初中化學外延性實驗的實踐與思考

　　所謂“外延性實驗”，是以課本知識為依據，突破課本中基礎實驗的束縛，具有開放性、實踐性、安全性、探索性、創造性等特點的實驗。通過外延性實驗的研究，充分挖掘和開發實驗的功能，改進學生實驗活動的結構，強調培養學生的主體意識、實踐意識、創造意識，真正體現以人為本、以學生為主體，讓學生能主動地發展。其內容在基礎型實驗課程的基礎上，體現科學知識的擴展、延伸與綜合能力的深入發展，是學生科學精神、科學方法、科學能力以及可持續發展觀念培養的重要載體，屬于基礎型課程之上的外延與加寬。
　　在中學化學教學中，如何指導學生做好外延性實驗呢？筆者認為可以從以下四個方面入手。
　　一、以人為本，注重外延性實驗的趣味性
　　美國哈佛大學校長在世界大學校長論壇講過：“如果沒有好奇心和純粹的求知欲為動力，就不可能產生那些對社會和人類具有巨大價值的發明創造。”可見，一切發明創造都是來源于對事物永不滿足的好奇心和求知欲。現代心理學研究表明，人的創新能力的形成和發展，在一定程度上取決于他的心理動因，即以需要為核心，以興趣、情感等為內容的心理動因。因此，增強化學實驗的趣味性就顯得尤為重要。
　　例如，在“蠟燭燃燒的探究”過程中，引導同學們進行下列外延性探究。
　　（1）問題情境
　　點燃蠟燭，將短玻璃導管插入焰心，發現另一端也可以點燃，說明導管中一定有可燃性氣體，氣體的成分可能是什么呢？
　　（2）作出大膽猜想與假設
　　學生們經過討論，認為這種氣體：①可能是蠟燭不完全燃燒時產生的一氧化碳；②可能是蠟燭受熱后產生的石蠟蒸氣；③可能上述兩種情況都有。
　　（3）設計實驗方案
　　學生們設計出各種實驗方案，經討論后，認為下面這個方案既巧妙，又簡單：換一根較長的玻璃管，用濕毛巾包住導管，然后一端插入焰心，在另一端點燃。若導管口有火焰，拿掉濕毛巾，導管內無冷凝固體，則證明它是一氧化碳；若導管口不能點燃，拿掉濕毛巾，有冷凝的固體，則證明它是石蠟蒸氣；若氣管口有火焰，火焰較小，拿掉毛巾，導管內有冷凝的固體，則證明氣體中既有一氧化碳，又有石蠟蒸氣。
　　（4）觀察與思考相結合，完成實驗，給出合理的解釋與結論
　　通過實驗，學生得出第二種可能性成立，玻璃管中的可燃性氣體是石蠟蒸氣，而另兩種可能性被排除了。
　　（5）反思與評價，交流與分享
　　通過探究活動，部分學生發現自己設計的實驗方案與上述實驗方案相比，設計得不夠合理、簡單，存在著差距，認識到在今后的學習中，要不斷培養自身的自主探究能力。學生以各種方式將自己的收獲、體會、感想表達出來：寫成小論文、寫成實驗報告、制作出PowerPoint、上傳到網頁上等等。
　　又如，在學習了酸堿指示劑的知識后，結合語文課本中的《花兒為什么這樣紅》一文，學生就會產生這樣一個問題：是不是能用自然界中許多植物的花瓣、果皮制取指示劑呢？學生們設計出一個外延性實驗：自制天然指示劑。先把新鮮植物的花瓣、花冠、果皮等洗滌干凈、晾干；然后加入適量的95%的酒精浸泡1~2小時；再將浸出液過濾，向所得溶液中加入1/3體積的水，即成為指示劑；最后學生們通過實驗來測定自制天然指示劑的變色情況并匯總成指示劑變色表（表1）。學生對此表現出了濃厚的興趣。
　　二、源于生活，注重外延性實驗的真實性
　　教材、教室、學校并不是知識的唯一源泉，大自然、人類社會活動、豐富多彩的世界都是很好的教科書。變“教科書是學生的世界”為“世界是學生的教科書”。化學源自于生活，化學應用于生活。在中學階段，學生學習的知識和接觸社會的機會有限，通過實驗來了解化學在實際生活中的應用，是一條很好的途徑。
　　1．實驗內容的生活化
　　蘇霍姆林斯基說：“在人的心理深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個發現者、研究者、探索者。而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈。”結合生活情境，鼓勵學生發現化學問題，提出自己的觀點和猜想，并設計探究實驗來驗證猜想，對實驗進行反思和評價。
