化學(xué)自制教具的研發(fā)與應(yīng)用

1、化學(xué)自制教具的研發(fā)與應(yīng)用化學(xué)新課程中的實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)課程中的實(shí)驗(yàn)相比，在內(nèi)容的選擇、設(shè)計(jì)和呈現(xiàn)方式上，都發(fā)生了很大的變化，表現(xiàn)出了生活化、趣味化、探究化的新特點(diǎn)，這給化學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究提出了更高的要求。然而在現(xiàn)今中學(xué)理科實(shí)驗(yàn)配備中，能適應(yīng)新課程實(shí)驗(yàn)改革的教學(xué)用具并不多。因此，貫徹執(zhí)行與新課程相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，鉆研教材教法、研制實(shí)用教具成為一種教學(xué)需要。一、化學(xué)自制教具的涵義及其在教學(xué)中的作用1、自制教具的涵義教具是指在教學(xué)過程中使用的具有教學(xué)特點(diǎn)、體現(xiàn)教育思想、教育目標(biāo)和教學(xué)方法的實(shí)物、模型等輔助課堂教學(xué)的直觀教學(xué)用具。自制教具，顧名思義，則是指利用身邊的廢舊材料、易得物品，采用簡(jiǎn)單可行的

2、方法，自己設(shè)計(jì)、制作的教具。它是教師在把握了深入理解教材，充分了解學(xué)生，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程這三者聯(lián)系后的產(chǎn)物，是滿足教學(xué)需要的工具，是教學(xué)效果的有效支撐和補(bǔ)充。這里需要指出的是化學(xué)自制教具的范圍非常寬泛，它可以是傳統(tǒng)的粉筆、黑板擦等，也可以是先進(jìn)的傳感器等電教設(shè)備。2、自制教具在教學(xué)中的作用（1）自制教具，展示了教師的教學(xué)獨(dú)創(chuàng)性自制教具是教師根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)課堂教學(xué)行為進(jìn)行創(chuàng)新的一項(xiàng)活動(dòng)。它針對(duì)教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)和急需解決的問題而設(shè)計(jì)制作，融教師的教法和學(xué)生的學(xué)法于一體。這種設(shè)計(jì)制作改變了以往平鋪直敘的課堂教學(xué)模式，極大地補(bǔ)充了教材資源、優(yōu)化了教學(xué)結(jié)構(gòu)，教師教得輕松而愉快，學(xué)生學(xué)得扎實(shí)而透徹。這都

3、充分地展示出了教師的教學(xué)獨(dú)創(chuàng)性。（2）自制教具，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性新課程標(biāo)準(zhǔn)特別關(guān)注學(xué)生的興趣與好奇心。特別關(guān)注學(xué)生的求知欲望。而自制教具貼近生活，有較強(qiáng)的針對(duì)性與趣味性，用它來呈現(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，探索科學(xué)規(guī)律，學(xué)生感到親切，感到好奇，感到興奮。因此在教學(xué)中，利用自制教具適時(shí)適度地進(jìn)行演示，有意識(shí)的創(chuàng)設(shè)出好奇情景，可以最大限度地激發(fā)學(xué)生的求知欲望，從而提高他們的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。其作用是一般的現(xiàn)成教具所無法比擬的。（3）自制教具，提升了化學(xué)教與學(xué)的廣度和深度對(duì)同一教材的同一內(nèi)容，不同的教師可能在教學(xué)中有不同的處理。而即使是同一教師教同一內(nèi)容，面對(duì)的教學(xué)對(duì)象不同，需要采取的教法也可能不同。因此，在研究不

