基于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

鄭灷 潘紅

【摘要】實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的靈魂，實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新和改進(jìn)不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也能最大程度地增強(qiáng)教學(xué)效果。本文從原實(shí)驗(yàn)不足、改進(jìn)方法、應(yīng)用實(shí)例與創(chuàng)新特色四方面介紹了基于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)——多功能試管夾。

【關(guān)鍵詞】對(duì)比實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新;化學(xué)學(xué)科;核心素養(yǎng)

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中占據(jù)舉足輕重的地位，是落實(shí)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐基礎(chǔ)。同時(shí)，化學(xué)學(xué)科吸引學(xué)生的無(wú)窮“魅力”就體現(xiàn)在“千變?nèi)f化”的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及隱藏其背后的化學(xué)反應(yīng)原理。

作為中學(xué)化學(xué)教師，我們“都知道中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)和中學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)形成方面的重要地位與作用，以及中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不可替代性”。筆者通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)行人教版高中化學(xué)教材中，對(duì)比實(shí)驗(yàn)在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中占據(jù)較大比例，但是其常規(guī)的演示操作存在一定的不足。本文將從原實(shí)驗(yàn)不足、改進(jìn)方法、應(yīng)用實(shí)例與創(chuàng)新特色等四個(gè)方面向大家介紹一種基于對(duì)比實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)——多功能試管夾的自制教具及在高中化學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中的廣泛應(yīng)用。

一、原實(shí)驗(yàn)不足

1.操作難度大

常規(guī)的對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)對(duì)教師的要求其實(shí)不低，教師不僅手要足夠大到能同時(shí)拿得了多支試管，還要注意面對(duì)學(xué)生演示時(shí)的操作規(guī)范。除了徒手夾持多支試管不穩(wěn)固之外，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)過(guò)程中教師穩(wěn)定地同時(shí)振蕩所有試管也有一定的難度，客觀上也給演示實(shí)驗(yàn)帶來(lái)一定的危險(xiǎn)性。

2.教學(xué)效果差

常規(guī)的對(duì)比演示實(shí)驗(yàn)并不能達(dá)到良好的教學(xué)效果。為了使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，教師會(huì)使用白色背景板，因此，課堂上就會(huì)出現(xiàn)教師一手夾持多支試管，另一只手拿著背景板，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確指明對(duì)應(yīng)試管的一幕。此外，單純靠語(yǔ)言“標(biāo)定”左右兩側(cè)也會(huì)因?yàn)榻處熍c學(xué)生方向不同而使學(xué)生產(chǎn)生混亂。有些教師還會(huì)通過(guò)在試管上部貼上標(biāo)簽，試圖幫助學(xué)生“精準(zhǔn)定位”所指試管，但是這樣做的弊端也很突出：一方面，試管是曲面，標(biāo)簽的文字容量比較小;另一方面，在操作過(guò)程中為了讓學(xué)生看清試管中的現(xiàn)象，教師都會(huì)夾持試管的上方以保持穩(wěn)固，而標(biāo)簽又會(huì)被教師的手擋住，形同虛設(shè)，學(xué)生自然很難將對(duì)比因素與試管一一對(duì)應(yīng)起來(lái)。

二、改進(jìn)方法

基于以上對(duì)常規(guī)演示實(shí)驗(yàn)的不足分析，多功能試管夾的制作思路便逐漸清晰。

1.安全性改進(jìn)

多功能試管夾利用在泡沫塑料上打孔，以及該材料對(duì)試管的摩擦力可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多支試管的有效固定，此外，在試管上部再加裝橡皮筋，可以使試管的固定得到加強(qiáng)。不僅如此，由于試管夾中孔與孔之間的距離是參照試管架對(duì)應(yīng)的位置而定的，因此，多功能試管夾的取用和放置也既方便又安全。

2.教學(xué)效果改進(jìn)

利用小木條和紙板制作的標(biāo)簽固定在多功能試管夾的后部，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)中教師能真正實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)多個(gè)試管“標(biāo)簽化”區(qū)分，學(xué)生自然能一目了然。除此之外，多功能試管夾還能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定地同步振蕩多支試管的操作，而“多余”的孔位也能靈活根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，進(jìn)行試管或者其它設(shè)備的加裝，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多功能化。

三、應(yīng)用實(shí)例

例如，針對(duì)不同分散系中是否存在丁達(dá)爾效應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，多功能試管夾上可以加裝側(cè)板和激光筆。

1.溶液、膠體與濁液同時(shí)被激光照射對(duì)比實(shí)驗(yàn)

關(guān)于丁達(dá)爾效應(yīng)，教材中的實(shí)驗(yàn)只是簡(jiǎn)單對(duì)比了分別用激光照射Fe（OH）3膠體和CuSO4溶液的現(xiàn)象，但利用多功能試管夾可以實(shí)現(xiàn)溶液、膠體與濁液同時(shí)被激光照射之后的比較。側(cè)板的作用在于讓學(xué)生清楚觀察激光是否可以透過(guò)不同的分散系。

