淺談化學實驗改進與價值挖掘

摘 要：實驗教學在理科教學中占據重要位置，可以培養(yǎng)學生諸多方面的能力。利用創(chuàng)新實驗進行教學，可以讓學生了解知識的本源，完善知識體系、培養(yǎng)學科核心素養(yǎng)、滲透德育和哲學思想，體驗真實的化學。通過實例，把驗證性實驗，改進為創(chuàng)新實驗，挖掘其教育教學功能。

關鍵詞：實驗;創(chuàng)新;價值挖掘

一、? 價值挖掘的意義

現在對實驗改進的研究非常多，但是這些改進都是針對實驗本身的外在改變，為了改進而改進，造成實驗功能的片面化，學生收獲的大多只是新奇的裝置以及早就知曉的現象與結論。而改進的功能與價值卻沒有得到很好的發(fā)掘，更沒有在課堂教學中得到體現。所以我們必須對教材中現有的部分實驗進行改進，并在改進之后作為延伸教學的材料，從完善知識體系、滲透德育和哲學思想、培養(yǎng)核心素養(yǎng)等角度加以挖掘，提高課堂教育教學的效果，使實驗教學真正讓學生受益。

二、 價值挖掘的具體事例

例1：膠體實驗的改進與整合

課本實驗：蘇教版化學必修一P13，【實驗1】將盛有硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的兩只小燒杯分別置于暗處，用聚光手電筒照射，從垂直于光線的方向觀察實驗現象。

存在問題：

1. 學生只是知道有膠體這種物質，如何產生的并不了解。

2. 題目中經常涉及三種分散系的區(qū)別，教師常用告知的方法讓學生了解，沒有實際體驗。

3. 課本實驗容易讓學生誤以為化學反應是單一的，獨立的，而真實的化學反應產生的是復雜的混合體系。

改進方法：將三種分散系的性質整合成一個實驗，再利用對比實驗呈現分散系之間的區(qū)別。步驟如下：

（1） 用激光筆照射氫氧化鈉溶液，說明溶液無丁達爾現象。

（2） 向氯化鐵溶液中滴加少量氫氧化鈉溶液，產生Fe（OH）3沉淀。

（3） 過濾，在濾紙上得到Fe（OH）3沉淀。過濾所得的液體呈現紅褐色、澄清、透明。用激光筆照射所得到的濾液，有丁達爾現象，證明濾液中有氫氧化鐵膠體。

（4） 將所得的濾液倒入事先準備好的半透膜中，并浸泡在盛有水的燒杯中一段時間。隨后用激光筆照射燒杯中的液體，無丁達爾現象，再向燒杯中滴加KSCN溶液，溶液顯紅色。

實驗裝置的改進，不僅僅局限于實驗室儀器和裝置的簡單組合和安裝，還有一些源于生活的實驗儀器（如針筒、塑料瓶、自封袋等）替代品的巧妙組合和應用。

例2：巧用注射器對比銅和濃、稀硝酸的反應

現狀：硝酸和銅片的反應，課本中的裝置已經非常簡化，試管，橡皮塞，導管和尾氣處理。

存在問題：課本實驗有兩個缺陷：一是稀硝酸和銅產生的一氧化氮無法直接觀察，因為試管中有空氣;二是實驗的目的僅僅為了驗證，教學價值單一。

改進方法：實驗用品有濃硝酸、稀硝酸、30 mL的注射器、銅片2片、導管和燒杯若干、氫氧化鈉溶液。

主要操作：

（1） 將銅片放入注射器中，用活塞排盡空氣后抽取硝酸溶液，觀察針筒內氣體的顏色，活塞的運動等現象。注意：依據刻度，硝酸抽取2 mL即可（切不可多取）。

（2） 抽取硝酸時，學生使用橡皮管連接導管直接抽取，教師的演示實驗中則使用針頭抽取。

三、 改進實驗的價值挖掘

實驗改進的目的最終要落實于課堂的教育教學，服務于課堂的教育教學，便于學生的理解與掌握，否則就失去了非常重要的教學素材。特別是對于在實驗題的考查中，經常涉及的誤差分析、原因分析等，有助于分析能力的提升。價值挖掘有幾個方面我們可以嘗試。

（一） 進一步完善化學學科知識的體系

知識體系是人們在日常學習和生活過程中，將自身所獲得的知識通過一定的方式串聯起來，從而形成了一種聯系緊密的體系，也可以稱為知識網絡。因而知識體系具有整體性、多維性以及開放性的特點。高中化學知識學習量較大，學生需要記住的知識點比較零碎，所以就更需要一些載體將知識點串聯成網絡，既方便學生理解，又方便學生記憶。

對例1進一步挖掘：

1. 本組合實驗清晰的證明了三種分散系能否通過濾紙、半透膜的情況，現象明顯。

2. 清楚地說明了膠體與其他分散系的本質區(qū)別和區(qū)分方法。以上兩點完善了分散系的知識體系，更加清晰地展示了學科知識間的內在聯系。

對例2進一步挖掘：

1. 反應速率的對比十分明顯，由于硝酸濃度的差異，產生氣體的速率有明顯的差異。

2. 利用活塞排出針筒內的空氣，就能直接觀察到稀硝酸和銅片反應產生的無色氣體一氧化氮。并且只要拔掉橡皮塞，拉動活塞抽取空氣，就會在針筒中觀察到無色氣體迅速轉變成紅棕色氣體，證明了一氧化氮的存在。同時也非常自然地呈現了濃度對速率的影響以及一氧化氮的性質，并且集于一個實驗。

