例談高中化學實驗的創新設計

李順華

【摘 要】創新是當今社會的主題。高考對學生創新能力的考查也列入考綱。化學是一門以實驗為基礎的學科，在實驗教學中如何設計教學過程，使學生通過觀察絢麗多彩的化學現象，形成穩定的學習動機，積極探索化學奧秘，發揮智慧和創造能力，是高中化學教師應該研究的課題。

【關鍵詞】化學實驗；創新設計；例談

實驗創新設計是指在高中化學課程標準的指導下，結合教學的實際情況，對新教材中所涉及的實驗進行改進，優化，增設或創新等。這不僅是提高化學教學有效性的需要，更是深入理解高中化學課程改革的需要，也是提升老師自身教學素質，加強實踐的需要。那么在平時的教學實踐中該如何進行實驗創新設計呢？現結合幾個實例和自身的教學實踐，談談對高中化學實驗創新設計的“五化”新視角。

一、緊跟時代，實驗裝置微型化

微型實驗是近20年發展較快的一種新的化學實驗，微型實驗節約藥品，節省時間，操作安全，污染少，學生可以自己動手自制儀器，自行實驗，積極參與，激發興趣，培養創新精神。

例如，水和酒精混合的體積變化實驗。取一干燥帶大膠頭（如圖）的膠頭滴管，倒置，從導管口向滴管中加入顯紅色的水，水面約占總體積的一半（A處），再從導管口向滴管中加入無色的酒精，加滿滴管（B處）。用拇指按住管口，上下顛倒滴管兩三次，紅色的水和無色酒精混合，有少量氣泡產生，橡膠頭稍稍變“癟”。松開拇指，液面下降2～3cm（C處）。儀器易得，操作簡便，用料很少，現象明顯。

二、反向思考，實驗思路逆向化

逆向思維即是沿著事物的相反方向，用反方向探求的思維方式對現有的實驗設計進行逆向思考，從而提出新的實驗設計的實驗創新方法。

（一）運用逆向思維改進實驗

例如，做乙醇在銅作用下發生催化氧化反應時，一般的做法是：把下部繞成螺旋狀的紅色銅絲先在酒精燈的外焰上燒黑，然后趁熱迅速伸入裝有適量乙醇的試管中，銅絲又變紅色。反復多次，聞試管中乙醛的刺激性氣味。這種做法耗乙醇較多，而且由于未反應乙醇的影響，很難聞到乙醛的刺激性氣味。既如此，想到能否減少乙醇的量，能否逆向試驗呢？取一銅制的燃燒匙，放在酒精燈的外焰上燒黑（若不易燒黑，可在稀硝酸稍浸一下）。用膠頭滴管滴入一滴乙醇，立即看到乙醇液滴伴隨著“嗤嗤”的聲響在燃燒匙中晃動，且不斷縮小，同時能聞到一股明顯刺激性氣味，乙醇液滴所到之處又恢復銅的紅色。無疑，逆向改進的實驗不僅節約試劑，而且現象明顯，更科學、合理。

（二）運用逆向思維創新實驗

做鈉與水反應的實驗時，觀察到鈉投入水中能放出巨大的能量使自身熔化，同時甚至能使周圍產生的氫氣在水面上燃燒。此處若運用逆向思維想到：把少量的水滴在小塊鈉上，不就是引火劑嗎？我們試做了這樣一個實驗：把一黃豆般大小的鈉放在酒精燈的燈芯中，向鈉上滴入一滴水，隨著“啪啪”聲音，酒精燈點燃了。

三、一物多用，儀器功能別樣化

儀器本身沒有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么。反思儀器的別樣用途，可以幫助我們加深對實驗儀器和實驗原理的認識，進行化學實驗的創新。如：

（1）漏斗的別樣用途。漏斗充當集氣與尾氣吸收作用，例：鈉與水反應氣體產物的驗證實驗中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產生的少量氣體可順利地富集到試管中。

（2）蒸發皿的別樣用途。蒸發皿一般用于加熱蒸發溶液。但有時充當反應容器。例：實驗室制取肥皂的實驗中，將植物油、氫氧化鈉和酒精混合，在蒸發皿中加熱制取肥皂。

（3）錐形瓶的別樣用途。錐形瓶因其易振蕩而用于定量測定中的反應容器，主要應用于在中和滴定實驗。它還可以作為制取氣體的反應裝置而廣泛使用并顯示出優越性。例：利用雙氧水和二氧化錳制取氧氣時無需鐵架臺的支持，制取氯氣時錐形瓶可在石棉網上受熱。

