高中化學(xué)實驗設(shè)計及其創(chuàng)新策略分析

劉宏偉

摘 要：隨著我國教育體制改革的穩(wěn)步推進以及現(xiàn)代教育理念的深入推廣，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實踐能力已經(jīng)成為各級教育工作的主要教育目標。對于高中化學(xué)實驗教學(xué)來說，鑒于以往教學(xué)過程普遍存在的教學(xué)方法單一、教學(xué)形式落后等現(xiàn)象，如何結(jié)合化學(xué)實驗設(shè)計策略提高實驗教學(xué)的有效性，是當前化學(xué)實驗教學(xué)創(chuàng)新發(fā)展面臨的主要問題。對此，教學(xué)中要利用實驗的教育功能，并對教材中現(xiàn)有的實驗進行不斷地整合、改造和創(chuàng)新設(shè)計，讓化學(xué)實驗充分展現(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);實驗設(shè)計;實驗創(chuàng)新

我國著名化學(xué)家戴安邦先生曾經(jīng)說過：“化學(xué)實驗室應(yīng)該是學(xué)生學(xué)習(xí)的最有效和收獲最豐富的場所，培養(yǎng)化學(xué)科學(xué)素質(zhì)，不僅要傳授知識，最重要的是發(fā)展學(xué)生的智力。智力因素包括動手、觀測、查閱、記憶、思維、想象、表達七種能力，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)實驗教學(xué)中皆能得到一定的訓(xùn)練，而且非智力因素也有所增長?！庇纱丝梢妼嶒炘诨瘜W(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驗的教育功能呢？答案是否定的！對于化學(xué)實驗的設(shè)計和創(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“依標務(wù)本”“開放性探究”“聯(lián)系實際”“簡約易成”“安全環(huán)?！钡母倪M原則;有的提出“直觀性、安全性、簡易化、科學(xué)性”的優(yōu)化原則等等[1]。然而筆者認為實驗設(shè)計和創(chuàng)新可以從以下“三化”來進行，即：生活化、生態(tài)化、靈活化。

一、實驗設(shè)計和創(chuàng)新生活化

所謂化學(xué)實驗創(chuàng)新的生活化是指學(xué)生走出實驗室，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化學(xué)實驗以達到減弱或消除課堂或?qū)W校因?qū)嶒灄l件的限制所帶來的弊端，特別是對于欠發(fā)達地區(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年新課標全國I卷理綜選擇題第十題：實驗室用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處收集氣體并點燃，通過聲音判斷氣體濃度

C.結(jié)束反應(yīng)時，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

該實驗題考查了有關(guān)啟普發(fā)生器的知識，啟普發(fā)生器本來應(yīng)該是九年級化學(xué)學(xué)習(xí)二氧化碳或者氫氣的制取和性質(zhì)實驗中要提及的，然而筆者用這道題問了當時所教的高一年學(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這個儀器，課后筆者還布置給學(xué)生一個任務(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;剪下的另一個塑料瓶底扎幾個洞做隔板等等自制了多種簡化版的啟普發(fā)生器，并用食醋和蛋殼做實驗制取二氧化碳氣體，進一步加深了對啟普發(fā)生器的感性認識。

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易啟普發(fā)生器：

當然，在日常生活中可替代實驗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)實驗中不但節(jié)約了實驗成本，提高了實驗效率，還培養(yǎng)了學(xué)生關(guān)注生活、變廢為寶的思想，增強了學(xué)生動手動腦的能力，更有助于提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性。

二、實驗設(shè)計和創(chuàng)新生態(tài)化

化學(xué)給大眾潛意識的印象是：有毒、爆炸、危險！因此化學(xué)實驗對于很多學(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以為了學(xué)生和自身的安全為借口，對那些實驗過程中需用到（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）的實驗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)生的動手實驗或者教師的演示實驗。因此筆者所謂的實驗創(chuàng)新生態(tài)化不僅僅是指節(jié)約藥品和環(huán)保意識，還包括如何在以能達到相同教學(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驗藥品，或者更優(yōu)化的實驗設(shè)計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此類化學(xué)實驗的畏懼感。

