精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 綻放化學(xué)之美

陸玉涵

（江蘇省蘇州市吳江區(qū)實(shí)驗(yàn)初級(jí)中學(xué) 江蘇 蘇州 215200）

歌德說過：“我們必須把科學(xué)當(dāng)作藝術(shù)，然后才能從科學(xué)中得到完整的知識(shí)。 ”一語道出了科學(xué)和藝術(shù)是統(tǒng)一的。 科學(xué)是美的，而化學(xué)學(xué)科作為一門自然學(xué)科，也不例外。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的特征和魅力所在。 初中化學(xué)最吸引學(xué)生之處莫過于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生一開始對(duì)于化學(xué)的熱愛之情都是從奇妙的化學(xué)實(shí)驗(yàn)開始的。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于提高化學(xué)教學(xué)質(zhì)量，全面落實(shí)培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)的目標(biāo)，具有其他化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和形式所不能代替的特殊作用。 在教學(xué)過程中，僅按照書本現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)，有時(shí)很難滿足學(xué)生的需求。 而通過精心設(shè)計(jì)有效的實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生更好地感知實(shí)驗(yàn)、獲得啟發(fā)，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能，同時(shí)讓實(shí)驗(yàn)成為學(xué)生發(fā)現(xiàn)化學(xué)之美的眼睛。 依據(jù)以上的原則去精心設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)， 帶領(lǐng)著學(xué)生進(jìn)入一個(gè)美麗的化學(xué)世界，讓教學(xué)變得饒有趣味，從中去感受化學(xué)的魅力，化學(xué)的美麗。

一、精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的原則

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指在實(shí)施化學(xué)實(shí)驗(yàn)之前，依據(jù)一定的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵?，運(yùn)用有關(guān)的化學(xué)知識(shí)與技能，對(duì)實(shí)驗(yàn)的儀器、裝置、步驟和方法等在頭腦中所進(jìn)行的一種規(guī)劃。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般要遵循以下的原則：

1. 科學(xué)性原則

科學(xué)性是指實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)程序和操作方法必須與化學(xué)理論知識(shí)和化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法論相一致。 因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，切忌出現(xiàn)用錯(cuò)試劑等科學(xué)性錯(cuò)誤。 如鑒別Na2SO4和NaCl 溶液時(shí)，有學(xué)生認(rèn)為可以用鹽酸酸化的硝酸銀溶液，很顯然，不妥當(dāng)，因?yàn)辂}酸中的氯離子是干擾離子，無法得出正確的結(jié)論，而選用硝酸酸化的硝酸銀溶液或氯化鋇溶液則符合科學(xué)性原則。

2. 綠色化原則

綠色環(huán)保是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中學(xué)生應(yīng)樹立的基本化學(xué)觀念之一。 在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中需體現(xiàn)綠色化學(xué)的思想。 如對(duì)于一些不夠環(huán)保的實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)合理的方案進(jìn)行改進(jìn)， 對(duì)廢液廢渣進(jìn)行及時(shí)的處理等方式，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程貫穿綠色化學(xué)的思想。

3. 可行性原則

可行性是指設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)所運(yùn)用的實(shí)驗(yàn)原理在實(shí)施時(shí)切實(shí)可行，所選用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、設(shè)備和方法在中學(xué)的條件下能夠得到滿足。 如氧氣和氮?dú)獾蔫b別，有學(xué)生想到了測(cè)密度的方式，雖然理論上可行，但是在現(xiàn)有中學(xué)的條件下，卻很難實(shí)施。

4. 安全性原則

安全性是指實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量避免使用有毒化學(xué)藥品和具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)操作。 但在實(shí)際教學(xué)過程中，總有一些實(shí)驗(yàn)存在一定的危險(xiǎn)性。 因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)有一定的預(yù)見性。 對(duì)該實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的一些危害進(jìn)行預(yù)估。 并采取適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行合理的防護(hù)，防患于未然。

5. 簡(jiǎn)約性原則

簡(jiǎn)約性是指要盡可能采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，用少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品， 在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。如鑒別HCl、NaOH 和NaCl 這三種溶液時(shí)， 學(xué)生想到分別用碳酸鈉、氯化鎂、硝酸銀溶液去鑒別，雖然可行，但顯得繁瑣，完全可以用一種試劑，如紫色石蕊試液就可以鑒別，符合簡(jiǎn)約性原則。

