基于對比實驗的創(chuàng)新設(shè)計

鄭灷 潘紅

【摘要】實驗是化學(xué)的靈魂，實驗的創(chuàng)新和改進不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也能最大程度地增強教學(xué)效果。本文從原實驗不足、改進方法、應(yīng)用實例與創(chuàng)新特色四方面介紹了基于對比實驗的創(chuàng)新設(shè)計——多功能試管夾。

【關(guān)鍵詞】對比實驗;實驗創(chuàng)新;化學(xué)學(xué)科;核心素養(yǎng)

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實驗教學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中占據(jù)舉足輕重的地位，是落實學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐基礎(chǔ)。同時，化學(xué)學(xué)科吸引學(xué)生的無窮“魅力”就體現(xiàn)在“千變?nèi)f化”的化學(xué)實驗現(xiàn)象及隱藏其背后的化學(xué)反應(yīng)原理。

作為中學(xué)化學(xué)教師，我們“都知道中學(xué)化學(xué)實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)和中學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)形成方面的重要地位與作用，以及中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的不可替代性”。筆者通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)行人教版高中化學(xué)教材中，對比實驗在高中化學(xué)實驗中占據(jù)較大比例，但是其常規(guī)的演示操作存在一定的不足。本文將從原實驗不足、改進方法、應(yīng)用實例與創(chuàng)新特色等四個方面向大家介紹一種基于對比實驗的創(chuàng)新設(shè)計——多功能試管夾的自制教具及在高中化學(xué)對比實驗中的廣泛應(yīng)用。

一、原實驗不足

1.操作難度大

常規(guī)的對比演示實驗對教師的要求其實不低，教師不僅手要足夠大到能同時拿得了多支試管，還要注意面對學(xué)生演示時的操作規(guī)范。除了徒手夾持多支試管不穩(wěn)固之外，在對比實驗過程中教師穩(wěn)定地同時振蕩所有試管也有一定的難度，客觀上也給演示實驗帶來一定的危險性。

2.教學(xué)效果差

常規(guī)的對比演示實驗并不能達到良好的教學(xué)效果。為了使實驗現(xiàn)象更加明顯，教師會使用白色背景板，因此，課堂上就會出現(xiàn)教師一手夾持多支試管，另一只手拿著背景板，從而無法實現(xiàn)準(zhǔn)確指明對應(yīng)試管的一幕。此外，單純靠語言“標(biāo)定”左右兩側(cè)也會因為教師與學(xué)生方向不同而使學(xué)生產(chǎn)生混亂。有些教師還會通過在試管上部貼上標(biāo)簽，試圖幫助學(xué)生“精準(zhǔn)定位”所指試管，但是這樣做的弊端也很突出：一方面，試管是曲面，標(biāo)簽的文字容量比較小;另一方面，在操作過程中為了讓學(xué)生看清試管中的現(xiàn)象，教師都會夾持試管的上方以保持穩(wěn)固，而標(biāo)簽又會被教師的手擋住，形同虛設(shè)，學(xué)生自然很難將對比因素與試管一一對應(yīng)起來。

二、改進方法

基于以上對常規(guī)演示實驗的不足分析，多功能試管夾的制作思路便逐漸清晰。

1.安全性改進

多功能試管夾利用在泡沫塑料上打孔，以及該材料對試管的摩擦力可以實現(xiàn)對多支試管的有效固定，此外，在試管上部再加裝橡皮筋，可以使試管的固定得到加強。不僅如此，由于試管夾中孔與孔之間的距離是參照試管架對應(yīng)的位置而定的，因此，多功能試管夾的取用和放置也既方便又安全。

2.教學(xué)效果改進

利用小木條和紙板制作的標(biāo)簽固定在多功能試管夾的后部，在對比實驗中教師能真正實現(xiàn)實驗多個試管“標(biāo)簽化”區(qū)分，學(xué)生自然能一目了然。除此之外，多功能試管夾還能實現(xiàn)穩(wěn)定地同步振蕩多支試管的操作，而“多余”的孔位也能靈活根據(jù)實驗要求，進行試管或者其它設(shè)備的加裝，實現(xiàn)實驗教學(xué)多功能化。

三、應(yīng)用實例

例如，針對不同分散系中是否存在丁達爾效應(yīng)的對比實驗，多功能試管夾上可以加裝側(cè)板和激光筆。

1.溶液、膠體與濁液同時被激光照射對比實驗

關(guān)于丁達爾效應(yīng)，教材中的實驗只是簡單對比了分別用激光照射Fe（OH）3膠體和CuSO4溶液的現(xiàn)象，但利用多功能試管夾可以實現(xiàn)溶液、膠體與濁液同時被激光照射之后的比較。側(cè)板的作用在于讓學(xué)生清楚觀察激光是否可以透過不同的分散系。