4、同教學(xué)方法的同時(shí)，就伴隨著研制適應(yīng)教學(xué)要求的不同的教具。而不同教具的研制成功，也就帶來了不同教法的成熟。進(jìn)而言之，新教具的成功和新教法的成熟，又提升了化學(xué)教與學(xué)的廣度和深度。二、基于需要的化學(xué)自制教具研發(fā)源泉1、研發(fā)源于學(xué)生觀察的需要演示實(shí)驗(yàn)最主要的教學(xué)任務(wù)是將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化展現(xiàn)在學(xué)生的眼前，并引導(dǎo)學(xué)生觀察、思考，從而解決問題，這是一種最有效、最直觀的教學(xué)手段。然而在目前以4550人為主的班級(jí)組織中，教師在講臺(tái)上演示的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并不能讓班級(jí)所有的學(xué)生都能清晰的觀察到，尤其是座位較后的學(xué)生?；谶@種需要，就應(yīng)自制教具，以放大實(shí)驗(yàn)情景。教具1：多功能實(shí)驗(yàn)儀器籃【制作背景】傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)儀器籃功能單一，只

5、用來盛放上課演示實(shí)驗(yàn)用的儀器藥品等（如圖1a），對(duì)于一些不能拿在手中邊做邊講的演示實(shí)驗(yàn)，如反應(yīng)非常劇烈的實(shí)驗(yàn)或成套的物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)，其只能放在講臺(tái)上演示，這就局限了學(xué)生的觀察視野（如圖1b，坐在第二排的同學(xué)就已經(jīng)看不清講臺(tái)上的演示實(shí)驗(yàn)了）。因此想到我們每次實(shí)驗(yàn)必帶的實(shí)驗(yàn)提籃，可在（如圖1a）基礎(chǔ)上進(jìn)行改造（如圖1c），以充分挖掘它的另一功能增大演示實(shí)驗(yàn)的可視性。 圖1a 圖1b 圖1c 圖1d【使用方法】如圖1d，拿出實(shí)驗(yàn)用品后，將其倒置在講臺(tái)上，便可在上面進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，即使最后排的學(xué)生，也能清晰地觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。【教具特點(diǎn)】本教具在不增加其它輔助用具的前提下，充分開發(fā)出了演示實(shí)驗(yàn)提籃的雙重功

6、能，既可盛放演示實(shí)驗(yàn)所需用品，又可增大演示實(shí)驗(yàn)的可見度和直觀性。2、研發(fā)源于教學(xué)設(shè)計(jì)的需要設(shè)計(jì)并使用自制教具是為了輔助教學(xué)。教師在對(duì)教材中的工業(yè)流程圖、化學(xué)發(fā)展的歷史等進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，若能適應(yīng)教學(xué)需要自制出教材中所沒有的形象教具，則將有助于學(xué)生的觀察、理解和記憶，并為他們盡快地掌握知識(shí)而創(chuàng)造條件。教具2：硫酸的制備流程示教板【制作材料】大瓶空飲料瓶（2.5 L）3個(gè)、軟塑料管、泡沫塑料【制作方法】利用3個(gè)大瓶空飲料瓶（如圖2a），依次制作好硫酸制備流程中的三個(gè)重要裝置模型：沸騰爐、接觸室、吸收塔（如圖2b）。 圖2a 圖2b【教具特點(diǎn)】本自制教具的使用，給了學(xué)生感性的、形象而具體的知識(shí)，增強(qiáng)了

7、教學(xué)效果。同樣，利用此想法，還可制作出工業(yè)制備硝酸的流程示教板、煉鐵高爐模型等。3、研發(fā)源于學(xué)生理解的需要在化學(xué)教學(xué)中，常有這樣的教學(xué)需求：宏觀知識(shí)縮微描述，微觀知識(shí)放大描述，抽象概念形象描述。但每遇此類教學(xué)需要，卻常感無現(xiàn)成教具之苦。教師教得困難，學(xué)生學(xué)得吃力。而自制教具具有很強(qiáng)的針對(duì)性和靈活性，它應(yīng)教學(xué)中遇到的學(xué)生知識(shí)理解上的難點(diǎn)而設(shè)計(jì)。如在講解鹽的雙水解原理時(shí)，教材無現(xiàn)成實(shí)驗(yàn)輔助說明，學(xué)生理解起來有如空中樓閣。而自制的簡(jiǎn)易泡沫滅火器，有效地減輕了學(xué)生學(xué)習(xí)該抽象原理時(shí)的困難，并為他們盡快地掌握概念和規(guī)律創(chuàng)造了條件。教具3：自制泡沫滅火器【制作材料】礦泉水瓶（550 mL）1瓶、棒棒冰1個(gè)【

