喷泉原理教学设计

创设教学情境探究实验原理“喷泉原理”教学设计贵阳市化学学会张伟路摘要：以基础实验为切入点创设教学情境，对喷泉实验的原理、操作、条件、现象、结论、关键进行了讨论，归纳出喷泉实验的实质，探究如何培养学生的创新精神和科学素养。关键词：喷泉实验；创新精神；教学设计；教学情景

一、设计理念高中化学课程是科学教育的重要组成部分。化学教学的目的旨在提高学生的思想道德品质、文化科学知识、审美情趣和身体心理素质，培养学生的创新精神、实践能力、终生学习能力和适应社会生存能力，促进学生的全面发展。科学的核心是探究，科学探究的过程就是解决问题的过程。化学是一门以实验为基础的学科。实验探究是培养学生发现问题、解决问题、获取知识、提高能力的重要途径。教学中要引导学生对实验产生兴趣，注重学生实验技能的培养，鼓励学生发现问题、敢质疑、大胆求证和改进，开发学生的创新思维，培养学生的科学素养。

二、教学情况分析

1、教材分析喷泉实验是中学化学的一个重要性质实验，也是一种自然现象。该实验的目的是验证氨气极易溶水。由该实验的趣味性强，效果直观明显，从而为学生的学习和设计化学实验提供了广阔的思维空间。教学实践中认真挖掘实验原理和影响实验成功的因素，就能设计出一系列喷泉实验，培养学生的创新思维能力。喷泉实验的原理是：凡是化学反应结果能形成体系内外压强差的实验，均可设计成喷泉实验。实验的具体方法是在干燥的圆底烧瓶内收集满干燥的氨气，利用胶头滴管挤出的少量水溶解大量的气体，使圆底烧瓶内的压强减小，当打开止水夹后内外有较大的压强差，在外界气压的作用下，烧杯内的水沿着导管向烧瓶内运动而产生喷泉。实验成功的条件是：装置要干燥、装置要气密性好、气体要收集满。

2、学情分析通过氨及氨盐的学习，学生已经掌握了氨极易溶水；在常温常压下1体积的水中能溶解约700体积的氨；氨溶水时，大部分NH3与H2O结合形成一水合氨，一水合氨部分电离成NH4 和OH-而呈弱碱性，使酚酞试液变红等有关知识。通过高一年级的学习，学生还掌握了氯气、二氧化碳气体、二氧化硫气体、硫化氢气体通常状况下在水中的溶解情况，为“喷泉”原理的探究奠定了基础。如何通过具体的实验案例分析实验实质，突破定势思维进行实验探究、实验设计、实验创新是学生感到困难度最大的部分。这就需要教师在教学过程中适时、适当、有针对性地创设实验情境进行引导和启发，提高和培养学生的实验创新能力。

三、教学目标

1、知识和技能

(1)喷泉实验产生的原因；

(2)喷泉实验产生的条件；

(3)喷泉实验的原理；

(4)喷泉实验原理在中学化学实验中的运用；

(5)培养学生实验设计的能力。

2、过程与方法

(1)创设情境提出问题实验探究归纳原理创新运用。

(2)实验方案的完善、设计、评价、创新、运用。

3、情感态度与价值观

(1)培养学生科学方法和探索勇气

(2)培养学生多角度、多方向、新颖独特地提出问题和解决问题的能力。

四、教学过程

(一)创设情境用课件重温教科书上氨气的喷泉实验，引导学生关注实验操作、实验条件、实验现象、实验依据、实验关键，引出课题。图1水实验操作：在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口，立即倒置烧瓶；使玻璃管插入盛有水的烧杯里（水里事先加入少量酚酞试液），按图1安装好装置；打开橡皮管上的夹子，挤压滴管的胶头，使少量水进入烧瓶；实验现象：烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶，形成喷泉；烧瓶内液体变成红色；实验分析：利用胶头滴管挤出的少量水溶解大量的氨气，使烧瓶内的压强减小,当打开止水夹后内外有较大的压强差,在外界气压的作用下,烧杯内的水沿着导管向烧瓶内运动而产生喷泉。实验依据：氨极易溶水。氨水显弱碱性，能使酚酞试液变红；实验关键：装置气密性良好；烧瓶要干燥；气体要充满烧瓶；胶头滴管中预先吸满水；滴管中挤入的液体不能太少。

(二)提出问题

1、怎样引发喷泉实验

2、喷泉实验发生的条件、现象、关键是什么

3、氨气为什么可以做喷泉实验

4、喷泉实验的原理是什么

5、利用喷泉实验原理进行的实验或实验现象有哪些

6、能否设计出其它的喷泉实验

(三)实验探究根据氨气的喷泉实验，引导学生探究以下实验。

1、中学化学中，除氨气之外，能用图1装置完成喷泉实验的气体有哪些

2、下列组合中能用图1装置完成喷泉实验的有哪些XXX和H2OB.O2和XXX和KOH溶液XXX和NaOH溶液XXX和XXX和H2O

3、若图1装置的烧杯中是氢氧化钠溶液，烧瓶中是二氧化碳气体，能发生喷泉实验吗为什么

4、图2装置中没有滴管，怎样引发喷泉实验为什么

5、在图3装置的锥形瓶外放一水槽，锥形瓶中加入酒精，水槽中加入冷水后，再加入足量的下列物质，产生了喷泉实验，水槽中加入的物质可能是什么其原因是什么A浓H2SO4B食盐C硝酸钾D硫酸铜图

