高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)研究

鄭豐

【摘要】化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，無論是科研還是教學(xué)都離不開實(shí)驗(yàn)。在教育部最新頒布的化學(xué)《新課程標(biāo)準(zhǔn)》中也明確提出要通過以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，同時(shí)實(shí)驗(yàn)也是學(xué)生提高化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要途徑之一。而如何更有效的利用實(shí)驗(yàn)的教育功能，并對(duì)教材中現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行不斷地整合、改造和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)充分展現(xiàn)它的生命和活力，從而保持其在化學(xué)教學(xué)中的獨(dú)特魅力，是我們化學(xué)教育工作者應(yīng)該努力研究和解決的問題之一。

【關(guān)鍵詞】高中化學(xué) ?實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) ?實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）29-0158-02

我國(guó)著名化學(xué)家戴安邦先生曾經(jīng)說過：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)的最有效和收獲最豐富的場(chǎng)所，培養(yǎng)化學(xué)科學(xué)素質(zhì)，不僅要傳授知識(shí)，最重要的是發(fā)展學(xué)生的智力。智力因素包括動(dòng)手、觀測(cè)、查閱、記憶、思維、想象、表達(dá)七種能力，其中思維是智力因素的核心。上述全部質(zhì)量因素在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中皆能得到一定的訓(xùn)練，而且非智力因素也有所增長(zhǎng)?！庇纱丝梢妼?shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的重要性，然而是否是所有的化學(xué)教育工作者都重視實(shí)驗(yàn)的教育功能呢？答案是否定的！筆者在從教十年來也從很多正面或側(cè)面了解到這么幾種情況：首先，由于資源的傾向性限制，很多欠發(fā)達(dá)地區(qū)或者鄉(xiāng)下中學(xué)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)根本不健全，經(jīng)常出現(xiàn)少儀器，缺藥品的情況，致使這些學(xué)校的化學(xué)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的普及心有余而力不足;其次，即便在資源豐富的市區(qū)學(xué)校，甚至是達(dá)標(biāo)學(xué)校，但由于“受益于”應(yīng)試教育分?jǐn)?shù)優(yōu)先的根深蒂固的思想，為了追求升學(xué)率，對(duì)每一堂課的四十五分鐘可謂分秒必爭(zhēng)，導(dǎo)致不少的化學(xué)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的時(shí)候出現(xiàn)用粉筆在黑板上“做”實(shí)驗(yàn)，或者干脆以口述的方式講解實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)，以達(dá)到節(jié)約時(shí)間的目的，把本應(yīng)當(dāng)是一堂生動(dòng)有趣的化學(xué)課上成了“畫學(xué)”或“話學(xué)”課。另外，無論是演示實(shí)驗(yàn)還是探究性實(shí)驗(yàn)，對(duì)于最初接觸到的學(xué)生來說無疑是新鮮的，但是對(duì)于每一年每一屆都做同樣實(shí)驗(yàn)的老師來說卻是枯燥的，不僅如此，教材中有些實(shí)驗(yàn)在做的過程中往往會(huì)產(chǎn)生有毒或刺激性氣味的氣體，或者需要接觸腐蝕性藥品等等，這些很大程度上也是我們大部分化學(xué)教育工作者不喜歡開設(shè)實(shí)驗(yàn)課的原因。

好奇心是每個(gè)人與生俱來的，好奇心也是推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)最重要的動(dòng)力之一，而通過奇妙的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來滿足學(xué)生的好奇心，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣無疑是非常有效的途徑。很多教師摒棄化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)而舍本逐末的大談如何提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，這無疑都是空談。然而要增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的功能，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)充滿生命活力，保持獨(dú)特魅力，我們要對(duì)其不斷設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，使其更加適合和滿足中學(xué)的化學(xué)教學(xué)。

對(duì)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新視角而言，由于研究者所處的環(huán)境和研究水平的差異，提法有所不同。有的提出“依標(biāo)務(wù)本”“開放性探究”“聯(lián)系實(shí)際”“簡(jiǎn)約易成”“安全環(huán)保”的改進(jìn)原則;有的提出“直觀性、安全性、簡(jiǎn)易化、科學(xué)性”的優(yōu)化原則等等[1]。然而筆者認(rèn)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新可以從以下“三化”來進(jìn)行，即：生活化、生態(tài)化、靈活化。

一、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新生活化

所謂化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的生活化是指學(xué)生走出實(shí)驗(yàn)室，放眼身邊，利用日常生活中一些隨處可見的、容易獲取的資源來改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)以達(dá)到減弱或消除課堂或?qū)W校因?qū)嶒?yàn)條件的限制所帶來的弊端，特別是對(duì)于欠發(fā)達(dá)地區(qū)或者農(nóng)村學(xué)校尤為適用。