（二） 培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)

1. 核心素養(yǎng)之一的“宏觀辨識與微觀探析”是從分子、原子、離子層次對物質結構、性質、能量轉變等及其相互關系的基本認識，既是化學學科重要的觀念，又是化學問題解決的思維視角。通過學習，要求學生能通過觀察、辨識一定條件下物質及其變化的宏觀現象，并能運用化學符號表征物質及其變化;形成“物質結構決定物質性質”的觀念;能從物質結構和性質相聯系、宏觀與微觀相結合的視角解決相關化學問題。

對例1追根溯源，本實驗改進后還可以用于高二學習0=Ksp的時候重提“能否用0=Ksp（平衡常數）的知識，分析氫氧化鐵沉淀和氫氧化鐵膠體的成因和區(qū)別”。當溶液中的Fe3+和OH-的濃度積大于氫氧化鐵的0=Ksp的數值，就會產生大量的沉淀。氫氧化鐵沉淀是由大量氫氧化鐵分子聚集而成，故不能通過濾紙。當沉淀后，溶液中的Fe3+和OH-的濃度積小于氫氧化鐵的Ksp數值，此時小部分氫氧化鐵分子加上它們吸附的鐵離子聚集在一起形成膠體，顆粒較小可以通過濾紙，但不能通過半透膜。這個環(huán)節(jié)就很好地體現了核心素養(yǎng)之一“宏觀辨識和微觀探析”。從宏微結合的角度讓學生從本質上把握化學知識。

2. 核心素養(yǎng)之一的“實驗探究與創(chuàng)新意識”是指提出化學問題，形成猜想和假設，獲取和處理信息，基于證據推理得出結論并作出解釋，對科學探究過程和結果進行交流、評估、反思的能力。能尊重事實和證據，獨立思考，敢于質疑和批判不同觀點和結論，提出創(chuàng)造性見解的品質。通過學習，學生應具有科學探究意識，能發(fā)現有探究價值的化學問題，提出合理猜測與假設;具有合作與交流的意愿與能力，能對實驗探究的過程與結果進行質疑和批判、評估和反思。

在例2的操作中，可以給學生制造“意外情況”，學生使用橡皮管連接導管直接抽取硝酸，這樣勢必混入不可忽略的空氣，對生成一氧化氮的判斷產生影響。而教師的演示實驗中則使用針頭抽取，混入的空氣沒有影響一氧化氮的觀察。學生如果能迅速捕捉到這個差異，并在小組交流討論中自己提出了疑問，那么對于學生的觀察和分析能力的提升，勢必是有促進作用的，教師只要稍加引導，就是很好的真實的探究素材。這個設計很好地體現了核心素養(yǎng)之一“實驗探究與創(chuàng)新意識”。

（三） 可以滲透并培養(yǎng)哲學思想

1. 辯證唯物主義堅信有一個客觀世界存在，而人類認識世界就是不斷地通過實證研究去接近這個客觀世界。作為科學領域的一門學科，化學十分重視在真實環(huán)境下的實證研究，堅持科學結論需要通過多次反復的證實或證偽。

例1中氯化鐵溶液中滴加氫氧化鈉之后，得到的混合物是三種分散系并存，絕非只有沉淀。

例2中由于儀器的不同而混入空氣就會出現意外。都讓學生體會到真實環(huán)境下的化學，其結果反應往往是非常復雜的，并不是理想化的單一反應。

進一步說明了真實物質世界的復雜性，需要用合理的方式作出解釋，這也正是化學學科的特點與魅力所在。

2. 現代社會要求人們不僅具有專業(yè)知識，而且需要具有跨學科、跨領域、跨界的知識。例如，如果能培養(yǎng)學生利用哲學思維來理解某些學習的內容，往往會收到很好的教學效果。

例1中的分散系之間的關系，其實就和我們學習的離子鍵和共價鍵、電解質和非電解質的關系類似，相互之間沒有絕對的區(qū)別，離子鍵和共價鍵只是各自所含的比例不同，然后依據比例高的定義。電解質和非電解質只是物質的電離度和水的電離度來比較，再給出定義。這就是在化學的學習中運用了辯證的方法、量變引起質變的哲學思想，動態(tài)平衡的觀念來理解化學的學科知識。

所以對于一些本身現象明顯、操作簡單，安全有效的實驗，沒有必要為了單一的追求改進而改進。但如果是將驗證性實驗改進為探究性實驗;定性的實驗改進為定量的實驗、多個實驗重新組合等有明確的教育教學價值的改進，是屬于十分必要并且務實的改進。同時，為了能使改進之后的價值挖掘達到最大化，改進之后的教學設計也必須要配套改變，否則改進的價值就丟失了許多。

參考文獻：

[1]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書化學1必修[M].南京：江蘇教育出版社，2016.

[2]吳永才，李軍.中學化學課型范式與實施策略[M].南京：江蘇教育出版社，2013.

[3]任躍紅.中學化學實驗研究[M].北京：中國石化出版社，2011.

[4]楊梓生.對高中化學學科核心素養(yǎng)的認識[J].中學化學教學參考，2016（8）：1-2.

[5]張克龍.基于化學學科核心素養(yǎng)落實的課堂行動[J].現代中小學教育.，2017（3）.

[6]王云生.課堂轉型與學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)[M].上海：上海教育出版社，2016（8）.

作者簡介：

汪序，江蘇省常州市，常州市田家炳高級中學。