8、制作方法】（1）去除棒棒冰內(nèi)部的棒冰，配制飽和的Al2(SO4)3溶液（如圖3a）。（2）在空礦泉水瓶的上部用針扎幾個(gè)小孔，并在瓶中加入適量小蘇打固體；在棒棒冰里面加滿飽和的Al2(SO4)3溶液（加少許洗滌劑），并將其置于裝有小蘇打固體的空礦泉水瓶中，擰緊瓶蓋，正放于桌上（如圖3b）。（3）用手指堵牢第（2）步制好的礦泉水瓶上的小孔，并將礦泉水瓶倒置（使Al2(SO4)3與NaHCO3接觸），上下振蕩幾次，對(duì)準(zhǔn)酒精燈火焰，松開堵小孔的手指（如圖3c），反應(yīng)產(chǎn)生大量的白色泡沫，并很快將火焰撲滅（如圖3d）。 圖3a 圖3b 圖3c 圖3d【教具特點(diǎn)】通過該教具的使用，加深了學(xué)生對(duì)Al3+與HC

9、O3-水解相互促進(jìn)而產(chǎn)生Al(OH)3和CO2的理解，同時(shí)還增強(qiáng)了課堂教學(xué)的趣味性。4、研發(fā)源于示錯(cuò)教學(xué)的需要在進(jìn)行課堂演示實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師通常的做法是將正確的實(shí)驗(yàn)操作示范給學(xué)生，但學(xué)生在進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作卻往往規(guī)范不起來。究其原因是學(xué)生不知道操作不規(guī)范到底會(huì)有怎么樣的后果。因而，教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作示范教學(xué)的同時(shí)，也要適當(dāng)?shù)剡\(yùn)用一些示錯(cuò)教學(xué)法。教具4：濃硫酸稀釋操作示錯(cuò)教學(xué)儀【制作材料】具支試管（25 mm×200 mm）、單孔橡皮塞、直角玻璃導(dǎo)管、乳膠管、醫(yī)用注射器、小氣球、雙面膠【制作方法】（1）在具支試管的支管口系一小氣球，在直角玻璃導(dǎo)管的上端用雙面膠粘一張pH試紙，將吸有少量水

10、的注射器通過乳膠管與直角玻璃導(dǎo)管連接起來（如圖4a）。小心地往試管中緩緩注入約為試管容積1/4的濃硫酸，然后，立即將單孔橡皮塞塞到試管口上，并旋緊。 圖4a 圖4b（2）輕推注射器的活塞，并將水緩緩注入到濃硫酸中。濃硫酸遇水釋放出大量的熱，氣球快速鼓起，同時(shí)注入濃硫酸的水立即沸騰，夾帶著酸液向四周飛濺，粘在導(dǎo)管上的pH試紙遇到濺起的酸液而出現(xiàn)很多紅色的斑點(diǎn)（如圖4b）。【教具特點(diǎn)】學(xué)生通過氣球膨脹，直觀地體會(huì)到濃硫酸溶于水放出大量熱的事實(shí)，同時(shí)pH試紙上的紅色斑點(diǎn)直觀地顯示了酸液濺起的高度，從而使學(xué)生清晰地認(rèn)識(shí)到“把水加入到濃硫酸中進(jìn)行稀釋是一種錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)操作，它極易釀成安全事故”。通過這種示

