探討新課程下化學實驗設計的作用

　　摘　要：化學是一門以實驗為基礎的學科，化學課改要求充分發揮實驗的教育功能。要從課程改革的需要、有利于增加學習化學興趣、有利于實現教學的最優化、有利于培養學生的創新精神和實踐能力等幾方面了解化學實驗設計研究的重要性。
　　關鍵詞：新課程；高中化學；實驗設計
　　
　　化學實驗設計是指實驗者在實施化學實驗之前，根據一定的化學實驗目的和要求，運用相關的化學知識和技能，對實驗的儀器、裝置、步驟和方法等進行規劃的過程。教學中要真正落實高中化學新理念，調動學生自主參與、主動探究，化學實驗教學發揮著重要作用，化學實驗設計則是重中之重。
　　一、實驗設計研究，有利于推進課程改革發展
　　化學實驗設計是化學理論和化學實驗之間的橋梁，對化學實驗設計的研究，符合課程改革的教學理念、教學方式，也有利于改進教材上某些不合理的實驗設計。教材中有些實驗存在實驗設計上的不足，有些實驗裝置過于繁雜不易操作，方法不適合，可見度較低，影響化學教學效果，需要改進方案，重新設計。通過實驗設計研究，充分發揮化學實驗的教育功能，推動化學課程改革發展。如焰色反應的改進設計：為了能讓現象更明顯，一般選用溶液（離子化）做焰色反應，鈉的焰色反應比較明顯，但鉀的紫色火焰卻往往因為鈉離子的干擾包括酒精燈上存在的鈉元素的干擾而很難觀察得到，透過藍色鈷玻璃也很難看清楚。鉀離子：鉀離子的焰色較弱，而且常會被摻雜的鈉離子的焰色阻礙，用書上介紹的方法時，經常無法看到紫色的光，而且觀察鉀的焰色時，室內光線不要太強，否則淺紫色的鉀的火焰會不明顯。通過嘗試其他方法，發現用以下實驗方法現象較明顯：鐵絲——棉花——水法。取少許碳酸鉀粉末放在一小蒸發皿內，加一兩滴水調成糊狀；再取一條小鐵絲，一端擦凈，彎一個小圈，圈內夾一小團棉花，棉花沾一點水，再把水擠干，把棉花沾滿上述糊狀碳酸鉀，放在酒精燈外焰下灼燒，透過鈷玻璃片可看到明顯的紫色火焰。固體粉末也可換用其他含鉀的鹽進行實驗，如氯化鉀、硝酸鉀等。
　　二、開發設計實驗，有利于增強學習化學興趣
　　教學中學生根據自己所學的化學知識，在教師的啟發引導下，嘗試設計解決實驗問題，大大激發學習熱情，成為進一步學習化學的動力。經過設計實驗，提高了靈活地、創造性運用所學的化學基礎知識和基本技能，從而培養學生解決化學問題的能力。如案例：實驗探究氯水的成分。
　　實驗原理：氯氣溶于水而且與水發生反應：Cl2+H2O→HCl+HClO。
　　實驗過程及現象：①觀察氯水的顏色，初步推測氯水中有氯氣分子，說明氯氣溶于水。② 氯水滴到PH試紙，變紅，幾秒鐘后變淺褪色說明氯水中含有H+和HClO。③加入NaHCO3，反應出現大量氣泡確定氯水中有H+。④加入2滴藍墨水，溶液褪色無色透明，說明氯水中有HClO，HClO有強氧化性能使墨水褪色。⑤加入AgNO3白色沉淀生成，再加稀硝酸沉淀不溶，說明氯水中有Cl-。注意事項：設計適當問題，引導學生設計出合理方案。
　　【觀察分析】在試管中加入少量石蕊試液，并向其中逐滴加入氯水，結果看到，剛開始滴入氯水，溶液變紅，繼續滴入氯水紅色逐漸褪去。
　　【討論交流】啟發學生閱讀、分析、討論找出原因，然后教師再演示：在試管中加入少量氯水，再取一滴管石蕊試液，將滴管插入氯水液面下，當石蕊試液迅速擠入氯水中一剎那溶液變紅，然后又迅速褪色。
