化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的實踐與思考

摘 要：化學實驗創(chuàng)新設(shè)計是化學實驗教學改革的重要途徑，在全面理解化學實驗創(chuàng)新設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上進行化學實驗的創(chuàng)新設(shè)計，才能更好地展現(xiàn)化學學科魅力，才能更有助于化學教育教學，才能更有利于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。結(jié)合多年實踐、探索的具體案例，從化學物質(zhì)的選取及化學反應原理的創(chuàng)新、儀器裝置的創(chuàng)新、操作技術(shù)的創(chuàng)新、設(shè)計理念的創(chuàng)新四個方面對化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容做了初步闡述，對化學實驗創(chuàng)新設(shè)計做了一些思考。

關(guān)鍵詞：化學實驗；創(chuàng)新設(shè)計；實踐；思考

化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學，這就決定了化學實驗在化學教育和教學中不可替代的地位。在當前的化學實驗教學中，許多老師往往把注意力集中在教材水平的探究上，即便有所改進，學生所受到的教育仍側(cè)重于對某種儀器裝置的認識和基本操作的掌握。實驗本應是化學教學的靈魂與魅力所在，但由于我們對化學教育的缺位，中考、高考中花樣翻新的種種實驗裝置設(shè)計題的誘因，實施過程中許多化學教師認為“黑板實驗”并無不可。這樣的現(xiàn)狀使得化學實驗教學的改革舉步維艱，更談不上對化學實驗進行創(chuàng)新設(shè)計，盡管在這方面確有部分老師在進行實驗的改進或創(chuàng)新，其內(nèi)容仍停留在儀器裝置的改進或創(chuàng)新的片面理解上，一些固有的思維模式束縛著廣大化學教師創(chuàng)造力的發(fā)揮，對于學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)更是大打折扣。筆者結(jié)合多年的實踐，對化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容進行了探索，總結(jié)了一些案例，做了一些思考。不當之處，敬請廣大同行進行批評、斧正。

一、化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容及案例

化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容主要包括化學物質(zhì)的選取及化學反應原理的創(chuàng)新、儀器裝置的創(chuàng)新、操作技術(shù)的創(chuàng)新、設(shè)計理念的創(chuàng)新等。

1.化學物質(zhì)的選取及化學反應原理的創(chuàng)新

學習或探究的目標決定了化學物質(zhì)的選取和化學反應原理的應用，選取不同的物質(zhì)或材料、應用不同的反應原理，其實驗的教育價值是不一樣的。

[案例1] 九年級化學上冊緒言課，多數(shù)老師采用演示趣味化學實驗，如“燒不壞的手帕”，可將手帕改為紙幣，更能激發(fā)學生的好奇心和求知欲，更能鞏固和發(fā)展學生的興趣。

[案例2] 實驗室制備氯氣，教材用濃鹽酸與二氧化錳加熱制備，可將二氧化錳改為常見氧化劑，如高錳酸鉀、氯酸鉀等，不用加熱便可直接制取。

[案例3] 實驗室制備氨氣，教材用氯化銨和堿石灰的混合物加熱制備，應用不同的原理有不同的制備方法，如，加熱濃氨水法、氨水加生石灰法、氮化鎂雙水解法等。

2.儀器裝置的創(chuàng)新

根據(jù)實驗所用到的相關(guān)物質(zhì)的化學和物理性質(zhì)、化學反應的原理以及實驗進行的條件，使用什么樣的裝置也就大致確定了。儀器裝置的創(chuàng)新是化學實驗創(chuàng)新設(shè)計中老師們探討得比較多的一個方面。主要包括常規(guī)儀器的多功能使用、生活替代品簡易儀器裝置的設(shè)計、微型儀器、成套儀器、新型儀器等。

[案例1] 2011年的高考，以三頸瓶為主的成套實驗改進裝置頻頻出現(xiàn)在各地的高考試題中，如，江蘇高考題中用硝酸氧化淀粉水解液制備草酸的裝置（如圖1所示），再如浙江高考題中由二苯基經(jīng)乙酮氧化制二苯基乙二酮（如圖2所示），北京高考題中探究SO2與可溶性鋇的強酸鹽能否反應生成白色BaSO4沉淀（如圖3所示）。

[案例2] 測定摩爾鹽（NH4）2Fe（S04）2·6H2O粗產(chǎn)品純度的實驗（已知其中含有Fe2（S04）3雜質(zhì)）。方案一：抓住了NH4+，并把它轉(zhuǎn)化成了可測定的物質(zhì)NH3，然后設(shè)計了（如圖4、5所示）理想的實驗裝置，測生成的氨氣的體積完成實驗目的；方案二：通過測氨氣的質(zhì)量來完成實驗目的（如圖6所示）；方案三：還可以抓住Fe3+，用滴定法測定Fe3+的物質(zhì)的量，從而求摩爾鹽的純度。（裝置如圖7所示）

3.操作技術(shù)的創(chuàng)新

如何安全、有序地完成實驗決定于實驗者所應具有的操作技術(shù)的規(guī)范程度。操作技術(shù)的創(chuàng)新包括反應條件的控制、反應用量的控制、表面技術(shù)應用與控制、數(shù)字技術(shù)應用與控制等。

[案例1] “吹出來的銀鏡”實驗。教材銀鏡反應實驗采用試管水浴加熱，將試管改為圓底燒瓶，改變加熱的方式為電熱風加熱，不但加熱的方式變得簡單，其實驗的可視效果也大大增加。

