木炭吸附色素实验的再设计与教学创新

摘要：指导学生通过查阅文献，对木炭吸附色素的改进进行了实践验证和分析，重新设计一个适合演示和分组的简易装置，并进行教学创新。

关键词：木炭;吸附色素;改进;教学创新

文章编号：1008-0546（2021）07-0093-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.024

人教版上册教材第107页实验6-1：木炭的吸附性实验“在盛有半瓶水的小锥形瓶里加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡，观察现象。”按该方案来实验，若投入木炭块状过大，木炭浮在水面，不能与红墨水充分接触，所需时间长，脱色不明显;若木炭过碎，脱色显著，但造成溶液呈现黑色浑浊，不便于观察。基于实验操作简单、耗时少、绿色化的原则，笔者指导学生通过查阅文献对该实验的改进方案进行比较、实践验证、讨论分析等进行再设计。

一、文献分析与实践

中国知网搜索“木炭吸附实验改进”，检索到1983-2019年共23篇文獻，其中木炭吸附二氧化氮气体的改进共11篇，木炭吸附色素的改进共12篇。对这12篇文献逐篇阅读进行分析和验证。其中，岳强[1]、蒋风斌[2]两位老师的改进涉及到要在试管壁或底部开孔，过于繁杂;郭桂侠[3]老师尝试用浓硫酸与蔗糖反应后的碳“发糕”代替木炭进行实验，考虑碳“发糕”的取得有一定的污染。这3个改进我们没有尝试。其他的几个改进实验的实践与分析如下（表1）：

从实践情况进行分析，我们发现：

改进1和2，实际是过滤操作，使用了滤纸，一是减缓了红墨水通过木炭层的速度，使其有充分的接触时间;二是小颗粒的木炭粉得到了充分的过滤，几乎没有残留。因此褪色明显。

改进3、4、5、6，实际是过滤操作的变形，用棉花代替了滤纸，普遍提高了速度，但在短时间内褪色效果不明显。

改进7，微型化设计。滴管中流出的2-3滴溶液要观察褪色有点困难，不适合演示;另外，往滴管中加人或实验结束时取出棉花、木炭等操作繁琐，也不适合分组实验。

在上述的实践过程中，我们发现要得到又快又好的褪色效果，要注意以下2点：

①装置方面：要保证木炭在红墨水中浸泡要有一定的时间，至少需1分钟的充分接触;要除去悬浮在红墨水中的木炭粉便于观察。

②药品方面：木炭需要烘烤，活性炭的效果比木炭好。活性炭清洗后用微波炉低火烘烤2分钟，冷却使用（清洗是尽可能的减少了碳粒上附着的碳粉，烘烤是尽可能的赶走残留在多孔中的空气、水分等）;

二、实验改进

基于以上考虑，我们设计如下的改进装置（如图1）：

该改进有以下的优点：

①现象明显。红墨水褪色明显，黑色炭粉残留少，便于观察;

②耗时少。U型管刚好可以满足红墨水与木炭充分接触（在相同流量情况下，水自下而上通过活性炭层的净化效果好于水自上而下通过活性炭层）;且U型两端的现象对比明显，很好地体现对比实验;

③实用、制作简单，可以多次重复使用，节约资源，可用于课堂演示或分组实验。

三、教学创新

实验改进仅仅关注仪器装置与操作技术的改进是不够的，应该回归教学原点，实现实验功能的增值，突破教学难点，挖掘实验内涵，剖析知识原理[16]。在木炭吸附性的教学中，笔者尝试以下教学创新：

1.实施完整课时的教学设计

本实验的教学内容是人教版九年级化学“单元6金刚石、石墨、C60”的内容。教师们的教学的笔墨大多数集中在这三种碳单质的结构、性质、用途的学习，而且木炭吸附色素的理解也不难，因此，教师们对木炭的吸附性的这一知识点的教学往往一带而过。笔者认为，应该进行完整1课时的设计，重点突破从“结构→性质→用途”认识木炭的吸附性。

教学流程设计（如图2）：

2.利用影视视频创设情境，巧妙的设问推进课程

在课的开篇，播放影视《大长今》约50秒节选，该视频涉及到木炭吸附醋和酱油中异味的知识点。

视频中的主要对话截屏（如图3），以此激发兴趣，创设情境，引出课题。笔者据此视频设计了如下几个问题推进课程：

问题1：为什么木炭能使食醋、酱油等的味道变甘醇呢？（目的：引出本课题）

问题2：剧中大长今说：敲碎木炭后，发现上面有许多小小的洞。事实上，肉眼难于观察到上面的小洞。你能设计实验证明木炭里有许多小孔隙吗？（目的：通过实验认识到木炭疏松多孔的结构）

