以“三個(gè)一行動(dòng)”開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的嘗試

李德前 石磊 馬逸群 魏海

：在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新時(shí)，嘗試以“三個(gè)一行動(dòng)”為抓手，即“運(yùn)用一種創(chuàng)新方法改進(jìn)多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”“改進(jìn)一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用多種創(chuàng)新方法”“使用一件儀器裝置設(shè)計(jì)多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”；因此豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，擴(kuò)大了名師工作室的影響力。

：三個(gè)一行動(dòng)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；嘗試

多年來，李德前名師工作室以“三個(gè)一行動(dòng)”為抓手開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新活動(dòng)，已在《化學(xué)教學(xué)》《化學(xué)教育》《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》等知名期刊上陸續(xù)發(fā)表實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新成果近二百項(xiàng)，其中一項(xiàng)被編入教科書，有些項(xiàng)目成為全國(guó)各地選拔性考試的命題素材。

“三個(gè)一行動(dòng)”就是“運(yùn)用一種創(chuàng)新方法改進(jìn)多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”“改進(jìn)一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用多種創(chuàng)新方法”“使用一件儀器裝置設(shè)計(jì)多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”。下面結(jié)合具體的案例，對(duì)此加以闡述。

1運(yùn)用一種創(chuàng)新方法改進(jìn)多個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的方法一般有缺點(diǎn)列舉法、希望點(diǎn)列舉法、放大法、縮小省略法、組合法、替換法和移植法等。不管哪種創(chuàng)新方法，只要運(yùn)用合理，都能研制出新的裝備器材。下面以縮小省略法（就是使用縮一縮、減一減、省一省等刪減手段對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)）為例，介紹它在改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。

案例1.在白色打印紙上檢驗(yàn)溶液的酸堿性

現(xiàn)行九年級(jí)化學(xué)教科書中檢測(cè)溶液酸堿性的實(shí)驗(yàn)，通常是在小試管中進(jìn)行的，而一次實(shí)驗(yàn)需要7～8支試管，不僅浪費(fèi)試劑，清洗儀器也較為麻煩。在“縮小省略法”的啟發(fā)下，我們嘗試將實(shí)驗(yàn)放在白色打印紙上做，一張紙可以滴加8～10種待測(cè)液（改進(jìn)裝置見圖1），不僅方便學(xué)生實(shí)驗(yàn)，也節(jié)約試劑，還省去了清洗儀器的麻煩。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）學(xué)生每?jī)扇艘唤M，取一張16k的普通白色打印紙，將其裁成直徑約為18cm的圓形紙張，然后用黑色的簽字筆在白紙上均勻?qū)懗龈鞣N待測(cè)液的名稱（如稀鹽酸、肥皂水、燒堿溶液等，見圖2），再將圓形白紙放在三腳架上。

（2）借助膠頭滴管，將需要檢測(cè)的幾種溶液分別滴到白紙的對(duì)應(yīng)位置（每種待測(cè)液只需滴1滴即可，每?jī)煞N待測(cè)液之間保持3cm左右的距離）；再分別向上述待測(cè)液中滴加1滴石蕊溶液（或酚酞溶液），即可觀察到溶液的變色情況，進(jìn)而可知溶液的酸堿性。

（3）接下來，每組同學(xué)拿起白紙，以正面進(jìn)行展示，此時(shí)教室里宛如春天的花園，“處處盛開著五顏六色的花朵”，讓學(xué)生激動(dòng)不已。

該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新案例增加了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)了學(xué)生勤儉節(jié)約的習(xí)慣，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，有助于學(xué)生熟悉常見物質(zhì)的酸堿性。

案例2.在長(zhǎng)柄V形玻璃管里比較蘇打、小蘇打的熱穩(wěn)定性

高中化學(xué)比較蘇打、小蘇打熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)大多是利用“套管實(shí)驗(yàn)”，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)的對(duì)比性強(qiáng)，但是將大小不同的兩支試管套接在一起，組成封閉式的實(shí)驗(yàn)裝置，操作著實(shí)麻煩，很多教師因此放棄了該實(shí)驗(yàn)。我們?cè)凇翱s小省略法”的引導(dǎo)下，只用一根長(zhǎng)柄V形玻璃管，就完成了蘇打與小蘇打的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（改進(jìn)裝置見圖3，夾持裝置略）。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）按圖3所示裝好藥品、連好裝置（注意石灰水液面以剛好接觸到V形管的上管壁為宜）。