　　例如，在生活中，對真假紅葡萄酒的鑒別，有一個巧妙、簡單的方法：在兩杯酒中分別加入適量食用的純堿，如果酒的顏色加深，變為深藍色了，則是真的葡萄酒；如果酒的顏色沒有明顯變化，就說明是假酒。這個實驗，直觀明了地體現出指示劑在生活中的靈活運用。
　　松花蛋是人們比較喜愛的食物，人們是如何制作松花蛋的呢？學生上網查找松花蛋制作的有關內容，知道了制作松花蛋的原料主要有食鹽、生石灰和純堿。然后學生設計外延性實驗——“松花蛋配料浸漬液成分的檢測”。先將松花蛋外殼上取下的固體物質加水溶解、過濾得到浸漬液；然后討論浸漬液中可能有哪些成分？經過討論學生認為原料在水中能發生如下化學反應：
　　CaO+H2O=Ca（OH）2
　　Ca（OH）2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH
　　浸漬液中可能有Ca（OH）2、Na2CO3、NaOH、NaCl，其中Ca（OH）2和Na2CO3不能共存。之后讓學生利用已經掌握的物質檢驗和鑒別的知識來檢驗其中的主要成分。
　　在設計外延性實驗時，要充分考慮到化學與生活的聯系，選擇一些與實際生活密切相關的素材。比如，酸雨的監測、測定土壤的pH、洗發液及護發素的酸堿性對頭發的影響等。學生對這類學以致用的知識總是抱有濃厚的興趣，學生通過發現問題、提出猜想、設計實驗、親歷實驗，不但找到了問題的答案，而且也加深了對酸堿指示劑的認識。可見化學實驗是培養學生創新能力的重要、有效途徑之一。
　　2．實驗用品的生活化
　　實驗的生活化還體現在實驗用品上，使用一些生活中的物品。如家里廚房中的食醋、食鹽、純堿、雞蛋殼等等都是實用的化學試劑，塑料吸管可代替膠頭滴管、導管，家中的玻璃杯可作為反應容器等。利用這些生活中的物品可以做許多有趣的實驗。例如用蛋殼和白醋反應制取二氧化碳，用干電池中的金屬與稀硫酸反應制取氫氣等。通過這些實驗的開發、設計，能使學生利用現有的材料開展實驗學習，也能啟發學生隨時利用生活中的物品進行一些簡單的實驗探索。學生體會到生活離不開化學，了解化學對個人生活和對社會的重要作用，從而提高他們學習化學的興趣。
　　三、尊重自然，注重外延性實驗的綠色性
　　近年來，人們提出了“綠色化學”這一新的概念。簡單地說，綠色化學就是環境友好化學，它的核心內涵是在反應過程和化工生產中，盡量減少或徹底消除使用和產生有害物質。綠色化學的著眼點是使污染消滅在生產的源頭，使整個生產過程和生產工藝對環境友好，這是從根本上消除污染的對策。
　　1.節約實驗藥品減少環境污染
　　許多外延性實驗可設計為微型實驗。所謂微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。
　　中學生特別喜歡化學實驗，學生往往認為實驗時藥品的用量多多益善。其實不然，比如做氧化銅和稀硫酸反應的實驗，如果氧化銅用量太多則得到的溶液中混有黑色的氧化銅，藍色不明顯。另外，有些實驗會產生有害氣體，藥品用量越多，則危害越大。在教學中引入微型化學實驗，能使學生人人參與實驗。這樣既增加了學生的動手實驗能力，又提高了實驗課的效益。例如，開展“探究酸的化學性質”這一外延性實驗課時，安排學生用微型九孔板代替其中的試管實驗。又如，做硫在氧氣中燃燒的實驗，由于會產生有刺激性氣味的有毒氣體二氧化硫，一般要求硫的用量為0.3~0.5g，這樣就大大降低了二氧化硫產生的危害。通過微型實驗學生懂得了在能觀察到實驗現象的前提下，藥品用量越少越好。
　　
　　2.改進實驗裝置減少環境污染
　　對中學化學中一些有毒物質參加或生成的實驗進行改進，使操作更合理有效，又能控制或避免污染，提高環境保護意識，培養學生相應的素質。