例如：筆者印象非常深刻的是2017年新課標(biāo)全國(guó)I卷理綜選擇題第十題：實(shí)驗(yàn)室用H2還原WO3制備金屬W的裝置如圖所示（Zn粒中往往含有硫等雜質(zhì)，焦性沒食子酸溶液用于吸收少量氧氣），下列說法正確的是（）

A.①、②、③中依次盛裝KMnO4溶液、濃H2SO4、焦性沒食子酸溶液

B.管式爐加熱前，用試管在④處收集氣體并點(diǎn)燃，通過聲音判斷氣體濃度

C.結(jié)束反應(yīng)時(shí)，先關(guān)閉活塞K，再停止加熱

D.裝置Q（啟普發(fā)生器）也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制備氯氣

該實(shí)驗(yàn)題考查了有關(guān)啟普發(fā)生器的知識(shí)，啟普發(fā)生器本來應(yīng)該是九年級(jí)化學(xué)學(xué)習(xí)二氧化碳或者氫氣的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)中要提及的，然而筆者用這道題問了當(dāng)時(shí)所教的高一年學(xué)生，結(jié)果很多學(xué)生反映說根本沒見過這儀器。于是筆者展示了啟普發(fā)生器的構(gòu)造并就其使用注意事項(xiàng)和制氣原理講解給學(xué)生聽，為了讓學(xué)生能更直觀深切地體會(huì)這個(gè)儀器，課后筆者還布置給學(xué)生一個(gè)任務(wù)：根據(jù)啟普發(fā)生器的原理回家用一些生活用品來自制簡(jiǎn)易版的啟普發(fā)生器。于是就有同學(xué)回家利用廢棄的塑料瓶做容器;廢棄的注射器上端去掉活塞，下端用萬能膠粘上吸管做漏斗;醫(yī)療輸液管做開關(guān)控制器;剪下的另一個(gè)塑料瓶底扎幾個(gè)洞做隔板等等自制了多種簡(jiǎn)化版的啟普發(fā)生器，并用食醋和蛋殼做實(shí)驗(yàn)制取二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)一步加深了對(duì)啟普發(fā)生器的感性認(rèn)識(shí)。

以下是班上學(xué)生根據(jù)作業(yè)要求回家自制的其中一種簡(jiǎn)易啟普發(fā)生器：

當(dāng)然，在日常生活中可替代實(shí)驗(yàn)室的某些儀器或藥品的資源還有很多，比如舊電池、鐵釘、銅線、潔廁劑、食鹽、維生素C片等等。而將生活用品、廢品靈活、合理地應(yīng)用到化學(xué)實(shí)驗(yàn)中不但節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，提高了實(shí)驗(yàn)效率，還培養(yǎng)了學(xué)生關(guān)注生活、變廢為寶的思想，增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的能力，更有助于提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新生態(tài)化

化學(xué)給大眾潛意識(shí)的印象是：有毒、爆炸、危險(xiǎn)！因此化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于很多學(xué)生來說既是充滿好奇的，又是讓他們心生畏懼的。不僅是學(xué)生，很多化學(xué)教育工作者也大多會(huì)以為了學(xué)生和自身的安全為借口，對(duì)那些實(shí)驗(yàn)過程中需用到（或產(chǎn)生）易腐蝕、易燃易爆或有毒的、刺激性氣味氣體（如Cl2、NOx、SO2等）的實(shí)驗(yàn)往往采取能省則省的方式，常以口述、筆畫、比劃或者觀看視頻的形式代替學(xué)生的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)或者教師的演示實(shí)驗(yàn)。因此筆者所謂的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新生態(tài)化不僅僅是指節(jié)約藥品和環(huán)保意識(shí)，還包括如何在以能達(dá)到相同教學(xué)目的的前提下用更低腐蝕、更安全的藥品來替代教材中所列的實(shí)驗(yàn)藥品，或者更優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以盡可能減少刺激性氣味氣體或有毒氣體的排放來降低師生對(duì)此類化學(xué)實(shí)驗(yàn)的畏懼感。

在新課程標(biāo)準(zhǔn)中初高中教科書在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇與編排上盡管充分考慮了易教易學(xué)，并盡量使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)系統(tǒng)。但教學(xué)實(shí)踐中，依然存在某些實(shí)驗(yàn)在不同學(xué)段、不同模塊、不同主題或單元重復(fù)出現(xiàn)的跡象，這不可避免會(huì)造成一些實(shí)驗(yàn)要重復(fù)做、一些實(shí)驗(yàn)的過程要反復(fù)出現(xiàn)[2]，由此帶來的不僅僅是資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，特別是有些有污染性的實(shí)驗(yàn)也會(huì)讓師生感到厭煩和抗拒。因此，筆者認(rèn)為我們化學(xué)教育工作者可發(fā)揮主觀能動(dòng)性，根據(jù)具體教學(xué)要求，系統(tǒng)規(guī)劃、整體設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在充分考慮學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)和技能水平的基礎(chǔ)上，將那些有一定關(guān)聯(lián)度但卻零散的、分散的化學(xué)實(shí)驗(yàn)整合或串聯(lián)在一起，使之系列化并力求簡(jiǎn)約[2]，以此實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的生態(tài)化。

