高中化學實驗設計和創新的實驗研究

鄭豐

【摘要】化學是一門以實驗為基礎的自然學科，無論是科研還是教學都離不開實驗。在教育部最新頒布的化學《新課程標準》中也明確提出要通過以化學實驗為主的多種探究活動，培養學生的實踐能力和創新精神，同時實驗也是學生提高化學學科素養的重要途徑之一。而如何更有效的利用實驗的教育功能，并對教材中現有的實驗進行不斷地整合、改造和創新設計，讓化學實驗充分展現它的生命和活力，從而保持其在化學教學中的獨特魅力，是我們化學教育工作者應該努力研究和解決的問題之一。

【關鍵詞】高中化學 ?實驗設計 ?實驗創新

【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）29-0158-02

我國著名化學家戴安邦先生曾經說過：“化學實驗室應該是學生學習的最有效和收獲最豐富的場所，培養化學科學素質，不僅要傳授知識，最重要的是發展學生的智力。智力因素包括動手、觀測、查閱、記憶、思維、想象、表達七種能力，其中思維是智力因素的核心。上述全部質量因素在化學實驗教學中皆能得到一定的訓練，而且非智力因素也有所增長。”由此可見實驗在化學教學中的重要性，然而是否是所有的化學教育工作者都重視實驗的教育功能呢？答案是否定的！筆者在從教十年來也從很多正面或側面了解到這么幾種情況：首先，由于資源的傾向性限制，很多欠發達地區或者鄉下中學的實驗室建設根本不健全，經常出現少儀器，缺藥品的情況，致使這些學校的化學教師對實驗教學的普及心有余而力不足;其次，即便在資源豐富的市區學校，甚至是達標學校，但由于“受益于”應試教育分數優先的根深蒂固的思想，為了追求升學率，對每一堂課的四十五分鐘可謂分秒必爭，導致不少的化學教師在實驗教學的時候出現用粉筆在黑板上“做”實驗，或者干脆以口述的方式講解實驗過程、實驗現象來簡化實驗，以達到節約時間的目的，把本應當是一堂生動有趣的化學課上成了“畫學”或“話學”課。另外，無論是演示實驗還是探究性實驗，對于最初接觸到的學生來說無疑是新鮮的，但是對于每一年每一屆都做同樣實驗的老師來說卻是枯燥的，不僅如此，教材中有些實驗在做的過程中往往會產生有毒或刺激性氣味的氣體，或者需要接觸腐蝕性藥品等等，這些很大程度上也是我們大部分化學教育工作者不喜歡開設實驗課的原因。

好奇心是每個人與生俱來的，好奇心也是推動學生學習化學最重要的動力之一，而通過奇妙的化學實驗來滿足學生的好奇心，提高學生的化學學習興趣無疑是非常有效的途徑。很多教師摒棄化學的實驗教學而舍本逐末的大談如何提高學生的化學學習興趣，這無疑都是空談。然而要增強實驗在化學教學中的功能，使化學實驗充滿生命活力，保持獨特魅力，我們要對其不斷設計和創新，使其更加適合和滿足中學的化學教學。

對于化學實驗的設計和創新視角而言，由于研究者所處的環境和研究水平的差異，提法有所不同。有的提出“依標務本”“開放性探究”“聯系實際”“簡約易成”“安全環保”的改進原則;有的提出“直觀性、安全性、簡易化、科學性”的優化原則等等[1]。然而筆者認為實驗設計和創新可以從以下“三化”來進行，即：生活化、生態化、靈活化。

一、實驗設計和創新生活化

所謂化學實驗創新的生活化是指學生走出實驗室，放眼身邊，利用日常生活中一些隨處可見的、容易獲取的資源來改進化學實驗以達到減弱或消除課堂或學校因實驗條件的限制所帶來的弊端，特別是對于欠發達地區或者農村學校尤為適用。

例如：筆者印象非常深刻的是2017年新課標全國I卷理綜選擇題第十題：實驗室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示（Zn粒中往往含有硫等雜質，焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣），下列說法正確的是（）

A.①、②、③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液

B.管式爐加熱前，用試管在④處收集氣體并點燃，通過聲音判斷氣體濃度

C.結束反應時，先關閉活塞K，再停止加熱

D.裝置Q（啟普發生器）也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣

該實驗題考查了有關啟普發生器的知識，啟普發生器本來應該是九年級化學學習二氧化碳或者氫氣的制取和性質實驗中要提及的，然而筆者用這道題問了當時所教的高一年學生，結果很多學生反映說根本沒見過這儀器。于是筆者展示了啟普發生器的構造并就其使用注意事項和制氣原理講解給學生聽，為了讓學生能更直觀深切地體會這個儀器，課后筆者還布置給學生一個任務：根據啟普發生器的原理回家用一些生活用品來自制簡易版的啟普發生器。于是就有同學回家利用廢棄的塑料瓶做容器;廢棄的注射器上端去掉活塞，下端用萬能膠粘上吸管做漏斗;醫療輸液管做開關控制器;剪下的另一個塑料瓶底扎幾個洞做隔板等等自制了多種簡化版的啟普發生器，并用食醋和蛋殼做實驗制取二氧化碳氣體，進一步加深了對啟普發生器的感性認識。

以下是班上學生根據作業要求回家自制的其中一種簡易啟普發生器：

當然，在日常生活中可替代實驗室的某些儀器或藥品的資源還有很多，比如舊電池、鐵釘、銅線、潔廁劑、食鹽、維生素C片等等。而將生活用品、廢品靈活、合理地應用到化學實驗中不但節約了實驗成本，提高了實驗效率，還培養了學生關注生活、變廢為寶的思想，增強了學生動手動腦的能力，更有助于提高學生化學學習的積極性。

