2017江蘇省化學創(chuàng)新實驗比賽觀摩有感

朱清勇+楊寶權

摘要：介紹了江蘇省第六屆中學化學創(chuàng)新實驗調演比賽及觀摩活動的概況，通過分析創(chuàng)新實驗比賽的作品，認為化學實驗的創(chuàng)新要關注文獻、新儀器開發(fā)、藥品條件的優(yōu)化、生活用品、新科技展示以及環(huán)境友好設計等。對當前的實驗教學和創(chuàng)新情況做了反思，認為實驗創(chuàng)新需服務于教學、為學生發(fā)展、力求簡約控制。

關鍵詞：實驗創(chuàng)新；核心素養(yǎng)；原則和策略

文章編號：1005–6629（2017）10–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

2017年4月26～28日，江蘇省第六屆中學化學創(chuàng)新實驗調演比賽及觀摩活動在徐州市成功舉辦。本次比賽共展示了江蘇省13個大市的67件創(chuàng)新實驗作品，凸顯了創(chuàng)新精神，展示了實驗之美。展演中老師們不斷閃現(xiàn)智慧的火花，完成了一個個精彩的化學實驗。展演實驗將觀眾的視角由書本知識轉向了實驗與創(chuàng)新，引領教師思考如何感知物質世界，如何用實驗教學引導學生感知物質世界的變化、享受實驗的快樂。

積極從事化學實驗教學的教師逐漸發(fā)現(xiàn)，由于初中化學內(nèi)容少、起點低、啟蒙限制的要求多，致使實驗創(chuàng)新之路越走越窄。然而，現(xiàn)場觀摩此次調演后筆者對初中化學實驗創(chuàng)新有了很多新的認識。

1 實驗創(chuàng)新的原則和策略

2012年《義務教育化學課程標準修訂稿》提出必須重視化學實驗，“化學是一門以實驗為基礎的學科，在教學中創(chuàng)設以實驗為主的科學探究活動，有助于激發(fā)學生對科學的興趣，引導學生在觀察、實驗和交流討論中學習化學知識，提高學生的科學探究能力。”化學實驗集中體現(xiàn)科學精神和態(tài)度，具有非常豐富的教育價值和內(nèi)容，利于發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。

1.1 認識初中化學實驗的功能

“化學實驗是進行科學探究的重要方式，學生具備基本的化學實驗技能是學習化學和進行探究活動的基礎和保證”[1]。初中化學實驗改進創(chuàng)新的根本目的是服務教學、服務學生，解決實驗教學中存在的問題，讓學生動手做實驗、動腦思考、探究為什么；實驗創(chuàng)新應該以學生的發(fā)展為本，做到教師時刻關注提升學生的核心素養(yǎng)。

1.2 初中實驗創(chuàng)新的方向和策略

化學實驗不僅要追求與新科技結合的科學性研究，而且也要追求與趣味性、安全性、環(huán)保性、生活性和簡約性相結合。因此，初中實驗改進創(chuàng)新的方向是：操作創(chuàng)新、條件創(chuàng)新、儀器創(chuàng)新、遷移創(chuàng)新、展示創(chuàng)新和整合創(chuàng)新等方面。依據(jù)上述要求，具體的實驗創(chuàng)新策略如下：

1.2.1 加強對資料、文獻的查閱和研究

多查閱資料、多研究文獻、尊重知識產(chǎn)權是初中化學實驗創(chuàng)新的必備條件。想做一個批判的實驗創(chuàng)新的思考者，就要有獨特的實驗創(chuàng)新思考；有獨特的實驗創(chuàng)新思考，就必須多讀書，多查閱文獻；多讀書多查閱文獻才會發(fā)現(xiàn)更多的不足，避免不必要的重復，也才可能產(chǎn)生更好的創(chuàng)新靈感。

1.2.2 開發(fā)新的化學儀器，創(chuàng)新重組實驗裝置

化學實驗的創(chuàng)新改進常常是“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”，我們可以通過對常規(guī)儀器重組來實現(xiàn)實驗改進，也可以通過開發(fā)新儀器來進行實驗創(chuàng)新。例如初中滬教版教材蠟燭及其燃燒的探究實驗[2]，周海華老師多次創(chuàng)新后的自制玻璃儀器[圖1（3）]使實驗現(xiàn)象更明顯，實驗成功率更高。首先在鐵架臺上放一支蠟燭，并將自制氣體檢驗器固定在鐵架臺上，使自制儀器下端玻璃管口離蠟燭的距離約2cm，點燃蠟燭，觀察到下端管壁出現(xiàn)大量水霧并逐漸消失，而在自制儀器上端球體B處外管內(nèi)壁周圍出現(xiàn)大量水珠；從支管口A處注入澄清石灰水，觀察石灰水逐漸渾濁，塞上橡皮塞振蕩，渾濁現(xiàn)象更為明顯；再從裝置C管處點燃一支蠟燭，熄滅蠟燭后在C管上端用火柴點白煙，發(fā)現(xiàn)蠟燭又復燃。當然，他用漏斗和干燥管組合而改進的裝置[圖1（4）]成功率也很高，真是讓人有豁然開朗之感。

