化學教學中對學生實驗設計的引導

王冬　李勝永

摘 要：化學實驗設計給學生提供了一個將理論知識應用于實際的平臺，是讓學生進行創造性的學習活動，對學生思維能力的提升起到了很好的促進作用。

關鍵詞：化學教學；實驗設計；引導

化學實驗設計是指根據問題設計解決問題的實驗方案，并通過運用所學的化學實驗方法，正確選擇和使用實驗器材，確定實驗步驟，分析實驗結果。

化學實驗設計是化學實驗能力的重要內容，同時也是一種高層次的能力，其在教學中的價值主要體現在以下幾個方面。

（1）化學實驗設計中，學生需充分發揮主體作用，做學習的主人，避免被動地接受。

（2）化學實驗設計中，學生需靈活地、創造性地運用所學的化學基礎知識和基本技能， 這樣可以幫助他們鞏固化學基礎知識和基本技能，培養他們分析問題、解決問題的能力。

（3）化學實驗設計是各種科學方法（如實驗、測定、條件控制、假設等）的運用過程，有利于學生科學方法的訓練和培養。

（4）化學實驗設計中所需的各種創造性思維和嚴謹的工作態度，有利于學生創新精神、創新能力和科學態度的培養。

（5）化學實驗設計是學生親自解決問題，可以激發學生學習化學的興趣。

高中學生具備了一定的獨立思維能力，對各種問題有了一定的見解和意見，并且有一

定的廣度和深度，而化學實驗設計給他們提供了一個將理論知識應用于實際的平臺，是讓學生進行創造性的學習活動，對學生思維能力的提升起到了很好的促進作用。本文結合具體的教學實例來談談如何在課堂教學中引導學生進行化學實驗設計。

一、 以實驗原理為主線引導學生進行化學實驗設計

案例1 在設計實驗制備氫氧化亞鐵的時候，先從實驗原理方面進行分析：氫氧化亞鐵怎么制得？氫氧化亞鐵很容易被氧化，那么我們可以采取哪些措施避免氫氧化亞鐵被氧化呢？學生都知道氫氧化鈉和硫酸亞鐵反應可以制得氫氧化亞鐵，主要的問題是怎樣避免氫氧化亞鐵被氧化？這要從三個角度來考慮：反應前氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液的預處理；反應過程盡量縮短時間，以減少被氧化的可能；避免生成物氫氧化亞鐵和空氣接觸。這樣，從反應原理入手，引導學生解決實驗設計每一個環節的問題，經過引導以及同學們集體討論之后，學生認為氫氧化亞鐵的制備應該從下面幾個方面進行突破。

1. 對實驗藥品的考慮

常規：亞鐵鹽和氫氧化鈉反應。

改進：用硫酸亞鐵銨代替硫酸亞鐵；用鈉代替氫氧化鈉，以形成還原性氛圍；用植物油等形成一層覆蓋層，以阻止氫氧化亞鐵和空氣接觸；用維生素C作為抗氧化劑。

2. 對實驗方法的考慮

用加熱煮沸的方法除去溶解氧；盡量縮短實驗過程；考慮用電解法制備氫氧化亞鐵。

3. 對實驗裝置的考慮

常規實驗裝置：微型實驗裝置。

上述一系列的改進都是圍繞“如何避免氫氧化亞鐵被氧化”這個問題展開的。這是分析問題、解決問題的核心和關鍵，圍繞這個關鍵問題，學生的創造性思維得到不斷的激活。

二、以理解分歧為主線引導學生進行化學實驗設計

案例2 學習了強電解質與弱電解質，知道它們的區別是在水溶液中的電離程度，強電解質完全電離而弱電解質“部分”電離，對于弱電解質的“部分”電離，學生存在以下兩種理解。