2.溶液、膠體與濁液中分散質(zhì)粒子大小比較實驗

在《膠體》這一節(jié)中，很多學(xué)生沒有辦法對三種分散系的本質(zhì)區(qū)別——分散質(zhì)粒子直徑大小不同有深刻的理解。這時，教師可以利用多功能試管夾，讓學(xué)生對比光線“同時”及“分別”通過3種不同分散系的現(xiàn)象，從而解釋3種不同分散系中分散質(zhì)粒子的大小，將“宏觀辨識與微觀探析”結(jié)合起來，讓微觀世界具象化。

3.教材中CuSO4溶液對實驗效果的影響探究

教材中所用的溶液為CuSO4溶液，而大部分教師用的激光筆都是紅色，藍色溶液對紅色激光有一定的吸收作用。教師可以利用多功能試管夾引導(dǎo)學(xué)生進行溶液顏色對實驗效果影響的探究實驗，這樣不僅能加強化學(xué)與物理學(xué)科之間的聯(lián)系，還能讓學(xué)生辯證地看待實驗方案并提出改進方案，滲透對學(xué)生獨立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神的培養(yǎng)。

4.不同種類膠體對實驗效果的影響探究

教材中只采用了膠粒帶正電的Fe（OH）3膠體做實驗，但教師也可以利用多功能試管夾對比不同種類的膠體（如AgI膠體）對實驗效果的影響，豐富學(xué)生對膠體種類的認(rèn)識。

四、創(chuàng)新特色

1.廢物再利用，綠色化學(xué)觀

多功能試管夾的主要材料是廢泡沫與廢紙板。對廢棄物的充分利用不僅能使學(xué)生認(rèn)識到環(huán)境保護和資源合理利用的重要性，也能培養(yǎng)其可持續(xù)發(fā)展的意識、綠色化學(xué)的觀念和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.可塑性強，可推廣性強

由于多功能試管夾用的是泡沫材料，所以可塑性強，孔的數(shù)目與間距盡在教師的掌握之中。教師可以通過改變標(biāo)簽貼紙的文字內(nèi)容讓實驗更有針對性，可以根據(jù)場地的不同更換背景板顏色以達到良好的教學(xué)效果，也可以根據(jù)實驗要求的不同對多功能試管夾進行加裝與拆卸。

制作多功能試管夾的其它材料也易得，都是實驗室常見的物品，比如檢驗氧氣的小木條，固定激光筆的鋁絲等。其制作過程也很簡單，關(guān)鍵是本身質(zhì)量很輕，因此攜帶也很便捷。

3.可微型化，開發(fā)學(xué)生分組實驗

該器材可以實現(xiàn)微型化，并推廣到學(xué)生分組實驗中。這樣一來，不僅可以使學(xué)生在展示實驗成果時保持思路清晰，還可以優(yōu)化教學(xué)效果。通過推廣到學(xué)生實驗中，也適應(yīng)了當(dāng)前重視實驗教學(xué)的教育環(huán)境。

4.適用實驗范圍廣

據(jù)初步統(tǒng)計，多功能試管夾可以應(yīng)用于高中教材的18個對比實驗中，如下表1所示。

五、反思

在實際教學(xué)中采用多功能試管夾雖然能在很大程度上優(yōu)化教學(xué)效果，但是在演示過程中滴加液體時可能會因為視線被標(biāo)簽擋住而使操作者對不準(zhǔn)試管口，從而導(dǎo)致試劑污染泡沫材料的情況，因此制作時要粘貼具有防水作用的貼紙對泡沫進行保護。

在多次的試驗當(dāng)中，筆者發(fā)現(xiàn)并不是所有的泡沫材料都適合用于制作多功能試管夾，一般家用電器的泡沫材料比較硬，而且采用具有三角結(jié)構(gòu)的泡沫會使多功能試管夾的穩(wěn)固性更好。如果是為了長期使用，可以利用亞克力材料進行制作。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出了化學(xué)課程的基本理念：開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。廣大中學(xué)化學(xué)教師要充分認(rèn)識化學(xué)實驗的獨特價值，通過改進實驗操作或設(shè)計創(chuàng)新實驗教具，從而使實驗教學(xué)時刻保持活力與生機，增強學(xué)生科學(xué)探究的興趣，從而更好地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的作用。

參考文獻：

[1]楊明生，關(guān)強.中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)研究的現(xiàn)狀分析報告[J].化學(xué)教育，2012，33（1）：57-59.

[2]教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.