以蘇教版《必修一》中所列實(shí)驗(yàn)為例，在《氯氣的性質(zhì)》一節(jié)中編排有實(shí)驗(yàn)“觀察與思考”（教師演示實(shí)驗(yàn)），內(nèi)容涉及氯氣的物理性質(zhì)及部分化學(xué)性質(zhì)（氯氣與金屬鈉、鐵、銅的反應(yīng)），但在后面《溴、碘的提取》一節(jié)課中又編排了一組“觀察與思考”的演示實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容為以新制氯水提取溴化鉀溶液和碘化鉀溶液中的單質(zhì)溴和單質(zhì)碘（其實(shí)質(zhì)就是新制氯水中的氯氣與溴化鉀溶液或碘化鉀溶液的反應(yīng)）。筆者認(rèn)為可以把這兩組實(shí)驗(yàn)合二為一都并在《氯氣的性質(zhì)》一節(jié)中進(jìn)行，這樣可以減少氯氣的重復(fù)制取帶來的藥品浪費(fèi)、環(huán)境污染以及有毒氣體對(duì)師生健康的危害。不僅如此，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)合并還能進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)氯氣性質(zhì)的全面理解，并且通過氯氣與同族元素鹵化物的相互置換對(duì)比學(xué)習(xí)使學(xué)生更充分地理解和掌握同族元素間的相似性和遞變形。

三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新靈活化

實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的重要性是不言而喻的，筆者認(rèn)為首先在有限的課堂時(shí)間中所完成的實(shí)驗(yàn)很大程度上并不能完全滿足學(xué)生無限的好奇心和求知欲;其次，以蘇教版為例，教材中所列的實(shí)驗(yàn)不能完全展現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的魅力。因此，筆者認(rèn)為有條件的中學(xué)可以從實(shí)驗(yàn)時(shí)間靈活化和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活化上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和創(chuàng)新。

首先，靈活化的實(shí)驗(yàn)時(shí)間是指學(xué)?；蚪處熌茉诔?guī)的課堂教學(xué)時(shí)間外盡可能多的開設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的校本選修課，讓更多學(xué)生感悟化學(xué)魅力。甚至有條件的中學(xué)可以規(guī)定安排每天或每周在一定時(shí)間段內(nèi)開放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在有教師指導(dǎo)下做一些探究性實(shí)驗(yàn)。以我校為例，為進(jìn)行該課題研究，同時(shí)響應(yīng)國(guó)家新課程標(biāo)準(zhǔn)素質(zhì)先行的號(hào)召，教研組長(zhǎng)在征得學(xué)校同意，規(guī)定每周周一至周五下午上課前一個(gè)小時(shí)（夏季制：中午一點(diǎn)二十分到兩點(diǎn)二十分，冬季制：中午十二點(diǎn)五十分到一點(diǎn)五十分）為實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間，期間學(xué)生可以在教師監(jiān)督指導(dǎo)下自由合理利用實(shí)驗(yàn)室所提供的儀器和藥品進(jìn)行有目的的探究性實(shí)驗(yàn)。而指導(dǎo)教師為我校全體化學(xué)組教師按周輪值。通過這種靈活性的第二實(shí)驗(yàn)時(shí)間既提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，還能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)查閱資料，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)和自己總結(jié)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的能力。

其次，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容靈活化是指為了能更好利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)這個(gè)教學(xué)利器，為了讓學(xué)生更感性、更有對(duì)比性的認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，有時(shí)可以考慮對(duì)教材中的某些的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行合理更改或增設(shè)。例如：在蘇教版《碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用》中在把蘇打和小蘇打進(jìn)行性質(zhì)對(duì)比學(xué)習(xí)時(shí)，筆者認(rèn)為可在“活動(dòng)與探究”中增設(shè)一個(gè)實(shí)驗(yàn)：碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液分別與氯化鋇溶液和氫氧化鋇溶液進(jìn)行反應(yīng)，通過這兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比學(xué)習(xí)使學(xué)生能更加深刻的記住蘇打和小蘇打的又一鑒別方法，并且該增設(shè)的實(shí)驗(yàn)所用的藥品安全，操作簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，適合學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

總之，對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和創(chuàng)新是一個(gè)任重道遠(yuǎn)的過程，它需要我們所有的化學(xué)教育工作者長(zhǎng)期不斷地努力，才能使化學(xué)的魅力在學(xué)生的心目中璀璨不滅。

參考文獻(xiàn)：

[1]霍本斌，江宏.高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的研究視角與優(yōu)化策略[J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2017（Z1）：96-100.

[2]陸國(guó)志， 谷偉健， 王晶. 中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化的實(shí)踐途徑[J].教學(xué)與管理， 2016（10）：69-71.