　　設計優點：能充分調動學生的積極性，使大部分學生主動參與實驗設計及實驗操作。最后實驗驗證出氯水真正存在的成分，分子：H2O、Cl2、HClO，離子：H+、Cl-、ClO-、OH-。
　　三、研究實驗設計，有利于實現教學的最優化
　　化學實驗設計實現了化學教學的最優化，促進化學基本概念和基本原理的掌握。實驗設計作為一種較高級的思維活動，是轉變學生學習方式和發展科學探究能力的重要途徑。如案例：氫氧化鋁的制備及其兩性的探究。
　　實驗原理：鋁鹽與堿反應生成氫氧化鋁。
　　教師活動：①告知活動目的：制取氫氧化鋁。② 設置問題情境：現有2mol.L-1氧化鋁溶液、6mol.L-1氨水、6mol.L-1氫氧化鈉溶液，請制備少量氫氧化鋁。③指導學生設計實驗方案。
　　學生活動：設計實驗方案，根據自己的方案進行實驗，記錄實驗現象。①氯化鋁溶液→加入NaOH溶液 →NaOH溶液過量，②NaOH溶液→加入氯化鋁溶液 → 氯化鋁溶液過量，③氯化鋁溶液→加入氨水→氨水過量，④氨水 →加入氯化鋁溶液 →氯化鋁溶液過量。
　　設計優點：學生根據所學的化學知識，在教師啟發下設計出各種實驗方案，成功地解決化學實驗問題，從而產生成功后的喜悅，激發他們更大的學習熱情。
　　四、研究實驗設計，有利于培養創新精神和能力
　　化學實驗教學以其直觀生動、現象新奇鮮明等特點激發學生的好奇心和求知欲。開展實驗設計能提高分析鑒別能力，去粗取精，把合理的部分保留下來，不合理或不完善的得到改正和充實，有利于培養學生創新思維和創新能力。實驗過程可以幫助形成科學概念、驗證和理解學科基礎理論的感性材料。比如：牛奶是膠體還是乳濁液？實驗是培養學生運用實驗解決問題能力的重要途徑。實驗教學中的問題發現和形成、實驗設計、操作、觀察、思維、表述和交流等活動，可以有效地培養學生的科研意識、課題發現能力、實驗設計能力、實驗操作能力和實驗觀察能力。這是其他活動形式難以替代的。如案例：濃硫酸與蔗糖反應實驗。
　　實驗原理：蔗糖與濃硫酸反應，產物有CO2、SO2等。
　　實驗過程：取三支等同試管，第一、二支各注入2ml品紅溶液，第三支注入2ml澄清石灰水。取3~5藥匙干凈的蔗糖于大試管中，加少許水，攪拌糊狀。接著向大試管注入3ml~4ml濃硫酸，用玻璃捧攪拌至蔗糖變黑時塞上帶導管的膠塞，與前面三支小試管串聯。
　　實驗現象：①當濃硫酸慢慢注入蔗糖里，大試管迅速發燙，原因是濃硫酸吸水放熱。②濃硫酸注入蔗糖變黑即碳化。原因是濃硫酸把蔗糖中的水脫去碳化。③濃硫酸注入蔗糖后膨脹產生氣體使第一支盛品紅的試管褪色，第二支盛品紅試管不褪色，第三支盛石灰水試管渾濁。注意事項：蔗糖加少量水調成糊狀；品紅試劑濃度小，淺紅為宜，不然褪色很慢；保證CO2迅速通入石灰水，選小試管盛品紅試劑，留空氣應少為宜。
　　優點：濃硫酸的特性主要表現為吸水性、脫水性、氧化性，蔗糖與濃硫酸產生CO2、SO2等串聯檢驗，是對學生進行綠色化學教育的生動實例。通過學生對實驗設計方案的討論，取長補短，完善方案，豐富設計內容。
　　總之，在教學中根據教學內容的特點，通過實驗設計的研究，對某些實驗進行重新設計和改進，能徹底改變學生被動學習方式，能充分調動學生學習的積極性，使學生的主體地位得到完全確立。這既能培養學生求異創新的精神，激發學生學習化學的興趣，又能促進學生對知識的理解和掌握，使化學課堂教學質量有效提高，不失為一種重要而有效的化學教學手段。
　　
　　參考文獻：
　　[1]王磊.中學化學實驗及教學研究[M].北京:北京師范大學出版