1.2.3 尋求實驗藥品與實驗條件的最佳組合

實驗創(chuàng)新改進可以通過選擇實驗藥品的種類、用量和濃度使其簡約化；也能改變實驗條件來尋找和藥品的最佳組合來優(yōu)化實驗。凌晨老師對鐵與水蒸氣反應的實驗進行了改進（如圖2），嘗試利用物質分解產(chǎn)生高溫水蒸氣，與試管中的鐵粉發(fā)生反應。通過對比實驗探究，發(fā)現(xiàn)利用氫氧化鋁提供高溫水蒸氣進行實驗很成功，而利用粉筆加熱其主要成分CaSO4·2H2O分解生成高溫水蒸氣更加簡易有效。

1.2.4 巧用生活用品，創(chuàng)新化學實驗

實驗裝置的創(chuàng)新可以利用生活用品和生活廢棄品。生活用品能直接組合使用，也能改良后使用，可以加裝化學儀器使用，也可借鑒開發(fā)適合化學實驗的儀器。

本次實驗比賽筆者發(fā)現(xiàn)很多生活用品如電子點火槍、充電寶、USB數(shù)據(jù)線、2B鉛筆芯、注射器等在實驗改進中使用確有奇效。如潘玲玲老師設計的一套安全爆炸改進裝置，可用來完成面粉、汽油、氫氣等可燃物的爆炸實驗（見圖3），其中用電子點火槍和塑料杯組成爆炸裝置很有特色：簡易、安全、可靠；再如朱雷老師利用充電寶、廢棄USB數(shù)據(jù)線、2B鉛筆芯改進的電解水裝置更顯神奇（見圖4），能讓學生明白只要善于發(fā)現(xiàn)、善于創(chuàng)造，化學無處不在。

1.2.5 整合新科技，創(chuàng)新實驗課程

創(chuàng)新實驗，可以將物理、數(shù)學、計算機、生物等各學科知識與化學實驗相融合，并加以綜合運用。特別是基于網(wǎng)絡信息或生產(chǎn)生活事件為靈感來源的實驗創(chuàng)新，可將高新技術和各種文本、視頻等資料遷移到化學實驗中，而遷移的高新科技成果可以是3D打印、手持技術、自動化控制設備等。張建林等老師合作完成的創(chuàng)新實驗“基于智能實驗系統(tǒng)的中和熱測定”（如圖5），融合3D打印、手機智能控制、數(shù)據(jù)傳感器和日用雙層保溫玻璃杯為一體的創(chuàng)新實驗展示，師生共同開發(fā)的教師演示版本和觸摸屏控制的學生實驗版本等裝置的設計，實現(xiàn)了化學實驗的自動化、現(xiàn)代化和數(shù)據(jù)化。創(chuàng)新設計的自動化的化學實驗裝置，既省時高效，又安全環(huán)保。此實驗設計得到了評委專家的交口稱贊，被評為本次實驗創(chuàng)新調演的一等獎第一名。現(xiàn)場觀摩的老師也都覺得很震撼，有腦洞大開之感：“化學實驗居然可以這么做?。　眅ndprint

1.2.6 關注環(huán)境友好，設計創(chuàng)新實驗

關注環(huán)境友好是化學實驗發(fā)展的必然趨勢，也是化學實驗創(chuàng)新的立足點之一。針對教材中污染大、現(xiàn)象不明顯、操作復雜、不利于發(fā)展學生探究能力等弊端的實驗，實驗設計時需體現(xiàn)環(huán)境友好理念。目前關注環(huán)境友好化學產(chǎn)業(yè)正在全世界興起：合成方法應具原子經(jīng)濟性，如原子能100%轉化就是理想的綠色化學；盡量不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質，在源頭杜絕污染。初中化學實驗設計體現(xiàn)環(huán)境友好理念正是本著減少污染努力向杜絕污染方向發(fā)展，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)和環(huán)保意識。例如實驗室制氧氣實驗：過氧化氫工業(yè)成本低且產(chǎn)物無污染，優(yōu)勢明顯。在學生實驗時，將教材上高錳酸鉀改成過氧化氫制氧氣正是基于體現(xiàn)環(huán)境友好理念。再如本次比賽梁峰麗老師設計的二氧化硫性質一體化實驗（如圖6），通過醫(yī)用輸液袋利于密封存儲氣體、便于抽取氣體樣品的優(yōu)點，實驗探究二氧化硫的漂白性、氧化性、溶解性和還原性，在保護環(huán)境的前提下系統(tǒng)學習了二氧化硫的性質，并聯(lián)系實際模擬了酸雨的形成過程。一體化的封閉設計呈現(xiàn)了精彩的化學，也充分體現(xiàn)了環(huán)境友好理念。