2.溶液、膠體與濁液中分散質(zhì)粒子大小比較實(shí)驗(yàn)

在《膠體》這一節(jié)中，很多學(xué)生沒(méi)有辦法對(duì)三種分散系的本質(zhì)區(qū)別——分散質(zhì)粒子直徑大小不同有深刻的理解。這時(shí)，教師可以利用多功能試管夾，讓學(xué)生對(duì)比光線(xiàn)“同時(shí)”及“分別”通過(guò)3種不同分散系的現(xiàn)象，從而解釋3種不同分散系中分散質(zhì)粒子的大小，將“宏觀辨識(shí)與微觀探析”結(jié)合起來(lái)，讓微觀世界具象化。

3.教材中CuSO4溶液對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響探究

教材中所用的溶液為CuSO4溶液，而大部分教師用的激光筆都是紅色，藍(lán)色溶液對(duì)紅色激光有一定的吸收作用。教師可以利用多功能試管夾引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行溶液顏色對(duì)實(shí)驗(yàn)效果影響的探究實(shí)驗(yàn)，這樣不僅能加強(qiáng)化學(xué)與物理學(xué)科之間的聯(lián)系，還能讓學(xué)生辯證地看待實(shí)驗(yàn)方案并提出改進(jìn)方案，滲透對(duì)學(xué)生獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神的培養(yǎng)。

4.不同種類(lèi)膠體對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響探究

教材中只采用了膠粒帶正電的Fe（OH）3膠體做實(shí)驗(yàn)，但教師也可以利用多功能試管夾對(duì)比不同種類(lèi)的膠體（如AgI膠體）對(duì)實(shí)驗(yàn)效果的影響，豐富學(xué)生對(duì)膠體種類(lèi)的認(rèn)識(shí)。

四、創(chuàng)新特色

1.廢物再利用，綠色化學(xué)觀

多功能試管夾的主要材料是廢泡沫與廢紙板。對(duì)廢棄物的充分利用不僅能使學(xué)生認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)和資源合理利用的重要性，也能培養(yǎng)其可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)、綠色化學(xué)的觀念和“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.可塑性強(qiáng)，可推廣性強(qiáng)

由于多功能試管夾用的是泡沫材料，所以可塑性強(qiáng)，孔的數(shù)目與間距盡在教師的掌握之中。教師可以通過(guò)改變標(biāo)簽貼紙的文字內(nèi)容讓實(shí)驗(yàn)更有針對(duì)性，可以根據(jù)場(chǎng)地的不同更換背景板顏色以達(dá)到良好的教學(xué)效果，也可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求的不同對(duì)多功能試管夾進(jìn)行加裝與拆卸。

制作多功能試管夾的其它材料也易得，都是實(shí)驗(yàn)室常見(jiàn)的物品，比如檢驗(yàn)氧氣的小木條，固定激光筆的鋁絲等。其制作過(guò)程也很簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是本身質(zhì)量很輕，因此攜帶也很便捷。

3.可微型化，開(kāi)發(fā)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

該器材可以實(shí)現(xiàn)微型化，并推廣到學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中。這樣一來(lái)，不僅可以使學(xué)生在展示實(shí)驗(yàn)成果時(shí)保持思路清晰，還可以?xún)?yōu)化教學(xué)效果。通過(guò)推廣到學(xué)生實(shí)驗(yàn)中，也適應(yīng)了當(dāng)前重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教育環(huán)境。

4.適用實(shí)驗(yàn)范圍廣

據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，多功能試管夾可以應(yīng)用于高中教材的18個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)中，如下表1所示。

五、反思

在實(shí)際教學(xué)中采用多功能試管夾雖然能在很大程度上優(yōu)化教學(xué)效果，但是在演示過(guò)程中滴加液體時(shí)可能會(huì)因?yàn)橐暰€(xiàn)被標(biāo)簽擋住而使操作者對(duì)不準(zhǔn)試管口，從而導(dǎo)致試劑污染泡沫材料的情況，因此制作時(shí)要粘貼具有防水作用的貼紙對(duì)泡沫進(jìn)行保護(hù)。

在多次的試驗(yàn)當(dāng)中，筆者發(fā)現(xiàn)并不是所有的泡沫材料都適合用于制作多功能試管夾，一般家用電器的泡沫材料比較硬，而且采用具有三角結(jié)構(gòu)的泡沫會(huì)使多功能試管夾的穩(wěn)固性更好。如果是為了長(zhǎng)期使用，可以利用亞克力材料進(jìn)行制作。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出了化學(xué)課程的基本理念：開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。廣大中學(xué)化學(xué)教師要充分認(rèn)識(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)特價(jià)值，通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)操作或設(shè)計(jì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教具，從而使實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)刻保持活力與生機(jī)，增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣，從而更好地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的作用。

參考文獻(xiàn)：

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