[案例2] 鈉與氯氣反應的實驗。教材采用集氣瓶收集氯氣，將鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，再將集氣瓶倒扣在石棉網(wǎng)上的操作，改用氣袋收集氯氣，把鈉放在試管中加熱，設(shè)計循環(huán)裝置不斷控制氯氣進入試管的量，可以觀察到鈉在氯氣中燃燒和停止燃燒的現(xiàn)象，既可以增加觀賞性，又可以防止氯氣泄漏污染環(huán)境。

[案例3] 鐵與水蒸氣反應實驗。影響實驗成功率及反應速率的因素主要是水蒸氣的流速和反應溫度，并且二者有著十分密切的關(guān)系，實驗時要特別注意控制通過高溫加熱的裝有石棉絨和鐵粉的硬質(zhì)試管時水蒸氣的量，水蒸氣的量太少和太多反應的效果都很差。

[案例4] 利用DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)研究濃度對化學反應速率的影響的實驗。用傳統(tǒng)的實驗方法，分四次（0.5 mol/L HCl、1 mol/L HCl、1.5 mol/L HCl、2 mol/L HCl分別與等量的大理石反應）進行實驗，然后人工記錄時間及產(chǎn)生的氣體體積的數(shù)據(jù)，后繪制四條氣體體積隨時間的變化圖象。通過先進的DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)把原來分四次進行實驗改為同時進行，利用壓強傳感器測定反應密閉容器內(nèi)氣體壓強的變化，并在電腦上同時做出四條壓強隨時間的變化圖象，記錄數(shù)據(jù)、圖象繪制均由計算機完成，既簡單又準確。

4.設(shè)計理念的創(chuàng)新

化學實驗的創(chuàng)新設(shè)計是一項系統(tǒng)工程，需要全面思考，不斷實踐，不斷突破，不斷改進，不斷完善。設(shè)計理念創(chuàng)新包括科學、安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、高效、簡便、易控、美觀、趣味化等。

[案例1] 新型簡易微型原電池的制作。設(shè)計時突破關(guān)鍵性的三個難點，一是解決液態(tài)電解質(zhì)流動性的問題；二是玻璃容器的局限；三是隔膜材料。設(shè)計制作時，將電解質(zhì)溶液吸附在耐酸耐堿性能強的濕紙巾（超市購得），用隔膜（從廢舊手機鋰電池拆卸而得）將濕紙巾包裹起來，成片狀，兩個片狀電極分別壓緊在隔膜的兩面，用導線連接即可構(gòu)成一個新型的微型原電池（如圖8）。這一簡易原電池的特點是體積小，厚度薄，結(jié)構(gòu)簡單，組裝容易、安全，原料易得，藥品用量少，同等條件下電流強度更大、更穩(wěn)定，適合多種原電池的組裝探究。

[案例2] CO還原CuO的環(huán)保型實驗。如圖9所示，用膠頭滴管將適量NaOH溶液加入尾氣袋，將適量澄清石灰水加入具支試管中，同時連接玻璃導管及單孔橡皮塞，把氧化銅玻璃管和具支試管固定在鐵架臺上，用橡皮管將氧化銅玻璃管、具支試管、尾氣袋連接，最后將CO氣袋一端與氧化銅玻璃管連接，另一端與尾氣袋末端連接。

設(shè)計特點：CO氣體排出反應和回收使用操作簡單，安全性高；整套裝置密閉、循環(huán)，未反應的CO氣體可回收利用，利于環(huán)保，經(jīng)濟效益高；玻璃導管內(nèi)附著的氧化銅層表面積大，CO氣體還原效果較好；實驗完畢，玻璃導管如銅棒，可見度大，便于觀察；CO還原CuO的時間約1～2分鐘，所需時間短，速度快，實驗高效。循環(huán)設(shè)計源于綠色化學理念，氧化銅管制作應用了表面化學反應原理，操作技術(shù)易于控制。

二、化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的思考

1.化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的關(guān)鍵是化學物質(zhì)的選取及化學反應原理的創(chuàng)新

但這一內(nèi)容往往被多數(shù)化學老師忽視，多數(shù)老師的視野仍停留在教材和教參上，因而儀器裝置的創(chuàng)新仍是當前化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的主流。不過我們有理由相信，隨著新課程的實施和推進，隨著化學實驗教學改革的進一步深化，當我們從化學實驗教學評價中走出來時，越來越多的化學老師將會把目光集中到化學實驗創(chuàng)新設(shè)計的源頭上來。

2.操作技術(shù)創(chuàng)新給廣大化學教師和化學實驗人員的專業(yè)素養(yǎng)提出了全面的要求

實驗設(shè)計或教學中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)老師重視了實驗操作步驟規(guī)范化的講解，忽視了實驗過程中操作的靈活性、應變性、控制性、系統(tǒng)性要求。

3.實驗設(shè)計的理念創(chuàng)新給廣大化學教師和化學實驗人員專業(yè)帶來了不斷的思考

設(shè)計實驗時要更多地關(guān)注實驗的科學與安全、節(jié)能與環(huán)保、經(jīng)濟與高效、簡便與易控、美觀與趣味等，盡可能將我們的思維緊緊地與科學教育、安全教育、環(huán)保教育、品德教育、審美教育、興趣培養(yǎng)聯(lián)系起來，落實好綠色化學、表面化學等化學學科理念和化學學科新技術(shù)的教育。

4.與高考的關(guān)系

總之，化學實驗的創(chuàng)新設(shè)計是提高化學教育教學水平和質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)，同時也是我們每個化學教師或化學實驗人員在化學教學中都應該不斷實踐和不斷思考的問題。我國著名化學家戴安邦先生曾經(jīng)說過：“化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式?！蔽覀冊趯嶒灲虒W中，不僅要重視演示實驗的示范作用，更要重視實驗的改進和創(chuàng)新設(shè)計。

（作者單位 貴州省畢節(jié)市金沙縣逸夫中學）