6、哪些固体物质能使图4装置发生喷泉实验为什么

7、图5装置能发生喷泉实验吗现象是什么HClNaOH溶液NH3图5图4通过图1装置让学生认识到HCl、HBr、SO

2、H2S、Cl2等可溶水的气体均可完成喷泉实验；烧瓶中的HCl、Cl

2、NO2能与烧杯中的液体H2O和KOH溶液反应，也能形成喷泉实验；二氧化碳气体能与氢氧化钠溶液发生反应，使烧瓶中的压强骤减，从而形成喷泉实验。图2装置让学生认识到若用冷、热毛巾包在圆底烧瓶外，可使圆底烧瓶内的气体热胀冷缩，:打开止水夹，产生压强差而引发喷泉实验。图3装置使学生认识到利用浓硫酸溶水时放出大量的热，水槽中溶液的温度升高，酒精（沸点78oC）挥发加快，锥形瓶内气体压强增大而产生压强差形成喷泉。图4装置使学生认识到在点燃的条件下，金属钠、红磷等。金属钠、红磷与圆底烧瓶中的氧气反应生成的Na2O2和P2O5都是固体，使烧瓶中的压强剧减形成喷泉。过图5装置使学生认识到氨气与氯化氢气体发生反应，生成白色小颗粒的固体氯化铵，使烧瓶中的压强骤减而引发了“发烟喷泉”。通过实验探究的流交、讨论引导、启发、思考，学生形成的共识是：实验探究1是切入点与基础，实验探究

2、3则是喷泉实验的延伸与升华，实验探究4对实验装置进行了改装，实验探究5是喷泉实验的拓展与深化，实验探究

6、7是喷泉原理的迁移拓展。学生经过归纳整理后体会到，不用胶头滴管也能引发喷泉实验；喷泉产生的途径有减小内压和增大外压两种方法；由液面压强差导致液体的转移和流动是喷泉现象的本质。

(四)归纳原理通过对喷泉实验的实质、途径和方法的总结归纳得出：喷泉实验的实质：由液面压强导致液体的转移和流动。喷泉实验的途径：减小内压法、增大外压法。喷泉实验的方法：用物理方法减小上部空间压强或增大下部空间压强；用极溶水的气体使上部空间压强减小；用化学反应的方法产生压强差。喷泉实验的原理：利用烧瓶内的气体易溶水（或其他液体）而使其内部气压急剧减小，在压强差的作用下，烧杯中的水（或其他溶液）被压入烧瓶内形成“喷泉”。“喷泉”是一种外在表现形式，显示的是瓶内外气体压强的差异。

(五)创新运用

1、用双孔橡皮塞、两根玻璃管、装液体的烧瓶、烧杯、玻璃棒、分液漏斗；二氧化锰、水、双氧水；根据H2O2的性质设计喷泉实验。H2O2的分解形成的喷泉图6这个实验设计的目的是考查学生是否能在掌握喷泉原理的基础上通过逆向思维认识到用二氧化锰作催化剂加快了双氧水的分解（见图6），“由瓶内氧气的生成使压力骤增，瓶中的水从尖嘴处压出，使液体由内向外喷形成喷泉”，从而培养学生的实验设计能力和创新能力。图

2、用铁架台、烧杯、双孔橡皮塞、带滤纸的漏斗、两根玻璃管、装液体的烧瓶，浊液，设计成“自动加液过滤器”。这个实验设计的目的是使学生体会到提取信息的重要性和掌握研究问题的科学方法、科学态度，通过联想得出自动过滤加液的原理是；过滤时，浊液沿B管流入漏斗，当漏斗中的液面封住A管下端管口时，烧瓶成为密封装置，此时烧瓶内的液体在重力作用下，还要继续流出，造成烧瓶内气压减小当烧瓶内气压减小到一定时，烧瓶中的浊液停止流出，随着过滤的进行，漏斗中的液面逐渐下降，当A管下端管口又露出液面时，空气又进入烧瓶，液体又流入漏斗。

五、教学反思

1、知识容量大，综合性强，涉及面宽泛，体现了化学学科的特点；

2、以基础实验为切入点创设教学情境，引导学生对实验操作、实验条件、实验现象、实验分析、实验结论、实验关键进行讨论，促使学生理解喷泉实验的实质，培养学生的探究精神和科学素养；

3、教学过程中，学生根据实验原理将金属钠与水的反应、金属钠与氯气的反应、甲烷与氯气的反应、乙烯与溴水的反应、红磷与氯气的反应、一氧化氮的氧化和二氧化氮的溶解设计为喷泉实验；学生通过迁移拓展提出了装置气密性检查、防倒吸装置、排水量气、排水储气等均利用了液面压强差。说明通过对实验的创新运用，提高了学生的归纳迁移能力、实验设计能力、分析表述能力、发散联想能力以及灵活运用所学知识解决实际问题的创新能力；

4、突出了学生的主体地位，以实验为主线，以培养学生科学精神，科学的探究方法为核心，最终实现了教学目标。