11、錯(cuò)性教具的使用，學(xué)生知道了規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作的重要性。5、研發(fā)源于實(shí)驗(yàn)方法的需要在實(shí)際的教學(xué)過程中，教具為教學(xué)效果的提升起到了極大的幫助。然而隨著新材料和新方法的出現(xiàn)，原有的教具不再適應(yīng)教學(xué)的需要，這時(shí)就需在原有教具的基礎(chǔ)上，或調(diào)整、或改造、或更新、或創(chuàng)制新的教具。教具5：吊針式吸氣裝置【制作材料】大瓶空飲料瓶（2.5 L）1個(gè)、乳膠管、具支試管（25 mm×200 mm）、玻璃導(dǎo)管、橡膠塞（單孔、雙孔各1個(gè)）、止水夾【制作方法】（1）在飲料瓶的瓶蓋上打兩個(gè)孔，將帶有導(dǎo)管的雙孔橡皮塞的導(dǎo)管從瓶塞上穿過，在飲料瓶中裝滿水，擰緊瓶蓋，將飲料瓶倒立在鐵架臺(tái)的鐵圈上，另一空瓶放在其下面用于待接水，

12、此時(shí)，上瓶中的水不能流下（如圖5a）。 圖5a 圖5b（2）緩緩打開止水夾，上瓶中的水受重力作用將流下進(jìn)入到下面空瓶中，上瓶?jī)?nèi)形成負(fù)壓，將反應(yīng)產(chǎn)生的氣體吸入具支試管中并形成連續(xù)的氣泡（如圖5b）。吸氣的速率可由止水夾閉合的大小來控制?！窘叹咛攸c(diǎn)】原有教具的最大缺點(diǎn)是產(chǎn)生的氣體不能很快地被試劑所吸收，而此教具通過負(fù)壓 原理將氣體很快地匯集起來，并通入到具支試管內(nèi)的試劑中，從而使得實(shí)驗(yàn)效果更加的明顯。此外，該教具還可用作檢驗(yàn)可燃物（如木炭、甲烷等）在空氣中燃燒后是否有CO2生成，以及火柴頭中是否含有硫元素等。6、研發(fā)源于分組實(shí)驗(yàn)的需要隨著課程改革的逐步深入，學(xué)生化學(xué)分組實(shí)驗(yàn)越來越多。對(duì)于有一定規(guī)模

13、的學(xué)校來說，往往一次實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的液體藥品只夠幾個(gè)班級(jí)使用，后續(xù)班級(jí)的實(shí)驗(yàn)要能順利進(jìn)行，就必需及時(shí)、快速地添加液體藥品，但像H2SO4、NaOH溶液等液體藥品是盛放于細(xì)口試劑瓶中，而實(shí)驗(yàn)時(shí)常用的細(xì)口試劑瓶的規(guī)格有60 mL、125 mL、250 mL，它們的瓶口直徑均約為2 cm，瓶口太小。因此如果直接向細(xì)口試劑瓶中添加溶液，溶液就很可能灑落到試劑瓶外而造成藥品的浪費(fèi)。如果通過漏斗向細(xì)口試劑瓶中添加溶液，盡管可以避免溶液灑落到試劑瓶外，但由于添加液體時(shí)試劑瓶中的氣體無法順利導(dǎo)出，而致使液體不能快速地進(jìn)入到試劑瓶中。因此，為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利進(jìn)行，就需自制出適應(yīng)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)要求的教具。教具6：PVC

14、三通管式快速加液器【制作材料】普通漏斗1個(gè)，PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長(zhǎng)度7 cm）1個(gè)。【制作方法】（1）取一PVC三通管（管口直徑3.2 cm，長(zhǎng)度7 cm），如圖6a所示；將普通漏斗置于PVC三通管上，如圖6b所示。 圖6a 圖6b（2）將該教具置于待加溶液的細(xì)口試劑瓶上，通過漏斗添加試劑，如圖5c所示。 圖6c【使用方法】按圖6c所示裝置向細(xì)口試劑瓶中添加溶液。【教具特點(diǎn)及用途】（1）特點(diǎn)：本教具將PVC三通管與普通漏斗結(jié)合在一起，既解決了添加液體時(shí)試劑瓶中的氣體不能順利導(dǎo)出的問題，又解決了添加液體時(shí)溶液易灑落到試劑瓶外的問題。（2）用途：本教具既可實(shí)現(xiàn)細(xì)口試劑瓶中液體藥品的

