巧借化學實驗裝置 提升學生核心素養

鄒標

[摘 要]組裝、設計化學實驗裝置，是提升中學生化學核心素養的重要途徑。通常可以從以下幾個方面開展化學實驗裝置的改進與設計：趣味實驗設計、巧用“多材一用”、課本實驗再改進、組合實驗裝置、自制實驗裝置等，以提升學生的化學核心素養。

[關鍵詞]化學實驗；裝置改進；核心素養

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）20-0065-02

化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”五個維度。化學實驗是化學學習的核心與根本，化學實驗離不開實驗儀器與裝置，化學實驗儀器與裝置的組裝、改進是學生學習化學的重要內容。本文就如何以化學實驗儀器與裝置為切入點，培養學生化學核心素養進行了一些探究。

一、設計趣味化學實驗，感知化學核心素養

改進實驗裝置，設計趣味化學實驗，可讓學生在神奇的化學變化中，感知化學核心素養。例如，CO2與NaOH溶液反應的實驗現象不明顯，我們可以通過改進實驗裝置（如圖1），將其設計為趣味實驗，使二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的實驗現象形象化、直觀化。學生通過直觀的宏觀現象，理解CO2與NaOH溶液的反應本質，體驗“宏觀辨識與微觀探析”核心素養。這幾個裝置的實驗原理類似，改進的目的都是放大體積變化的現象，讓學生感知“證據推理與模型認知”核心素養。各種各樣的實驗裝置設計，卻能達到同樣的實驗目的，讓學生感知探究與創新的樂趣，感知“科學探究與創新意識”核心素養；等等。

二、巧用“多材一用”，培養化學核心素養

“多材一用”屬于聚合思維，是一種創新思維，即在解決問題過程中，利用已有的經驗與知識，將多種信息、線索指向同一個問題的思考方向，充分吸收各種方法的優點，尋找最好的方法去解決問題。教師在平時的教學過程中，通過演示實驗、實驗展示、微視頻、課外化學實驗、興趣活動等多種形式，展示“多材一用”的實驗原理，激發學生的創新意識，播下創新的種子。例如，“氣體的制取與性質”實驗教學中，我們可從相關的方面（如制取、冷凝、干燥、防倒吸、量氣、尾氣處理等）引導學生開發“多材一用”裝置，對各化學實驗儀器的基本功能及拓展功能有明確的認識，在此基礎上，再引導學生發散思維、拓展視野，示范引領、引導學生參與活動，以培養學生“科學探究與創新意識”核心素養。

例如，圖2都是固體與液體反應，不需要加熱的實驗裝置，是同一實驗原理的多種變式實驗裝置，它們都能達到相同的快速制取氣體的目的。“多材一用”能培養學生“科學探究與創新意識”核心素養。

三、課本實驗再改進，滲透化學核心素養

化學教師在教學中可通過對課本實驗的再設計，引領學生多角度思考問題，然后對課本實驗進行改進。在實驗改進的過程中，引導學生推理反應原理，建立認知模型，培養學生“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”等核心素養；聯系生活、生產實際，從環保、節約等方面改進實驗裝置，培養學生的“科學精神與社會責任”核心素養。

例如，改進二氧化硫制取與性質實驗裝置。改進1：利用套管，見圖3；改進2：利用注射器，見圖4；改進3：利用培養皿，見圖5；改進4：利用Y形管，見圖6。

改進后的實驗操作簡單、快捷，可以讓學生做分組實驗，實驗現象明顯，在實驗過程中滲透“證據推理與模型認知”“宏觀辨識與微觀探析”核心素養；學生動手實驗，親身體驗，且設計的實驗裝置有新意，套管、注射器、培養皿、Y形管等儀器，不是中學實驗室常見的化學實驗儀器，開發這些非常規儀器的實驗功能，滲透了“科學探究與創新意識”核心素養；讓學生觀察具體化學反應的實驗現象，滲透了“變化觀念與平衡思想”核心素養；這些改進的實驗裝置，裝置簡單、操作方便、試劑用量少、綠色環保，可培養學生的環保意識，滲透了“科學精神與社會責任”核心素養。