二、實驗設計和創新生態化

化學給大眾潛意識的印象是：有毒、爆炸、危險！因此化學實驗對于很多學生來說既是充滿好奇的，又是讓他們心生畏懼的。不僅是學生，很多化學教育工作者也大多會以為了學生和自身的安全為借口，對那些實驗過程中需用到（或產生）易腐蝕、易燃易爆或有毒的、刺激性氣味氣體（如Cl2、NOx、SO2等）的實驗往往采取能省則省的方式，常以口述、筆畫、比劃或者觀看視頻的形式代替學生的動手實驗或者教師的演示實驗。因此筆者所謂的實驗創新生態化不僅僅是指節約藥品和環保意識，還包括如何在以能達到相同教學目的的前提下用更低腐蝕、更安全的藥品來替代教材中所列的實驗藥品，或者更優化的實驗設計以盡可能減少刺激性氣味氣體或有毒氣體的排放來降低師生對此類化學實驗的畏懼感。

在新課程標準中初高中教科書在實驗內容的選擇與編排上盡管充分考慮了易教易學，并盡量使實驗內容相對系統。但教學實踐中，依然存在某些實驗在不同學段、不同模塊、不同主題或單元重復出現的跡象，這不可避免會造成一些實驗要重復做、一些實驗的過程要反復出現[2]，由此帶來的不僅僅是資源浪費和環境污染，特別是有些有污染性的實驗也會讓師生感到厭煩和抗拒。因此，筆者認為我們化學教育工作者可發揮主觀能動性，根據具體教學要求，系統規劃、整體設計實驗內容，在充分考慮學生的認知基礎和技能水平的基礎上，將那些有一定關聯度但卻零散的、分散的化學實驗整合或串聯在一起，使之系列化并力求簡約[2]，以此實現實驗設計和創新的生態化。

以蘇教版《必修一》中所列實驗為例，在《氯氣的性質》一節中編排有實驗“觀察與思考”（教師演示實驗），內容涉及氯氣的物理性質及部分化學性質（氯氣與金屬鈉、鐵、銅的反應），但在后面《溴、碘的提取》一節課中又編排了一組“觀察與思考”的演示實驗，內容為以新制氯水提取溴化鉀溶液和碘化鉀溶液中的單質溴和單質碘（其實質就是新制氯水中的氯氣與溴化鉀溶液或碘化鉀溶液的反應）。筆者認為可以把這兩組實驗合二為一都并在《氯氣的性質》一節中進行，這樣可以減少氯氣的重復制取帶來的藥品浪費、環境污染以及有毒氣體對師生健康的危害。不僅如此，這兩個實驗合并還能進一步加深學生對氯氣性質的全面理解，并且通過氯氣與同族元素鹵化物的相互置換對比學習使學生更充分地理解和掌握同族元素間的相似性和遞變形。

三、實驗設計和創新靈活化

實驗在化學教學中的重要性是不言而喻的，筆者認為首先在有限的課堂時間中所完成的實驗很大程度上并不能完全滿足學生無限的好奇心和求知欲;其次，以蘇教版為例，教材中所列的實驗不能完全展現化學實驗的魅力。因此，筆者認為有條件的中學可以從實驗時間靈活化和實驗內容靈活化上進行優化設計和創新。

首先，靈活化的實驗時間是指學校或教師能在除正規的課堂教學時間外盡可能多的開設化學實驗相關的校本選修課，讓更多學生感悟化學魅力。甚至有條件的中學可以規定安排每天或每周在一定時間段內開放實驗室，讓學生在有教師指導下做一些探究性實驗。以我校為例，為進行該課題研究，同時響應國家新課程標準素質先行的號召，教研組長在征得學校同意，規定每周周一至周五下午上課前一個小時（夏季制：中午一點二十分到兩點二十分，冬季制：中午十二點五十分到一點五十分）為實驗室開放時間，期間學生可以在教師監督指導下自由合理利用實驗室所提供的儀器和藥品進行有目的的探究性實驗。而指導教師為我校全體化學組教師按周輪值。通過這種靈活性的第二實驗時間既提高學生的化學學習的主動性，還能培養學生學會查閱資料，動腦思考，動手實驗和自己總結知識經驗的能力。

其次，實驗內容靈活化是指為了能更好利用化學實驗這個教學利器，為了讓學生更感性、更有對比性的認識物質的性質，有時可以考慮對教材中的某些的實驗內容進行合理更改或增設。例如：在蘇教版《碳酸鈉的性質與應用》中在把蘇打和小蘇打進行性質對比學習時，筆者認為可在“活動與探究”中增設一個實驗：碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液分別與氯化鋇溶液和氫氧化鋇溶液進行反應，通過這兩組實驗現象的對比學習使學生能更加深刻的記住蘇打和小蘇打的又一鑒別方法，并且該增設的實驗所用的藥品安全，操作簡單，現象明顯，適合學生動手實驗。

總之，對高中化學實驗進行設計和創新是一個任重道遠的過程，它需要我們所有的化學教育工作者長期不斷地努力，才能使化學的魅力在學生的心目中璀璨不滅。

參考文獻：

[1]霍本斌，江宏.高中化學實驗創新的研究視角與優化策略[J].教學月刊·中學版（教學參考），2017（Z1）：96-100.

[2]陸國志， 谷偉健， 王晶. 中學化學實驗綠色化的實踐途徑[J].教學與管理， 2016（10）：69-71.