2 實驗創(chuàng)新設計注意點

當然本次實驗創(chuàng)新調演中也存在許多值得反思與商榷之處，如追求實驗裝置的整體設計、定性實驗的過度定量化、手持技術在實驗中泛化應用等。因此，筆者對實驗創(chuàng)新設計有三點建議：實驗創(chuàng)新設計需服務于教學、為學生的發(fā)展、力求簡約控制。

2.1 實驗創(chuàng)新設計服務于教學，重在原理解釋、難點突破

化學實驗創(chuàng)新設計的重要價值是實現(xiàn)實驗功能增值，突破課堂教學難點，最關鍵的是對實驗內(nèi)涵的挖掘和對原理的深刻解剖。進行化學實驗創(chuàng)新設計首先要深入研究實驗設計的意圖，所要達到的教學目標，其次要找準現(xiàn)有實驗存在的問題，如直觀性、可操作性、功能價值等，根據(jù)存在的問題明確實驗改進的方向、思路。

2.2 實驗創(chuàng)新設計要促進深度理解、發(fā)散思維

創(chuàng)新實驗設計，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，“初步學會設計實驗方案”、“能在教師指導下或通過合作，根據(jù)具體問題創(chuàng)新設計簡單的化學實驗方案”，是2012年《義務教育化學課程標準修訂稿》對初中學生實驗設計與創(chuàng)新精神培養(yǎng)的要求。實驗創(chuàng)新要立足于教科書又要超出教科書，化學實驗創(chuàng)新不要孤立為教師的個人活動，要積極吸引學生參與進來，從而激發(fā)他們的創(chuàng)新思維[3]。師生都應發(fā)散思維、敢想敢做。實驗創(chuàng)新中，從實驗內(nèi)容、實驗步驟的創(chuàng)新設計，得到最佳的實驗效果的過程，可以使學生感受到科學精神的陶冶，加深對科學的深度理解，促進學生終身發(fā)展的核心素養(yǎng)的形成。

2.3 實驗創(chuàng)新設計應追求實驗的簡約控制

化學實驗創(chuàng)新的高層次的功能是引導學生建立化學學科思想觀念：如簡約操作控制、系列設計、微型設計思想等。

首先是實驗操作簡約、實驗現(xiàn)象可再現(xiàn)。在實驗教學時，只有簡約設計實驗器材輕裝上陣，教師才更有意愿去進行實驗教學。如在做氧氣的化學性質演示實驗時，通常準備6%過氧化氫溶液和二氧化錳，僅用一個集氣瓶就可在課堂現(xiàn)制氧氣、探究氧氣的化學性質。集氣瓶是氧氣發(fā)生器也是收集器，將氧氣的性質實驗木炭燃燒、蠟燭燃燒、鐵絲燃燒等集成簡約化。通過添加6%過氧化氫溶液完成系列氧氣的性質實驗，充分呈現(xiàn)奇妙的化學世界[4]。

其次是實驗微型設計思想。實驗微型設計以微型簡約、綠色安全等實驗設計原則為指導，用微量的試劑在微型儀器中進行實驗，在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，對原有實驗加以改進和創(chuàng)新。本次展演中嚴曉玲老師設計的氫氣可燃性和還原性實驗（見圖7），微型高效，綠色安全的思想得以充分體現(xiàn)。

化學實驗創(chuàng)新是化學教師對化學實驗的深刻理解，也是對科學精神和核心素養(yǎng)的不懈追求?；瘜W實驗創(chuàng)新過程中化學教師要有數(shù)據(jù)意識和批判意識，要防止偽科學；化學教師要充分理解裝置和理解操作，防止將實驗復雜化；化學教師要有工匠精神和熟練操作意識，要防止輕視操作的現(xiàn)象?？傊瘜W實驗創(chuàng)新任重而道遠！

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2012：2，11.

[2]王祖浩，吳星等.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上冊）[M].上海：上海教育出版社，2016：9～10，55～56.

[3]李德前.例談初中化學實驗創(chuàng)新的思維方法[J].化學教學，2013，（3）：65～68.

[4]朱清勇.創(chuàng)新設計實驗呈現(xiàn)奇妙化學[J].化學教與學，2016，（2）：81～83.endprint