基于“替代品”設計化學實驗的教學思考

摘要： 通過文獻調研，梳理基于“替代品”設計的優(yōu)秀的化學實驗方案。將這些實驗案例應用到化學實驗教學中，有助于建立基于教材的知識驗證性實驗教學、基于“真實”問題的探究性實驗教學兩種教學模式，且有益于促進學生的知識學習和理解以及提升探究能力與創(chuàng)新意識。

關鍵詞： 替代品； 化學實驗設計； 實驗教學案例； 教學模式

文章編號： 1005-6629（2023）04-0064-04

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》《義務教育化學課程標準（2022年版）》的課程理念中要求重視開展“素養(yǎng)為本”的教學［1，2］，倡導真實問題情境的創(chuàng)設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，倡導做中學、用中學、創(chuàng)中學，開展項目式學習。在課標教學建議中，對于條件有限的學校，可采取教師演示實驗或利用替代品進行實驗［3，4］。課標中提到的“替代品”指的是實驗替代品。實驗替代品可以是試劑替代品也可以是實驗儀器替代品。試劑替代品主要是生活用品，如日常生活中的調味品、食材、醫(yī)藥、洗護用品、化肥、花肥等。實驗儀器替代品可以是生活中的容器、量器、熱源、電池、導線等。這類替代品在各類實體市場或線上商城中易得而且安全，不受各類政策限制，對于條件有限的學校開展實驗研究提供了方便，能提高學生實驗開出率與動手率，有利于培養(yǎng)學生的科學探究能力與科學精神。

1? 基于“替代品”的化學實驗設計方案

化學與生活密切相關，從生活走進化學，從生活中學習化學。用化學讀懂生活，將化學知識應用到生活中去，讓化學科學與學生的生活世界融為一體。基于上述的學習理念，化學教育工作者設計了很多基于替代品的化學實驗方案。在中國知網(wǎng)以“生活化學、實驗設計”為主題搜索，可以搜索到42條文獻記錄。很多都是在中學化學實驗基礎上采用替代品設計的創(chuàng)新實驗方案。這些實驗方案密切聯(lián)系生活，實驗藥品與儀器在生活中比較易得，便于激發(fā)學生興趣自己動手實踐，有利于學生學習化學知識，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。表1、表2列出部分文獻設計的方案以及部分作者的原創(chuàng)實驗方案。

表1實驗方案屬于知識驗證性的實驗，大多數(shù)是教材的演示實驗，或是學生分組實驗的延伸或改進。表2實驗方案是基于真實問題情境的項目化研究的探究性實驗。

2? 基于“替代品”設計化學實驗的教學模式

面對眾多的替代品化學實驗設計方案，如何將它們應用于化學教學實際而不是僅停留在文獻里，使其在實驗教學中激發(fā)學生興趣，培養(yǎng)學生創(chuàng)新精神方面更好地發(fā)揮作用？經(jīng)過多年的教學實踐，筆者認為基于替代品實驗的化學實驗教學可以有以下兩種有效模式：一是基于教材知識驗證性實驗；二是基于“真實”問題項目化研究的探究性實驗。

2.1? 基于教材知識驗證性實驗教學模式

學生在完成一些章節(jié)的化學知識與實驗技能學習之后，教師用某些文獻中的替代品實驗方案，布置學生的實踐性作業(yè)。由學生準備替代品開展化學實驗，實驗過程中進行視頻錄制，教師組織全班學生觀看，并進行評價。實驗者再根據(jù)大家的意見，改進設計與重新實驗。教師組織評分將分數(shù)計入學生成績（見圖1）。

這類實驗每位學生都可開展探索與研究，拓寬了實驗參與人群。實驗過程基于真實情境，在設計以及進行實驗操作時，能加深化學知識的理解和記憶，促進化學知識的學習，克服某些教材實驗“照方抓藥或只能遠觀不能動手”的缺陷。通過實驗準備、實驗操作、實驗總結等，深入理解和應用已有的化學知識。這種實驗教學方式，比較符合化學學科核心素養(yǎng)要求，也與新課標化學實驗教學要求相一致。這類實驗若布置為學生實踐性作業(yè)，還可以創(chuàng)新作業(yè)形式，符合國家“雙減”政策的要求。

2.2? 基于“真實”問題探究性實驗教學模式

對于化學學習者來說，用真實問題開展研究可以激發(fā)學生的感知，引起學生的挑戰(zhàn)欲望和學習興趣，產(chǎn)生解決問題的動力，讓學生用好奇的眼光、審視性的思維，摸索出解決問題的方法［11］。當學生有了一定的化學知識和實驗技能積累后，對文獻中描述的自己尚未學習過的實驗現(xiàn)象產(chǎn)生探究欲望，對生活中某些未知問題有了研究的沖動，此時可以引導他們進行真實問題的探究性實驗，讓學生“像科學家一樣去進行探究”。表2中列出了若干基于“真實”問題的探究性實驗方案，學校可以利用表中有關的替代品，采用項目式學習的形式，指導學生開展研究。基于真實情境，先提出研究的問題，隨后獨立進行資料收集、整理、研究等工作，放在團隊中討論，最后付諸于實踐，解決問題尋求答案（見圖2）。

