)驗(yàn)裝置(見圖7),放大了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:他在去底的塑料瓶里進(jìn)行實(shí)驗(yàn),產(chǎn)生的熱效應(yīng)會引起輸液滴壺內(nèi)封閉空氣的體積變化,從而帶動輸液管內(nèi)的紅色液柱顯著升高或降低 。
另外,不少老師改進(jìn)“分子間有間隔”實(shí)驗(yàn)的思路都是“大容積瓶子+細(xì)長的管子”,這樣水與酒精混合后體積的微小收縮,就能通過細(xì)管內(nèi)液柱的明顯下降而放大。當(dāng)然,恰當(dāng)?shù)氖褂猛队皩?shí)驗(yàn)也可以放大實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:縮小省略法
運(yùn)用縮小、減少、刪減等手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的技法,叫做縮小省略法?;瘜W(xué)上的微型實(shí)驗(yàn)就是通過“縮一縮”、“省一省”技法研制出來的。
例如,筆者利用Y形管研制了“滅火器原理”實(shí)驗(yàn)(見圖8),只要將Y形管傾斜,兩種藥液就能混合,同時(shí)快速產(chǎn)生二氧化碳;該微型裝置還可用于“固液不加熱型”制取氣體(需在裝有固體的支管口處塞一團(tuán)棉花),且反應(yīng)便于控制。
新課標(biāo)初中化學(xué)解題思維方法:組合法
發(fā)明創(chuàng)造說到底就是兩條路,一是全新的發(fā)現(xiàn),二是把已有的物品進(jìn)行組合。組合創(chuàng)新一般有異類組合、同類組合、主體附加、延伸組合等幾種方法,常能達(dá)到1+1≥2的效果。
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