二、精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 多角度展示化學(xué)之美

1. 實(shí)驗(yàn)取長(zhǎng)補(bǔ)短，綻放現(xiàn)象之美

車爾尼雪夫斯基說：“人們?cè)谛蕾p各種美的事物而產(chǎn)生美感時(shí)候，總是從直觀的形象開始的，只有通過生動(dòng)具體的形象才能體會(huì)它的本質(zhì)，從而得到情感的愉悅。 ”化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常伴隨著一些現(xiàn)象，如放熱、發(fā)光、變色、放出氣體和生成沉淀等。 這些美妙現(xiàn)象，深深吸引著學(xué)生。 學(xué)生通過感知物質(zhì)及其變化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，形成化學(xué)概念，認(rèn)識(shí)化學(xué)理論。 美好的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓學(xué)生如癡如醉，一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象過于激烈，卻大大刺激著學(xué)生的感官，給學(xué)生帶來不適感。 因此對(duì)于這部分實(shí)驗(yàn)，可以稍加改進(jìn)，保留其鮮明有趣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，避免不足之處，從而使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯得恰到好處，激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)欲望。

例如：鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)中鎂條燃燒產(chǎn)生的耀眼白光讓學(xué)生覺得興奮，但對(duì)眼睛刺激很大，通常觀察幾秒后，學(xué)生往往會(huì)“眼冒金星”，總覺得有些美中不足。 如何能夠設(shè)計(jì)出既能體現(xiàn)耀眼白光這一鮮明現(xiàn)象，又能緩解眼睛刺激這一弊端？ 在復(fù)習(xí)氧氣化學(xué)性質(zhì)時(shí)，采取以下的做法，收到不錯(cuò)的效果。

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一］

取一塑料瓶，在瓶塞上打上若干小孔，將鎂粉裝入其中。 在培養(yǎng)皿中放入適量酒精，點(diǎn)燃后，將鎂粉不斷撒落在燃著的酒精上方。 同時(shí)配以節(jié)奏分明的音樂，鎂粉在火焰上隨音樂“舞動(dòng)”起來，鎂粉燃燒的耀眼白光變的柔和且對(duì)眼睛刺激較小，如同煙花綻放般的景象讓學(xué)生驚嘆， 學(xué)生深深感受到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之美，獲得愉悅感，從而更加投入地學(xué)習(xí)。

2. 實(shí)驗(yàn)清潔環(huán)保 綻放“綠色”之美

化學(xué)與環(huán)境污染密切相關(guān)，很多環(huán)境問題的解決要靠化學(xué)方法來實(shí)現(xiàn)。 中學(xué)化學(xué)課堂是最直接的環(huán)保教育基地。 化學(xué)課本比較重視在化學(xué)教育中滲透環(huán)保綠色的理念， 教材編排中涉及許多環(huán)境污染問題，如溫室效應(yīng)、可吸入顆粒物、大氣污染、酸雨等。 這些書本的“綠色”點(diǎn)滴貫穿著整本初中教材，讓化學(xué)學(xué)科無處不在綻放著“綠色”之美。 然而化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些有毒或者有害的物質(zhì)，這些物質(zhì)對(duì)環(huán)境及師生健康帶來了一定危害。 這給化學(xué)的美帶來一處不和諧的音符。 因此，在實(shí)驗(yàn)過程中就需要通過一些有效措施對(duì)容易產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行完善。 使化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所和環(huán)境的污染降到最低限度。 同時(shí)讓學(xué)生感受綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)的美好。

例如：在探究酸雨形成過程中，以往實(shí)驗(yàn)是將燃燒匙內(nèi)點(diǎn)燃硫粉后伸入充滿氧氣的集氣瓶中，待燃燒結(jié)束后，蓋上玻璃片。用注射器抽取40mL 二氧化硫及10mL 滴有紫色石蕊試液的水溶液。 整個(gè)過程中，硫粉燃燒在敞口的集氣瓶中燃燒，勢(shì)必導(dǎo)致部分二氧化硫氣體外泄，整個(gè)過程不夠環(huán)保。 而針對(duì)這一缺點(diǎn)，利用醫(yī)用針筒對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，能夠有效地避免環(huán)境污染問題。

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)二］

在集氣瓶上塞上雙孔橡膠塞，分別插入燃燒匙和醫(yī)用注射器（50mL），待點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)硫粉后，迅速插入集滿氧氣的集氣瓶中， 待燃燒結(jié)束后，用醫(yī)用注射器抽取瓶?jī)?nèi)40mL 二氧化硫氣體。拔下注射器， 針頭仍然留在雙孔橡膠塞中，并迅速用自制小橡皮塞封住注射器針頭的上端，防止瓶?jī)?nèi)剩余氣體外逸。 隨后繼續(xù)用針筒抽取10mL 滴有紫色石蕊試液的水溶液并進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

此處改進(jìn)，有效避免了二氧化硫氣體在敞口容器中會(huì)逃逸出一部分的缺陷。 而且對(duì)于集氣瓶中剩余的二氧化硫氣體，可用注射器向其中注入氫氧化鈉溶液吸收。 這樣一來，二氧化硫氣體由于是在密閉容器中，且剩余氣體及時(shí)處理，可將污染將至最低。整個(gè)實(shí)驗(yàn)無處不在體現(xiàn)著環(huán)保綠色之美。

