高中化学实验设计和创新研究

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一、实验设计和创新生活化

所谓化学实验创新的生活化是指学生走出实验室，放眼身边，利用日常生活中一些随处可见的、容易获取的资源来改进化学实验以达到减弱或消除课堂或学校因实验条件的限制所带来的弊端，特别是对于欠发达地区或者农村学校尤为适用。例如：笔者印象非常深刻的是2017年新课标全国I卷理综选择题第十题：实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示（Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气），下列说法正确的是（）A．①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液B．管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体浓度C．结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热D．装置Q（启普发生器）也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气该实验题考查了有关启普发生器的知识，启普发生器本来应该是九年级化学学氧化碳或者氢气的制取和性质实验中要提及的，然而笔者用这道题问了当时所教的高一年学生，结果很多学生反映说根本没见过这仪器。于是笔者展示了启普发生器的构造并就其使用注意事项和制气原理讲解给学生听，为了让学生能更直观深切地体会这个仪器，课后笔者还布置给学生一个任务：根据启普发生器的原理回家用一些生活用品来自制简易版的启普发生器。于是就有同学回家利用废弃的塑料瓶做容器；废弃的注射器上端去掉活塞，下端用万能胶粘上吸管做漏斗；医疗输液管做开关控制器；剪下的另一个塑料瓶底扎几个洞做隔板等等自制了多种简化版的启普发生器，并用食醋和蛋壳做实验制取二氧化碳气体，进一步加深了对启普发生器的感性认识。以下是班上学生根据作业要求回家自制的其中一种简易启普发生器：当然，在日常生活中可替代实验室的某些仪器或药品的资源还有很多，比如旧电池、铁钉、铜线、洁厕剂、食盐、维生素C片等等。而将生活用品、废品灵活、合理地应用到化学实验中不但节约了实验成本，提高了实验效率，还培养了学生关注生活、变废为宝的思想，增强了学生动手动脑的能力，更有助于提高学生化学学习的积极性。

二、实验设计和创新生态化

化学给大众潜意识的印象是：有毒、爆炸、危险！因此化学实验对于很多学生来说既是充满好奇的，又是让他们心生畏惧的。不仅是学生，很多化学教育工作者也大多会以为了学生和自身的安全为借口，对那些实验过程中需用到（或产生）易腐蚀、易燃易爆或有毒的、刺激性气味气体（如Cl2、NOx、SO2等）的实验往往采取能省则省的方式，常以口述、笔画、比划或者观看视频的形式代替学生的动手实验或者教师的演示实验。因此笔者所谓的实验创新生态化不仅仅是指节约药品和环保意识，还包括如何在以能达到相同教学目的的前提下用更低腐蚀、更安全的药品来替代教材中所列的实验药品，或者更优化的实验设计以尽可能减少刺激性气味气体或有毒气体的排放来降低师生对此类化学实验的畏惧感。在新课程标准中初高中教科书在实验内容的选择与编排上尽管充分考虑了易教易学，并尽量使实验内容相对系统。但教学实践中，依然存在某些实验在不同学段、不同模块、不同主题或单元重复出现的迹象，这不可避免会造成一些实验要重复做、一些实验的过程要反复出现[2]，由此带来的不仅仅是资源浪费和环境污染，特别是有些有污染性的实验也会让师生感到厌烦和抗拒。因此，笔者认为我们化学教育工作者可发挥主观能动性，根据具体教学要求，系统规划、整体设计实验内容，在充分考虑学生的认知基础和技能水平的基础上，将那些有一定关联度但却零散的、分散的化学实验整合或串联在一起，使之系列化并力求简约[2]，以此实现实验设计和创新的生态化。以苏教版《必修一》中所列实验为例，在《氯气的性质》一节中编排有实验“观察与思考”（教师演示实验），内容涉及氯气的物理性质及部分化学性质（氯气与金属钠、铁、铜的反应），但在后面《溴、碘的提取》一节课中又编排了一组“观察与思考”的演示实验，内容为以新制氯水提取溴化钾溶液和碘化钾溶液中的单质溴和单质碘（其实质就是新制氯水中的氯气与溴化钾溶液或碘化钾溶液的反应）。笔者认为可以把这两组实验合二为一都并在《氯气的性质》一节中进行，这样可以减少氯气的重复制取带来的药品浪费、环境污染以及有毒气体对师生健康的危害。不仅如此，这两个实验合并还能进一步加深学生对氯气性质的全面理解，并且通过氯气与同族元素卤化物的相互置换对比学习使学生更充分地理解和掌握同族元素间的相似性和递变形。

三、实验设计和创新灵活化

实验在化学教学中的重要性是不言而喻的，笔者认为首先在有限的课堂时间中所完成的实验很大程度上并不能完全满足学生无限的好奇心和求知欲；其次，以苏教版为例，教材中所列的实验不能完全展现化学实验的魅力。因此，笔者认为有条件的中学可以从实验时间灵活化和实验内容灵活化上进行优化设计和创新。首先，灵活化的实验时间是指学校或教师能在除正规的课堂教学时间外尽可能多的开设化学实验相关的校本选修课，让更多学生感悟化学魅力。甚至有条件的中学可以规定安排每天或每周在一定时间段内开放实验室，让学生在有教师指导下做一些探究性实验。以我校为例，为进行该课题研究，同时响应国家新课程标准素质先行的号召，教研组长在征得学校同意，规定每周周一至周五下午上课前一个小时（夏季制：中午一点二十分到两点二十分，冬季制：中午十二点五十分到一点五十分）为实验室开放时间，期间学生可以在教师监督指导下自由合理利用实验室所提供的仪器和药品进行有目的的探究性实验。而指导教师为我校全体化学组教师按周轮值。通过这种灵活性的第二实验时间既提高学生的化学学习的主动性，还能培养学生学会查阅资料，动脑思考，动手实验和自己总结知识经验的能力。其次，实验内容灵活化是指为了能更好利用化学实验这个教学利器，为了让学生更感性、更有对比性的认识物质的性质，有时可以考虑对教材中的某些的实验内容进行合理更改或增设。例如：在苏教版《碳酸钠的性质与应用》中在把苏打和小苏打进行性质对比学习时，笔者认为可在“活动与探究”中增设一个实验：碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液分别与氯化钡溶液和氢氧化钡溶液进行反应，通过这两组实验现象的对比学习使学生能更加深刻的记住苏打和小苏打的又一鉴别方法，并且该增设的实验所用的药品安全，操作简单，现象明显，适合学生动手实验。

总之，对高中化学实验进行设计和创新是一个任重道远的过程，它需要我们所有的化学教育工作者长期不断地努力，才能使化学的魅力在学生的心目中璀璨不灭。

参考文献：

[1]霍本斌,江宏.高中化学实验创新的研究视角与优化策略[J].教学月刊•中学版(教学参考),2017(Z1):96-100.

[2]陆国志,谷伟健,王晶.中学化学实验绿色化的实践途径[J].教学与管理,2016(10):69-71.

作者:郑丰 单位:福建省福清第三中学