關(guān)于幾個課堂創(chuàng)新實驗的教學與思考

摘要：成功的課堂演示實驗可以增添化學學科的魅力，教師靈活機動地增加演示實驗或者針對演示實驗準備過程中出現(xiàn)的“意外”現(xiàn)象進行及時適當?shù)奶幚?，可以獲得良好的課堂教學效果。本文介紹了三個課堂演示實驗的改進和優(yōu)化策略，強調(diào)了以學生已有經(jīng)驗為基礎(chǔ)，使實驗教學內(nèi)容與其他教學內(nèi)容形成良好的互相配合。

關(guān)鍵詞：課堂演示實驗；實驗優(yōu)化；優(yōu)化策略

文章編號：1005–6629（2013）9–0047–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

課堂演示實驗是化學教學的常用輔助手段，成功的課堂演示實驗除了活躍課堂氣氛外，還對學生形成直觀生動的物質(zhì)印象、建立抽象的理論概念以及提升思維品質(zhì)有很大的幫助?；瘜W學科的魅力也將因此增色不少，從而吸引學生積極主動地參與到化學學習中來。

然而，由于化學實驗過程中存在不少不確定因素，如試劑的純度和濃度、反應(yīng)的溫度和環(huán)境、添加試劑的先后順序等等都可能成為實驗失敗的原因，由此產(chǎn)生的一些“實驗意外”使得教師在選擇課堂演示實驗時十分慎重。還有一些“實驗意外”則可能由教師本身知識結(jié)構(gòu)的“先天不足”造成，教師在自己的學生時代接受更多的是“描述性”知識，缺乏實驗驗證的環(huán)節(jié)，對一些實驗現(xiàn)象存在“膜拜權(quán)威”的想當然。

筆者認為，出現(xiàn)“意外”并不可怕。按照前蘇聯(lián)教育家巴班斯基的最優(yōu)化教學理論觀點：教師應(yīng)該結(jié)合具體的課堂教學任務(wù)、師生的具體情況、所處的教學環(huán)境來選擇和制定最佳工作方案（即教案），并且在實際中靈活而堅定地施行之，從而取得在該情況下最大可能的結(jié)果，也就是使盡可能多的學生獲得盡可能深程度的理解[1]?，F(xiàn)例舉幾個筆者在一線教學中遇到的實驗“意外”（或困難）以及采取的“優(yōu)化”措施，供同仁參考。

1 單質(zhì)硫的溶解性實驗

今年上海高考考綱顯示：學生需要清楚單質(zhì)硫的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)。而硫的物理性質(zhì)在高一教材中僅僅描述了其顏色[2]，在高三教材中[3]只字未提其物理性質(zhì)，在教材的配套練習冊[4]上卻需要學生完成對硫單質(zhì)溶解性的總結(jié)。由于不少參考書（包括課改前的教材）均提到了單質(zhì)硫的溶解性：“難溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳”，筆者在課堂教學時增加了“硫的溶解性”這一演示實驗。

然而，在實驗準備過程中，筆者發(fā)現(xiàn)水和酒精的溶解能力與文獻資料一致，但是二硫化碳溶解硫的結(jié)果用“易溶”描述比較牽強，所觀察到的分散系呈乳白色，類似于牛奶分散于水體中形成的乳濁液。即使單質(zhì)硫的取量很少，并采取反復振蕩、微熱等手段也不能獲得一般意義上“易溶”的結(jié)果：澄清透明。所以，筆者改變了實驗策略：

步驟1，取半粒米大小的硫粉于試管，滴加3 mL蒸餾水，振蕩?？梢娏蚍蹜腋∮谒砻?，無法溶解[所用單質(zhì)硫為上?；瘜W試劑公司制的25克的教學試劑（SER），分子式S，分子量32.07，符合企標Q/GHSG 015-2002]。

步驟2，向上述試管滴加1 mL二硫化碳，振蕩。未加振蕩時可見無色透明的二硫化碳迅速沉到底部，振蕩后可見原懸浮于水體中顆粒硫粉消失，而原無色透明的二硫化碳顯示乳白色。

在隨后的課堂演示實驗操作完成后，學生通過觀察形成了以下結(jié)論：（1）二硫化碳是無色、難溶于水且實驗研究

比水重的液體；（2）二硫化碳溶解單質(zhì)硫的能力顯著勝于水。通過這個萃取操作，筆者成功避開單純用二硫化碳溶解硫的不明顯效果，而形成了其溶解能力大于水的結(jié)果。對于學有余力的學生或者是高三學生，隨后的課堂討論將圍繞“為何二硫化碳溶解硫的能力大于水”展開，就“結(jié)構(gòu)”決定“性質(zhì)”進行深入地分析，幫助學生形成嚴密的邏輯推理能力。