15、快速添加，也可實(shí)現(xiàn)酒精燈中酒精的快速添加。7、研發(fā)源于教育技術(shù)的需要在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的今天，自制教具應(yīng)不斷地突破傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，較快地將現(xiàn)代科技融入其中，以提升現(xiàn)有教具的功能。比如在進(jìn)行中和滴定實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)的操作只能進(jìn)行最簡(jiǎn)單的酸堿滴定，而對(duì)滴定過程中突躍現(xiàn)象的展現(xiàn)卻無能為力。但若在現(xiàn)有教具的基礎(chǔ)上結(jié)合傳感器技術(shù)，則可非常清晰地將滴定的全過程呈現(xiàn)在學(xué)生的面前，從而使學(xué)生更好地理解滴定的實(shí)質(zhì)。教具7：原電池放電效果演示器【制作材料】電流傳感器、數(shù)據(jù)采集器、電腦、塑料小盒（1個(gè)）、鋅片、銅片、1.0 mol·L-1 CuSO4溶液【制作方法】（1）將電流傳感器的兩極分別與Zn、Cu相連，并

16、將Zn、Cu置于1.0 mol·L-1 CuSO4溶液中，再將數(shù)據(jù)采集器分別與電腦和電流傳感器相連（如圖7a）。圖7a（2）打開朗威DIS Lab實(shí)驗(yàn)軟件，點(diǎn)擊“通用軟件”，再進(jìn)行校正工作后，點(diǎn)擊“系統(tǒng)控制”的“開始”按鈕。將兩電極間的間距先減小后增大，系統(tǒng)顯示出如圖7b所示的圖形，說明減小電極間的間距可提高原電池的放電效果。同樣的方法，利用該教具還可進(jìn)一步做如下實(shí)驗(yàn)：探究不同電極對(duì)電流的影響；探究不同溶液對(duì)電流的影響；探究電極面積對(duì)電流的影響。圖7b【教具特點(diǎn)】定量研究是在定性研究基礎(chǔ)上進(jìn)行的更高層次，通過該教具的使用，學(xué)生直觀地看到了影響原電池放點(diǎn)效果的幾種因素。8、研發(fā)源于增強(qiáng)

17、興趣的需要利用生活中的材料自制的教具可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。教師要利用學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的熱愛，組織好實(shí)驗(yàn)教學(xué)。根據(jù)教材的要求和特點(diǎn)，精心自制一些對(duì)學(xué)生具有吸引力的演示實(shí)驗(yàn)教具，努力使化學(xué)課節(jié)節(jié)有收獲，節(jié)節(jié)有興趣。如學(xué)生在學(xué)習(xí)原電池原理后，通過自制水果電池，不但更好地理解科學(xué)知識(shí)，更感受到了科學(xué)的魅力。教具8：易拉罐（鋁）空氣燃料電池【制作材料】鋁制易拉罐、枯木炭、導(dǎo)線、海綿、二極管（或小功率風(fēng)扇）、活性MnO2粉末、飽和食鹽水（或濃NaOH溶液）、H2O2溶液【制作方法】（1）制作燃料電池正極：取一枯木炭（市場(chǎng)上有售或用火燒過的也可），在海綿上平鋪一些活性MnO2粉末（如圖8a），并用此海綿將枯木炭