3.實(shí)驗(yàn)微量高效 綻放簡(jiǎn)約之美

著名心理學(xué)家、教育家布魯納認(rèn)為：任何學(xué)科的內(nèi)容都可以用更為經(jīng)濟(jì)、富有活力的簡(jiǎn)約方法表達(dá)出來，從而使學(xué)習(xí)者易于掌握。 陶行知曾說過：“凡做一事，要用最簡(jiǎn)單、最省力、最省錢、最省時(shí)的法子，去收獲最大的效果。 ”一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，用量較多。若實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虮M可能采用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置，用較少的實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)藥品，在較短的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)，以簡(jiǎn)馭繁，省時(shí)高效，有效提高了課堂教學(xué)的質(zhì)量。 實(shí)驗(yàn)過程中讓學(xué)生感受化學(xué)實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)約之美。

例如：要證明濃硫酸的吸水性，一種實(shí)驗(yàn)方法是將濃硫酸置于敞口容器中，先稱量開始的質(zhì)量，放置一段時(shí)間后，再稱量一次質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量變大了，可以間接證明濃硫酸具有吸水性。 但是由于濃硫酸具有強(qiáng)烈的腐蝕性，放于敞口容器中，存在的一定的危險(xiǎn)性。另外吸收了水分之后的濃硫酸仍然是一份濃度較高的酸，還需進(jìn)行后續(xù)的廢液處理，整個(gè)過程顯得繁瑣耗時(shí)，課堂教學(xué)受到限制。 而對(duì)該實(shí)驗(yàn)采取微量化處理，則可以讓實(shí)驗(yàn)過程變得簡(jiǎn)潔高效。

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三］

取一支溫度計(jì)，將其底部溫度計(jì)水銀泡蘸取濃硫酸，在一個(gè)充滿空氣的大燒杯中不斷甩動(dòng)，發(fā)現(xiàn)溫度計(jì)溫度在上升。 由于濃硫酸溶于水會(huì)放出大量的熱，而空氣中有水蒸氣，濃硫酸吸收了空氣中的水分后放出熱，間接證明濃硫酸具有吸水性。

該實(shí)驗(yàn)微量簡(jiǎn)潔，不僅節(jié)約藥品、節(jié)約時(shí)間、而且安全可靠。 簡(jiǎn)潔卻可以說明問題。 這也是我們不斷追求“大道至簡(jiǎn)”的教學(xué)境界。

4.實(shí)驗(yàn)推理嚴(yán)謹(jǐn) 綻放邏輯之美

新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)學(xué)生初步養(yǎng)成勤于思考、敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)等科學(xué)品質(zhì)。 具有依據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)對(duì)猜想或者假設(shè)做初步論證的意識(shí)。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中必然存在著大量的推理論證過程。 在實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)緊扣的實(shí)驗(yàn)步驟，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评碚撟C，層層分析推進(jìn)，幫助學(xué)生建立起恰當(dāng)?shù)乃季S模式，形成正確的結(jié)論。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)推理過程借助邏輯推理方法進(jìn)行，既在邏輯思維過程中，根據(jù)現(xiàn)實(shí)材料按邏輯思維的規(guī)律和規(guī)則形成概念，作出判斷和進(jìn)行推理。 實(shí)驗(yàn)過程中，類比論證過程嚴(yán)絲合縫，讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬛馈?/p>

例如：氫氧化鈉溶液和二氧化碳反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象。學(xué)生無法判斷該反應(yīng)是否進(jìn)行。一般直接告知。但這種灌輸式的教學(xué)方法顯然不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。 而通過設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)緊扣的實(shí)驗(yàn)，可以很好地解決灌輸式教學(xué)的弊端，對(duì)新知識(shí)的產(chǎn)生和理解有著很強(qiáng)的說服力，同時(shí)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析問題解決問題的科學(xué)探究能力大有益處。

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)四］

取兩個(gè)軟塑料瓶（可選用礦泉水瓶），集滿二氧化碳。 準(zhǔn)備兩個(gè)橡皮塞，塞子上分別插入一個(gè)醫(yī)用注射器， 醫(yī)用注射器內(nèi)吸入一定量稀鹽酸 （后續(xù)實(shí)驗(yàn)備用）。 分別倒入適量氫氧化鈉溶液，迅速塞上帶有醫(yī)用注射器的橡皮塞，振蕩軟塑料瓶。發(fā)現(xiàn)塑料瓶變癟。引導(dǎo)學(xué)生思考為何振蕩后瓶子變癟？