问题3：因为木炭的疏松多孔的结构，木炭能吸附某些气体分子或像醋、酱油中有异味物质的分子。木炭除了吸附气体、异味外，还能吸附其他物质吗？（目的：引出木炭吸附色素的实验）

通过以上几个问题，把零散的知识点串起来，授课脉络清晰，学生的兴趣高。

3.吸纳学生参与改进实验

化学实验的主要目的是帮助学生更好地掌握所学知识，单纯的只是教师参与仪器改进及趣味化表现固然可以强化演示效果。但若让学生参与实验改进的实践中，通过模仿、体会和领悟，点点滴滴，潜移默化，逐步形成让他们终身受益的科学精神、态度和行为习惯，无疑加强了实验教学的功能。在本课的设计上，分2步吸纳学生参与改进实验。

第一步，引导学生通过“查阅文献。实验验证。讨论分析→改进创新”参与改进实验，学会查阅文献进行探究，并在课堂上安排小组代表发言，介绍实验成果，畅谈感想;

第二步，启发学生以文献资料为基础，通过实验对比和不断的试验，改进实验装置，提高木炭吸附效果，使学生感受到科学探究是一个不断完善、不断发展的过程。事实上，就是学生运用组合的方法创新该实验装置，一步步的改进而达到最佳效果[17]。

吸納学生参与改进实验，使学生体会到运用突破常规的思考方式进行创造性思考的乐趣，从而激发了学生创造性思维的自觉性。学生从中获得的认识比教师直接演示实验要深刻，能达到“1+1>2”的教学效果[18]。

4.增加一些简单易行的实验

以教科书中的[实验]为基础，利用生活中的教学资源，增加一些简单易行的实验（如表2），拓展了教学资源，充分发挥了化学实验的教学功能[19]。

表2 教学中插入的实验

5.利用丰富多彩的图片，加强“化学与生活”的联系

木炭的吸附性在生产、生活中本就有大量的素材（如表3），充分利用这些例子，加强“化学与生活息息相关，生活中处处有化学”效果，激发学生热爱化学的情感。

在这个案例中，以教材的演示实验中遇到的问题为切入口，通过文献检索、实验对比，改进实验装置，提高木炭吸附色素的效果。在课的设计中，通过实验、视频、图片等资源，激发学生学习化学的兴趣。特别是引导学生去分析问题、强化科学探究意识，不仅解答了学生在学习上的疑问，还让学生体验到科学探究的过程，从而获得实验成功及通过实验解决问题的喜悦，使学生学习化学的兴趣朝定向、持久的方向发展。

参考文献

[1]岳强.木炭吸附性演示实验的改进[J].中学化学教学参考，1995（8-9）：33

[2]蒋风斌.活性炭吸附性实验的改进[J].中学化学教学参考，2012（8）：49

[3]郭桂侠.巧做木炭吸附实验[J].实验教学与仪器，1998（12）：20

[4][7][13]陈培亮.活性炭吸附色素实验的改进方案比较[J].实验教学与仪器，2012（5）：25-26

[5][8][17][18]胡绮妙.例谈初中化学趣味实验的设计与应用[J].化学教学，2015（6）：58-60

[6]夏志清，李辉，闫金龙.利用废弃物改进木炭的吸附性实验[J].化学教育，2006（5）：56

[9]李少坤.木炭具有吸附性的实验改进[J].化学教学，2005（1-2）：16

[10]姚志红.木炭吸附色素—实验的创新设计[J].发明与创新·中学生，2017（4）：49

[11]洪兹田，陈女婷.木炭（或活性炭）吸附红墨水的色素实验改进[J].教学仪器与实验，2014，30（2）：34-35

[12]刘四方.木炭吸附作用演示实验的改进[J].教学仪器与实验，2002（8）：16

[14]杨勇等.活性炭及木炭吸附性实验的改进[J].中学化学教学参考，2014（20）：66

[15]高锐升.对活性炭（或木炭）吸附实验装置的改进[J].中学化学教学参考，2019（15）：51

[16]杨宝权.让实验改进回归教学原点[J].化学教学，2020（1）：47

[19]宋开慧.木炭吸附作用实验的探究与改进[J].北学教学，2012（9）：46