理解一：只有一部分弱電解質發生了電離。

理解二：弱電解質電離成離子后又有一部分離子重新結合成分子。

利用學生對弱電解質“部分”電離的理解分歧，引導學生設計實驗證明上述哪種理解是正確的。

通過對上述兩種理解的分析，認識到兩種理解的本質區別在于：是否存在電離平衡？根據兩者的區別，引導學生設計實驗方案：往醋酸溶液中加入少量醋酸鈉固體，測定溶液pH的變化，若pH不變，理解一正確；若pH變大，則理解二正確。

根據實驗方案，學生進行相應的實驗，得出正確的結論，解決了理解上的分歧。

三、以實驗條件控制為主線引導學生進行化學實驗設計

案例3 通過金屬鈉分別與乙醇和水的反應現象比較，得出了醇羥基比水羥基活潑性弱，那么酚羥基與醇羥基相比哪個更活潑呢？請學生設計實驗進行比較。

學生模仿金屬鈉與乙醇、水的反應實驗，設計的實驗方案有以下幾種。

方案一：將金屬鈉分別投入到苯酚和無水乙醇中，比較反應的劇烈程度。

方案二：將苯酚和無水乙醇都加熱到45℃，投入相同大小的金屬鈉，比較反應的劇烈程度。

方案三：配制相同濃度的苯酚和乙醇的水溶液，取相同體積的兩種溶液于兩支試管中，分別投入相同大小的金屬鈉，比較反應的劇烈程度。

方案四：配制相同濃度的苯酚和乙醇的乙醚溶液，取相同體積的兩種溶液于兩支試管中，分別投入相同大小的金屬鈉，比較反應的劇烈程度。

通過對實驗方案的比較和評價，學生認識到苯酚在常溫下是固態，無法與金屬鈉直接反應，因此方案一不可行；方案三中水的存在會帶來干擾，也不可行；方案二和方案四應該可行。

接下來，當學生進行實驗時，發現方案二中液態苯酚黏稠度很大，金屬鈉被液態苯酚包裹，反應很緩慢；方案四可順利完成。通過實驗方案設計讓學生進一步認識到實驗條件的控制對化學實驗的重要性。

四、以深化理解為主線引導學生進行化學實驗設計

案例4 濃硝酸在常溫下能使鋁表面發生“鈍化”，現將一片去除氧化膜的鋁片浸入濃硝酸中，請設計實驗證明鋁表面已經“鈍化”了。

學生知道“鈍化”概念，但對“鈍化”的內涵并不非常清楚，不清楚“鈍化”后金屬表面發生了怎樣的變化。因此，可以引導學生根據鋁片表面的變化去設計實驗方案。

實驗方案：將去除氧化膜的鋁片浸入濃硝酸中，一段時間后取出、洗凈，插入到硫酸銅溶液中，若鋁片表面沒有析出紅色固體，說明鋁片表面已經被氧化，形成了一層致密的氧化膜，即鋁片表面發生了“鈍化”。

通過實驗方案的設計以及實驗的操作，學生直觀地認識了 “鈍化”的現象，進一步加深了對 “鈍化”的理解。

五、化學實驗設計教學中的一些思考

1. 實驗難度的確定

化學實驗設計應具有一定的難度，是需要學生綜合運用學過的化學基本知識、基本技能、實驗方法，通過一定的努力才能設計出來的。如果實驗設計過于簡單，學生沒遇到任何困難就順利解決了，這樣的實驗設計對學生思維能力的培養沒有任何實質性的幫助。如果實驗設計難度過大，學生思考了半天也理不出頭緒，也是不利于學生思維能力提升的。

2. 教師的指導

化學實驗設計應充分發揮教師的指導作用。為了保證實驗正常有序進行，教師必須事先對學生設計的實驗的內容、步驟和使用的儀器藥品等做到心中有數，最好課前親自做一遍。同時在實驗過程中要掌握學生的心理，進行適時的必要的指導，以保證實驗的順利完成。

3. 存在的問題

化學實驗設計要求學生自己設計實驗方案，解決問題，因此，在教學過程中應給予學生足夠的時間去思考、去探索、去實驗。但在實際教學中，由于課時有限，學生往往無法探討最佳方案或充分反思實驗結果。