僅僅看到瓶子變癟說明氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，缺少說服力，學(xué)生心存疑惑。 因?yàn)槎趸寄苋苡谒?，可能是因?yàn)槎趸嫉娜芙舛鴮?dǎo)致瓶子變癟。 此時(shí)，正是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行邏輯推理的大好時(shí)機(jī)。 如何證明不僅僅是因?yàn)槎趸既苡谒畬?dǎo)致的瓶子變癟呢？

這時(shí)，可以用控制變量法的思想，再用一個(gè)一模一樣的軟塑料瓶，集滿二氧化碳，加入等體積的水，振蕩后發(fā)現(xiàn)瓶子只是稍變癟。 從這一對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以初步判斷氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，有較強(qiáng)說服力。 這時(shí)，學(xué)生勢(shì)必想要知道既然氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，那么主要產(chǎn)物又是什么呢？

通過學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)，氫氧化鈣和二氧化碳反應(yīng)能夠生成碳酸鈣和水的事實(shí)， 學(xué)生猜測(cè)可能是碳酸鈉。那么如何證明產(chǎn)物是碳酸鈉呢？ 可給予信息提示：稀鹽酸和碳酸鈉反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。 根據(jù)這一信息提示，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)：將一開始注射器中準(zhǔn)備好的稀鹽酸推入瓶中，發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)液體迅速冒出氣泡，可得到結(jié)論：氫氧化鈉溶液和二氧化碳反應(yīng)有碳酸鈉生成。

整個(gè)推理和實(shí)驗(yàn)過程，不僅有利于學(xué)生新知識(shí)的建立和理解，依據(jù)已有知識(shí)，借助邏輯推理方法設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)。 學(xué)生感受科學(xué)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)和艱辛，這比教師的直接講授有效得多，同時(shí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)推理的邏輯之美與魅力此刻盡現(xiàn)。

5. 實(shí)驗(yàn)合理防護(hù) 綻放安全之美

化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中， 一些化學(xué)藥品及實(shí)驗(yàn)操作等具有一定的危險(xiǎn)性。因此，必須要樹立安全責(zé)任重于泰山安全意識(shí)。另外，正因?yàn)橐恍┗瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)存在危險(xiǎn)性，一部分學(xué)生會(huì)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在恐懼心理。而這樣的心理不利于學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行正面引導(dǎo)，預(yù)知可能出現(xiàn)的一些危險(xiǎn)情況，實(shí)驗(yàn)過程中提前做好合理的防護(hù)措施， 將可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)防患于未然。危險(xiǎn)是可以預(yù)防的，只要積極地進(jìn)行防護(hù)， 那么一些危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)也可以順利地進(jìn)行，消除了學(xué)生想做實(shí)驗(yàn)而不敢做實(shí)驗(yàn)的矛盾心理，感受到安全之美。

例如：金屬活動(dòng)性順序中，為了說明不是所有的金屬都是可以順利地將鹽溶液中的金屬置換出來的，同時(shí)感受一些金屬的化學(xué)性質(zhì)非常活潑的性質(zhì)，可通過補(bǔ)充鈉和硫酸銅溶液反應(yīng)這一實(shí)驗(yàn)來說明。但是該反應(yīng)劇烈， 反應(yīng)過程中可能會(huì)有一些堿液濺出，甚至?xí)谢鸹óa(chǎn)生。學(xué)生對(duì)于這樣劇烈的現(xiàn)象非常期待，但又害怕其中的堿液會(huì)濺出，想湊近觀察但因?yàn)榭謶中睦韰s又保持著一定的距離， 因此很難順利地觀察到這個(gè)實(shí)驗(yàn)過程。 但是，只要稍加防護(hù)，就完全可以消除學(xué)生的這種恐懼心理， 可以大大降低危險(xiǎn)性。

［實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)五］

實(shí)驗(yàn)時(shí)， 在燒杯中放入一定量的硫酸銅溶液，切取一小塊鈉投入其中， 迅速在燒杯上方罩一個(gè)大漏斗。 可以有效避免溶液從燒杯中濺出，而且，還能觀察到從漏斗的尖嘴口冒出的白霧，間接說明此反應(yīng)的劇烈程度。

精心設(shè)計(jì)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)， 無處不在體現(xiàn)理性思維與感性認(rèn)知的和諧統(tǒng)一， 潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。增進(jìn)對(duì)化學(xué)學(xué)科的美好情感，領(lǐng)略化學(xué)學(xué)科之美！

［1］ 劉知新主編.化學(xué)教學(xué)論［M］.北京：高等教育出版社，2004

［2］ 王祖浩. 全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀 ［M］. 武漢：湖北教育出版社，2005

［3］ 楊秋霞. 淺談新課程理念下的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)［J］.學(xué)周刊.2011，（3）：166

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［5］ 孟玉潔. 初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的微型化改進(jìn)［J］. 西北成人教育學(xué)報(bào)，2012，（6）：111-112

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