（4）玻璃管的別樣用途。作為反應容器，例：將鈉密封在玻璃管中制成標本便于觀察，將碘密封在玻璃管中，加熱盛碘的一端觀察碘升華與凝華現象并可循環使用。

（5）干燥管的別樣用途。用石棉堵住干燥管的小口，裝入固體反應物，在大口端連接導管，就可用于可控式簡易氣體發生器，例：干燥管內裝電石，通過控制其接觸水面而方便制取乙炔。干燥管一端插入溶液一端連接導管，增加了氣液接觸面，用于尾氣吸收兼安全裝置。

四、就地取材，儀器來源生活化

山區農村教育資源有限，由于實驗儀器不足開展學生實驗成為難題。我們就想到將日常物品應用于實驗，以替代普通化學儀器。如試劑瓶可用青霉素藥瓶、鹽水瓶、或礦泉水瓶代替；滴管可用小的一次性注射器代替；量筒可用有刻度注射器代替；反應板可用盛藥片（如草珊瑚片）的塑料板代替；研缽，可用瓷質小酒盅代替；導管可用輸液器塑料管代替。

氯氣的制取與性質實驗即可在下圖裝置中進行，在干凈的青霉素小瓶中裝入0.5g 固體高錳酸鉀（需先壓碎），塞緊膠塞用膠頭滴管吸取濃鹽酸約1mL，插到青霉素小瓶中，制成微型氣體發生裝置，用輸液器較細處的塑料管在兩頭連上毛細吸管做導管，一端插入裝有高錳酸鉀的青霉素小瓶中，另一端連接另一青霉素小瓶收集。

五、積極引導，實驗過程探究化

探究實驗能夠幫助學生獲取基礎知識和基本技能，能夠激發學生的探索奧秘的欲望和興趣，能夠發揮學生的積極性、主動性。在探究實驗過程中學生始終處于不斷探索的情境中，主動實驗，認真操作，仔細觀察，積極思維，充分發揮學生的潛能，培養學生創新精神，發展學生創新能力，培養學生良好技能。

例如在氯水的組成及性質的實驗中即可采用探究實驗的方法：

（1）請同學們研究氯水的性質，推測可能的化學反應。

①觀察氯水的顏色，小心聞其氣味。

推測1：氯水中含有Cl2分子。

實驗：將氯水滴入KI-淀粉溶液中，出現特殊的藍色。（教師提示：有I2析出）

②用PH試紙或藍色石蕊試紙測氯水的酸堿性。

推測2：氯水呈酸性可能有鹽酸生成。

實驗：在氯水中滴加AgNO3溶液，析出白色沉淀。再滴入數滴稀HNO3，白色沉淀不溶解。

③發現藍色石蕊試紙在氯水中先變紅后變白。

推測3：氯水可能有漂白作用。

實驗：a.將紅色布條投入干燥的氯氣中，無明顯變化；氯水滴在紅色布條上，布條褪色。

推測4：氯水的漂白是氧化作用。按氯水的組成和已有HCl生成的事實推測：有可能生成了具有氧化性的HClO。

實驗：取漂白粉[Ca（ClO）2]或其它次氯酸鹽適量，放入紅色布條，觀察實驗現象，通入CO2，再觀察。

④日光照射盛滿氯水的倒置的圓底燒瓶，有氣體生成。

推測5：HClO在光照條件下分解，放出難溶于水的O2。

結論：①氯水中含Cl2、HClO、H2O、H+、Cl—、ClO—分子。②氯水具有酸性、強氧化性、不穩定性。③氯水中起漂白作用的是HClO，而非Cl2。

（2）交流解釋與應用：氯氣溶于水發生化學反應，生成HCl和HClO，化學方程式為Cl2 + H2O = HCl + HClO，HClO是一弱酸，部分電離出H+和ClO—。根據以上性質，提出漂白粉的主要成分和使用注意事項，理論與實踐相結合。

當然，化學實驗的創新角度遠不止這些，化學實驗的創新探究永無止境，各種現代化媒體與化學實驗的結合為實驗創新提供了廣闊的領域，只要我們勤于探索、勇于開拓，一定會有更多更好的創新實驗問世。

參考文獻：

[1]王磊.《中學化學實驗及教學研究》.北京師范大學出版社，2009、09

[2]王祖浩，王程杰.《中學化學創新實驗》.廣西教育出版社，2011、01