四、組合實驗裝置，體驗化學核心素養

將中學化學常見的實驗儀器進行組合，可提升化學實驗的效率，激發學生的探究興趣，培養學生的創新意識，讓學生體驗化學核心素養。例如，將氨氣的制取與性質實驗裝置組裝為綜合實驗裝置（如圖7）：音樂卡片可使微觀的氨水導電性通過宏觀實驗現象體現出來，滴有酚酞的溶液變色可使“氨水微觀電離顯堿性”這一性質通過宏觀實驗現象表現出來，讓學生體驗了“宏觀辨識與微觀探析”核心素養；利用此裝置，可做多種氣體（如NH3、 HCl、SO2、 CO2等）制取與性質的實驗，幫助學生認識噴泉實驗的原理，體驗“證據推理與模型認知”核心素養；組合的實驗裝置為一體化裝置，快捷、高效，讓學生體驗了“科學探究與創新意識”核心素養；整套裝置是一個密封的整體，環保且使用的藥品比常規方法節省，讓學生體驗了“科學精神與社會責任”核心素養。

五、自制實驗裝置，提升化學核心素養

經過趣味化學實驗、組合實驗裝置、課本實驗再改進等活動，學生對化學實驗裝置有了比較深入的認識，在此基礎上，教師或教師與學生一起自制實驗裝置，再利用自制實驗裝置開展實驗探究活動，可進一步提升學生的化學核心素養。

例如，自制綜合電化學實驗裝置（如圖8）。此實驗裝置由兩部分組成，分別為反應單元和檢測單元。反應單元有電解槽、電鍍槽、原電池；檢測單元有電壓表、電流表、小燈泡、音樂卡等。此裝置既有具體的電流、電壓數值顯示，又有燈泡、音樂等直觀現象顯現，操作簡單、實驗時間短、實驗效果明顯，可提升學生的“宏觀辨識與微觀探析”核心素養；將原電池與電解池相結合，一套裝置既可以做原電池實驗（斷開電源），又可以做電解池或電鍍實驗（連通電源），具有通用性，借助此自制裝置進行實驗，可提升學生的“科學探究與創新意識”核心素養；還可以拓展做趣味實驗，如水果電池、氫氧燃料電池，方便探究原電池、電解池的各種影響因素（酸堿度、電極材料、電極之間的距離、是否使用鹽橋等），通過此實驗裝置，觀察電極反應現象，再根據化學實驗現象，推測反應原理，在實驗的基礎上，幫助學生建立燃料電池、電解池、普通原電池、電鍍等模型，提升學生的“證據推理與模型認知”核心素養；聯系生活（如水果電池、自制消毒水、樹葉書簽等）、模擬工業生產（如綠堿工業、燃料電池、電鍍等）、倡導環保節能等，可提升學生的“科學精神與社會責任”核心素養。

綜上可知，化學實驗儀器與裝置貫穿中學化學實驗教學的各個環節，如教師的演示實驗、學生的分組實驗、課外興趣實驗、青少年科技創新活動、發明與創造等。化學教師在教學中，以化學實驗裝置為切入點，由易到難，由簡單到復雜，設計趣味化學實驗、改進實驗裝置、自制實驗裝置、組合實驗儀器等，再結合具體的化學實驗探究活動，讓學生在潛移默化中感知、體驗、滲透、提升、“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”等核心素養。

通過化學實驗儀器與裝置的改進，大大提升了學生的動手能力和實驗設計能力，激發了學生的創新意識以及發明創造的動力，培養了學生良好的思考和行為習慣，為學生今后的學習與工作奠定了堅實的基礎。

（責任編輯 羅 艷）