　　例如，在開展外延性實驗“空氣中氧氣含量的測定”的教學時，讓學生自己設計實驗來進行測定。學生設計了紅磷燃燒法、鐵絲生銹法、銅絲加熱氧化法等許多方法，然后引導學生從實驗操作的簡便性、測定值的精確性以及對環境的影響等多個方面來選擇最佳實驗方案進行實驗。結果同學一致認為采用銅絲加熱氧化法，既簡便又精確，而且實驗過程中不會產生污染，屬于綠色化學實驗。而傳統的實驗用紅磷燃燒來測定，燃燒時有大量白煙產生且有毒，既影響實驗的精確度，又帶來嚴重的污染。
　　3.妥善處理廢物減少環境污染
　　化學實驗會產生大量的廢棄物，如不及時處理，隨意排放，久而久之不僅對環境造成污染，而且會淡化學生環保意識，養成不良的習慣。在實驗課教學中把實驗廢棄物進行無害化處理，既可培養學生良好的實驗習慣，又使學生學到實際應用技術，還可以節約資源、化廢為寶、變害為利。如，在使用金屬鈉作為試劑的時候，總是要從鈉的表面切除一定量的氧化層，這些鈉廢屑通常被作為廢物加以銷毀，這樣做既浪費，又有一定的危險性，因為其中一半以上的物質是鈉。可作如下處理當鈉廢屑積存較多時，放入容器中，加入正丁醚，浸沒鈉廢屑，容器口裝上空氣冷凝管；加熱到約120℃時，就可看到熔融的鈉珠，輕輕搖動容器，使鈉渣沉積于下層，鈉珠懸浮于上層；繼續加熱，較小的鈉珠則熔結成較大的顆粒，最后熔結成更大的鈉塊。而且用過的正丁醚可重復使用。學生逐步形成了綠色化學的思想意識，體會到環境對于生命的重要意義。
　　四、各科交融，注重外延性實驗的綜合性
　　化學是一門綜合性、知識性強的中心學科，它與語文、數學、物理、生物、政治、歷史、地理諸學科之間存在著相互作用的關系。在化學課堂上，教師要善于以物理、生物知識為工具，以歷史、語文、政治知識為依據，以數學知識為載體，達到知識間的相互滲透。同時，新的化學教材在構建體系結構時，也采用了融合的方式，吸收了學科中和社會體系結構各自的優點，力求使學生在了解化學的發展歷史以及化學與人類進步和社會發展的關系的同時，更好地了解化學的本質和價值，使學生獲得基礎知識與基本技能的過程，同時成為學生學會學習和形成正確價值觀的過程。
　　在化學教學過程中，教師要注意通過化學知識點建立與其他學科知識點的聯系，相互滲透、交叉和綜合，培養學生綜合運用知識分析和解決問題的能力。
　　例如：引導同學們利用稀氨水與二氧化碳反應的原理，設計一個“測定學校不同地點空氣中CO2相對含量”的實驗方案。
　　（1）將兩滴濃氨水滴入500mL蒸餾水中制成稀氨水（呈弱堿性），滴入幾滴_______指示劑，溶液呈淺紅色。將得到的溶液保存在密閉的細口瓶里。
　　（2）用50mL注射器吸取上述稀氨水10mL并密封，然后分別到操場、教室和宿舍三個地點抽氣到50mL刻度處，用食指堵住注射器的吸入口，充分振蕩；然后將注射器吸入口向上，小心將余氣排出。重復上述操作若干次（n），直至注射器內的溶液______，說明上述實驗過程發生了反應______。
　　（3）完成實驗數據處理，并得出結論，將結論填入下表：
　　根據上述結論，同學們意識到要保持良好的學習和生活環境，應該注意經常打開門窗，保持通風。學生們從這個實驗延伸出去，還明白了為什么空氣中二氧化碳的含量在午夜比正午高的原因。在這個外延性實驗中，學生們還應用了生物課上學習過的呼吸作用和光合作用的知識。
　　外延性實驗教學在培養學生基礎性學習能力的同時，更注重學生的發展性學習能力和創造性學習能力，使學生能適應社會生活和可持續發展的要求，培養創造意識和創新能力，外延學生學習的時空。還需要教師以現代教育教學理論為指導，縱觀全局，充分協調教學中的各種因素，創設民主氛圍，確保學生心理自由；采取多種教學技法，激活思維能力，運用人格力量，弘揚學生個性。學生的創新能力之花，一定能在化學教育這塊沃土上結出豐碩之果。
　　（責任編輯郭振玲）