在新課程標準中初高中教科書在實驗內(nèi)容的選擇與編排上盡管充分考慮了易教易學(xué)，并盡量使實驗內(nèi)容相對系統(tǒng)。但教學(xué)實踐中，依然存在某些實驗在不同學(xué)段、不同模塊、不同主題或單元重復(fù)出現(xiàn)的跡象，這不可避免會造成一些實驗要重復(fù)做、一些實驗的過程要反復(fù)出現(xiàn)[2]，由此帶來的不僅僅是資源浪費和環(huán)境污染，特別是有些有污染性的實驗也會讓師生感到厭煩和抗拒。因此，筆者認為我們化學(xué)教育工作者可發(fā)揮主觀能動性，根據(jù)具體教學(xué)要求，系統(tǒng)規(guī)劃、整體設(shè)計實驗內(nèi)容，在充分考慮學(xué)生的認知基礎(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)實驗整合或串聯(lián)在一起，使之系列化并力求簡約，以此實現(xiàn)實驗設(shè)計和創(chuàng)新的生態(tài)化。

三、注重探究性實驗

新課程背景下，高中化學(xué)教學(xué)也應(yīng)改變過去一刀切的灌輸知識方法，無論在教材還是教學(xué)方法上都要出現(xiàn)適當?shù)摹傲舭住?，對部分實驗現(xiàn)象、實驗規(guī)律和實驗結(jié)果敘述不要追求完整，而是設(shè)計一些問題，學(xué)生在實驗觀察的過程中會不自覺地思考這些問題并嘗試作答，當他們答不出來的時候就會想到通過新的實驗來獲取答案，這就是探究型實驗的衍生過程。

在這個過程中，學(xué)生會積極地參與到問題的設(shè)置、問題的沖突和解決上，是學(xué)生獨立思考性的集中體現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生將觀察實驗、理性思維和創(chuàng)作實驗結(jié)合起來。

正如本次教學(xué)設(shè)計的探究型實驗1和2，兩次實驗都不是筆者提出的，而是在筆者提出問題后，學(xué)生很難回答出來，因此他們自己想到通過實驗來解決問題。當然在當下的高中化學(xué)教材中驗證性實驗仍舊占據(jù)較大比重，因此教師可以在教材實驗的基礎(chǔ)上進行挖掘，將驗證性實驗變成探究型實驗，發(fā)揮學(xué)生的主體地位，讓他們自己參與到創(chuàng)設(shè)問題、潛心研究和用心設(shè)計的過程中。在這個過程中，教師也可以鼓勵學(xué)生用新的科學(xué)方法和思維方法，從而增強他們的創(chuàng)新意識。

驗證性實驗解決的是知其然的問題，是學(xué)生從實驗過程中得到的感性經(jīng)驗，而探究型實驗解決的是知其所以然的問題，是學(xué)生從實驗中獲取的理性經(jīng)驗。在本次實驗中，學(xué)生通過探究型實驗2發(fā)現(xiàn)乙醇無法把碘從碘水中分離出來，而乙醇是可溶于水的，進而總結(jié)出萃取劑的選擇最關(guān)鍵的一個要素是萃取劑和原溶劑不能相溶，這就是學(xué)生通過探究實驗得出的理性規(guī)律。其實在探究實驗1中，筆者給出過一個實驗原理：溫度為25°C時，碘在水中的溶解度為0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。這是一個容易被學(xué)生忽略的知識點，而部分思維比較靈活的學(xué)生從這點提示中總結(jié)出：萃取劑對溶質(zhì)的溶解度要遠遠大于原溶劑。這是學(xué)生從探究實驗中自行總結(jié)出的第二條萃取劑選取原則，學(xué)生自己觀察并總結(jié)出規(guī)律，就是一個創(chuàng)造性的理性思維過程。

總之，對高中化學(xué)實驗進行設(shè)計和創(chuàng)新是一個任重道遠的過程，它需要我們所有的化學(xué)教育工作者長期不斷地努力，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

[1] 霍本斌，江宏.高中化學(xué)實驗創(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] 陸國志，谷偉健，王晶. 中學(xué)化學(xué)實驗綠色化的實踐途徑[J].教學(xué)與管理，2016（10）：69-71.