2 氨氣的還原性實驗

氨氣的還原性是其重要性質(zhì)，教材參考資料清楚地表明該分子中的氮原子可被氧化發(fā)生氧化反應(yīng)[5]。高一教材[6]中通過“氨的催化氧化”實驗來說明其還原性，并提到該反應(yīng)是工業(yè)制硝酸的基礎(chǔ)，但是沒有實驗證明，至高三教材[7]出現(xiàn)課堂實驗“實驗室制硝酸”。筆者曾就該實驗做相應(yīng)改進[8]，但是整個實驗裝置比較龐大、接口較多，即使采用筆者改進后的裝置也很少有同行愿意嘗試（如圖1）。另外，在高一“氨氣性質(zhì)”教學時即牽扯入“硝酸制法”將給學生帶來理解上的困難，更有可能導致教學目標的偏離。

巴班斯基最優(yōu)化教學論中有一條重要的教學原則是“可接受性原則”。用氨的催化氧化反應(yīng)的確可以體現(xiàn)氨的還原性，但就反應(yīng)本身的復雜性、龐大的裝置結(jié)構(gòu)以及實驗結(jié)果的不確定性，導致該反應(yīng)留給學生對于氨氣還原性的感性認識不足。巴班斯基等人認為：教材應(yīng)當在最大限度的可能范圍內(nèi)使學生感到復雜而有難度。那么，如何實現(xiàn)教學的“可接受性”原則呢？他指出，可接受性的限度取決于教學方法的改進。“難以被接受”往往并不是它的科學難度造成的，而是由于缺乏有效的教學過程、非循序漸進敘述、沒有突出重點要點、沒有擺脫次要內(nèi)容等造成的[9]。

因此，在課堂演示實驗中，教師不妨先采用一個簡單易操作的褪色實驗來說明其具有還原性：向紫紅色高錳酸鉀溶液中逐滴滴加濃氨水，可見紫紅色不斷褪去（2NH3+2KMnO4→2KOH+N2↑+2H2O+2MnO2↓）。

等到學生得出這是一個氧化還原反應(yīng)且氨氣顯示還原性結(jié)論后，教師可以提示學生是否可以有其他更常見的氧化劑氧化具有還原性的氨氣，并且可以組織討論如果用氧氣氧化氨氣可能需要的條件以及怎樣證明氨氣被氧化等問題。最后呈現(xiàn)氨的催化氧化裝置并進行演示實驗，即使未能見到預期現(xiàn)象，學生對于氨氣的還原性也已經(jīng)有了一個深刻的印象。如果時間充分，師生可以討論實驗失敗的原因以及改進措施，甚至可以引導學生提前預習硝酸的工業(yè)制法。

3 碳酸鈉和碳酸氫鈉的相互轉(zhuǎn)化實驗

高三教材[10]課堂實驗顯示：向飽和碳酸鈉溶液中通入較純二氧化碳氣體，可以獲得碳酸氫鈉沉淀。但筆者在實驗準備時發(fā)現(xiàn)，即使按照如圖2所示裝置向飽和碳酸鈉溶液中通入純凈、干燥的二氧化碳氣體，要見到沉淀并不是一件容易的事。

為此，筆者查閱了相關(guān)資料并做了計算：

室溫（20℃）碳酸鈉溶解度21.5克/100克水，假設(shè)實驗中用3毫升水溶解碳酸鈉達到飽和，需要x克碳酸鈉固體：

100：21.5=3：x

解得x=0.645克，即0.006 mol碳酸鈉。

反應(yīng)方程式

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

0.006 mol 生成0.012 mol

生成碳酸氫鈉0.012×84=1.008克

此時m（水）=3-0.006×18=2.892克，能溶解碳酸氫鈉的質(zhì)量為y克（室溫下溶解度為9.6克/100克水）

100：9.6=2.892：y

解得y=0.278克。

因此可析出碳酸氫鈉1.008-0.278=0.730克。

計算結(jié)果顯示，在該實驗中可以看到沉淀，但可能不明顯。此后筆者經(jīng)多次嘗試發(fā)現(xiàn)該實驗大約需要連續(xù)通二氧化碳氣體30分鐘左右才可以觀察到有較為明顯的白色沉淀。筆者以為：該實驗操作簡單，通過課堂演示碳酸氫鈉的生成可以說明兩點：（1）正鹽可以和酸反應(yīng)生成酸式鹽；（2）碳酸氫鈉的溶解度小于正鹽碳酸鈉，但是等待現(xiàn)象的時間過長會消弱學生探究問題、獲取真知的興趣。

參考文獻：

[1]鐘啟泉.前蘇聯(lián)教學論流派[M].西安：陜西人民教育出版社，1998：110.

[2][6]高級中學課本（試用本）化學（高中一年級第二學期）[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2007：3.

[3][7][10]高級中學課本（化學拓展型課程）[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2008：88～93，100～102.

[4]高級中學課本（試用本）化學·練習部分（高中一年級第二學期）[M].上海：上海科學技術(shù)出版社，2007：1.

[5]化學教學參考資料（高中一年級第二學期）[M].上海：上海科學技術(shù)出版社，2007：18.

[8]張建波，施力爭.有毒氣體實驗的集約化實驗設(shè)計[J].化學教學，2011，（5）：44～45.

[9]巴班斯基.論教學過程最優(yōu)化[M].北京：教育科學出版社，2001：32.