18、包裹好（如圖8b左圖）；制作燃料電池負(fù)極：取一鋁制易拉罐，用剪刀去除易拉罐的罐蓋（如圖8b右圖）。 圖8a 圖8b（2）將制作好的燃料電池正極放入易拉罐中，并在其中加入半罐的飽和食鹽水（為增加O2的量，可在飽和食鹽水中加入少許H2O2溶液），分別用導(dǎo)線將兩電極與二極管的正負(fù)極相連（如圖8c），或分別用導(dǎo)線將兩電極與小功率風(fēng)扇的正負(fù)極相連（如圖8d）。 圖8c 圖8d【教具特點(diǎn)】該教具制作簡(jiǎn)單，可由學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)現(xiàn)，大大提高了學(xué)生學(xué)習(xí)電化學(xué)知識(shí)的興趣，并使學(xué)生感受到了化學(xué)科技的魅力。同時(shí)該教具的制作材料均來源于日常生活，極大地拉近了化學(xué)與學(xué)生的距離。三、關(guān)于化學(xué)自制教具研發(fā)的幾點(diǎn)思考1、教師應(yīng)多

19、參加一些自制教具相關(guān)的活動(dòng)大力開展自制教具活動(dòng)，有利于促進(jìn)教師以突出教學(xué)重點(diǎn)、突破教學(xué)難點(diǎn)為目的，以原有實(shí)驗(yàn)不足或教學(xué)過程中出現(xiàn)的新問題為突破口，而更加深入地挖掘教材，并鉆研實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)律。因此，教研部門要廣泛開展一些自制教具相關(guān)類的活動(dòng)，并制定獎(jiǎng)勵(lì)政策，鼓勵(lì)更多的教師參與其中。這種活動(dòng)可以以教具評(píng)展的形式進(jìn)行。如國(guó)家教育部為促使自制教具活動(dòng)健康發(fā)展，在各地自制教具評(píng)展活動(dòng)的基礎(chǔ)上，每隔三年舉辦一次全國(guó)優(yōu)秀自制教具評(píng)選活動(dòng)，由教育部教學(xué)儀器研究所負(fù)責(zé)，該活動(dòng)每次都能得到廣大教師的支持，并涌現(xiàn)出了一大批優(yōu)秀的自制教具。依據(jù)這種全國(guó)性的活動(dòng)，浙江省每次也相應(yīng)的舉辦全省優(yōu)秀自制教具評(píng)選活動(dòng)。省屬的縣

20、市區(qū)同樣也相應(yīng)的舉辦了地區(qū)性的優(yōu)秀自制教具評(píng)選活動(dòng)。通過這種自下而上的活動(dòng)，每次都能涌現(xiàn)出很多優(yōu)秀的自制教具能手，并帶動(dòng)了一大批青年教師的積極參與。這種活動(dòng)還可以以教具自制培訓(xùn)的形式進(jìn)行。如學(xué)?？梢詫⒔叹咧谱骷{入學(xué)校校本培訓(xùn)計(jì)劃之內(nèi)，利用網(wǎng)絡(luò)資源，從網(wǎng)上收集有關(guān)教具制作的文章作為培訓(xùn)的內(nèi)容，或結(jié)合教材內(nèi)容，邀請(qǐng)有經(jīng)驗(yàn)的教師示范指導(dǎo)，講授教具制作的方法和手工技能。所以，不管教師以哪種形式參與了自制教具活動(dòng)，其自制教具的能力一定能得到極大程度的開發(fā)，因?yàn)榭纯磩e人的構(gòu)思與制作，見得多了，想得多了，視野也就自然而然的開闊了。2、教師應(yīng)多參閱一些學(xué)科相關(guān)類的期刊教具制作活動(dòng)是一種運(yùn)用已有知識(shí)和技能，設(shè)計(jì)方案、選擇材料、加工組裝成新產(chǎn)品，并且加以運(yùn)用，進(jìn)而獲取新知識(shí)的綜合性探究實(shí)踐活動(dòng)。這需要教師具有