有三種類型的課程在學校教學中可以實施上述基于“真實”問題的探究性實驗教學模式，簡要闡釋如下。

2.2.1? 選修課程中實施

選修課指學校為培養(yǎng)學生個性，由學生自行安排選習的課程。選修課程由教師設計課程內容，學生根據(jù)興趣進行選擇。教師提出關于替代品的化學“真實”問題，在教學中與學生一起討論，引導他們經(jīng)過不斷猜想、設計、實驗失敗，再猜想再實驗，直至成功。

2.2.2? 社團課程中實施

社團是具有某些共同特征的人相聚而成的互益組織。對化學都感興趣和具有一定操作技能的學生組成化學社團。化學社團給學生“真實”問題或者由他們自己提出“真實”問題。團隊經(jīng)討論研究，提出解決問題的方案，最后進行實證。由于學術性較高，合作意識更強，更能獲得探究的情感體驗。

2.2.3? 研究性學習中實施

研究性學習是綜合實踐活動板塊的一項內容。作為高中生必修內容計入高中學分。研究性學習是指從自身生活和社會生活實踐中選擇和確定研究專題，以類似科學研究的方式主動地獲取知識，應用知識解決問題的學習活動。整個課題研究是由學生本人或團隊自主完成，教師進行適當指導。

選修、社團、研究性學習這三種類型課程的實驗探究是由教師引領、學生團隊與學生個體共同研究的從低階到高階的過程。研究中引導學生圍繞“真實”問題，獨立進行實驗設計，敏銳地捕捉實驗的變化和差別，認真分析實驗現(xiàn)象，進行實驗數(shù)據(jù)處理，得出實驗結論。

3? 基于“替代品”的化學實驗的教學價值

3.1? 把“知識”放置于“真實環(huán)境”中學習，提升知識理解力

實驗試劑和儀器有的全部基于替代品或部分基于替代品。這些替代品可以在生活中方便購買，選擇替代品過程中必然與學生累積化學知識相關聯(lián)。這種把“知識”放置于“真實環(huán)境”中的學習方式，可以培養(yǎng)學生的化學意識、社會責任感以及科學素養(yǎng)，提升學生化學知識的理解力。

3.2? 通過基于“真實”問題探究性實驗，提升探究能力與創(chuàng)新意識

基于“真實”問題的探究性實驗，學生用自身儲備的化學知識設計與控制實驗，能加深知識的理解與應用。超出預期的實驗過程或在實驗失敗后的總結中，又能綜合應用已學習過的知識分析，再設計和再探究，提升科學探究能力。在解決實際問題的過程中，能主動學習新的化學知識和科學實驗方法，提升學生的創(chuàng)新意識。這種實驗方式使學生對事物進行全面觀察，抓住主要現(xiàn)象與特征，主動對于未知進行探索和實踐，提升了創(chuàng)新能力，培養(yǎng)了創(chuàng)造才能。

3.3? 通過兩種模式實驗教學，轉變教師的教學觀念，提升化學教學水平

教師的化學知識與經(jīng)驗大多數(shù)來自于教材。對于知識在生活中的應用，有時也知之甚少。通過兩種模式的實驗教學，促進教師關注化學應用意識和化學實際價值，對教材中的化學知識產(chǎn)生更深的認識，也更有信心地去教授化學，通過這兩種模式的實驗教學，教師專業(yè)水平也會不斷提高。在條件有限的情況下，增強了教師創(chuàng)造條件進行化學實驗教學的意識和行動，以達到新課標提升學生化學實驗能力的要求。

4? 基于“替代品”的化學實驗教學的安全問題

安全問題是讀者和編輯十分關心的問題。筆者已經(jīng)開展了多年替代品實驗教學，沒有出現(xiàn)過一次安全事故。這是因為學生已經(jīng)基本掌握了化學操作技能以及一定的安全知識，會使用已儲備的安全知識思考與預期可能產(chǎn)生的問題風險，做好了必要的防護，把危險扼殺在萌芽狀態(tài)，只要操作得當，實驗前引導學生進行風險評估，一般都不會出現(xiàn)問題，也就是說這類實驗是安全的。

基于替代品的實驗具有綠色安全、原料易得、實驗準備工作量小和方便等優(yōu)勢，比較適合學校教師開展日常教學，引導學生開展探究實驗，更適合沒有專職實驗員的鄉(xiāng)村學校或條件薄弱學校，在振興鄉(xiāng)村教育的新時代背景下，這類實驗課程的應用前景廣闊，未來可期。

參考文獻：

［1］［3］中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 2， 72.

［2］［4］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2022： 3， 43.

［5］黃海燕， 王澤安. 電解水小型實驗裝置的設計［J］. 化學教學， 2021， （8）： 72～73.

［6］龔國祥. 用干電池“玩”轉教材電解實驗［J］. 中學化學教學參考， 2018， （9）： 55～57.

［7］唐思嘉， 劉懷樂. 對乙醇催化氧化實驗的補充認識［J］. 化學教學， 2019， （7）： 80～82.

［8］黃勇良. 用乙烯利制備乙烯的方法［J］. 化學教學， 2012， （7）： 46～47.

［9］張禮聰. 實驗引領下“沉淀溶解平衡”教學［J］. 化學教學， 2014， （5）： 42～44.

［10］李健榮. 焰色反應的實驗改進［J］. 化學教學， 2016， （12）： 59～61.

［11］馬靜雅. 基于真實情境的高中化學深度學習的標準化探索［J］. 中國標準化， 2022， （2）： 140.