（2）先加熱蘇打120s左右，觀察到石灰水沒有明顯的變化；再加熱小蘇打120s左右，石灰水很快明顯變渾。

（3）上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象充分說明，蘇打的熱穩(wěn)定性強(qiáng)，小蘇打的熱穩(wěn)定性低、受熱易分解。

該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新裝置，有利于學(xué)生了解化學(xué)儀器的多樣性，體驗(yàn)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的多元性，認(rèn)識(shí)蘇打與小蘇打性質(zhì)的差異性。

案例3.用微型導(dǎo)電測(cè)量?jī)x檢測(cè)溶液的導(dǎo)電性

演示九年級(jí)化學(xué)教科書中溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)時(shí)，每次實(shí)驗(yàn)前都需將電源、小燈泡、開關(guān)、電極、燒杯等用導(dǎo)線有序連接起來，儀器的組裝比較麻煩。我們利用“縮小省略法”改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)，將紐扣電池、發(fā)光二級(jí)管和導(dǎo)線巧妙組合起來，就制成了一個(gè)微型導(dǎo)電測(cè)量?jī)x，不僅可以方便、安全的測(cè)量溶液的導(dǎo)電性（改進(jìn)裝置見圖4），還可以檢測(cè)金屬、非金屬是否導(dǎo)電。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）取適量的待測(cè)溶液，將其注入小燒杯中，再將微型導(dǎo)電測(cè)量?jī)x的兩個(gè)電極插入溶液中少許，如果發(fā)光二極管發(fā)光，則該溶液導(dǎo)電，并且發(fā)光二極管的亮度越大則導(dǎo)電性越強(qiáng)，反之亦然。

（2）如果測(cè)量固體物質(zhì)是否導(dǎo)電性，需將微型導(dǎo)電測(cè)量?jī)x的兩個(gè)電極同時(shí)接觸固體表面，如果發(fā)光二極管發(fā)光，則該固體導(dǎo)電。

該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案豐富了化學(xué)課中的跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，能促進(jìn)學(xué)生積極學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、主動(dòng)探究科學(xué)奧秘。

2 改進(jìn)一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用多種創(chuàng)新方法

化學(xué)教師的認(rèn)知視角不盡相同，因此針對(duì)某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的瑕疵所采用的創(chuàng)新方法也是不同的。使用多種方法對(duì)某個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，可以豐富實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案。

如現(xiàn)行九年級(jí)化學(xué)教科書中編排的探究微粒運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)，所用儀器涉及三個(gè)燒杯，每次演示時(shí)都需要將三個(gè)燒杯重新組合，不僅操作繁瑣，而且氨氣外逸嚴(yán)重，我們采用多種方法對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，改進(jìn)出了多個(gè)優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)方案。

案例4.通過改變操作方法探究微粒運(yùn)動(dòng)

教科書中的實(shí)驗(yàn)是將濃氨水、酚酞溶液分別盛放在兩個(gè)小燒杯里（再罩上大燒杯），我們將盛有酚酞溶液的小燒杯省略，而將酚酞溶液附著在大燒杯底部（改進(jìn)裝置見圖5），這樣優(yōu)化后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象依然明顯，而操作方法卻簡(jiǎn)潔明了。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）向250mL燒杯的底部倒入2mL左右的酚酞溶液，然后輕輕擺動(dòng)燒杯，使酚酞溶液均勻附著在大燒杯底部。

（2）向50mL小燒杯里注入約5mL濃氨水，立即按圖5所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置。

（3）很快可以觀察到，大燒杯底部的酚酞溶液變?yōu)榧t色，從而說明氨分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)源于課本但優(yōu)于課本，不僅貼近學(xué)生思維發(fā)展的最近區(qū)，而且有利于學(xué)生初步體會(huì)化學(xué)學(xué)科宏微結(jié)合的思維方式。

案例5.通過替換實(shí)驗(yàn)裝置探究微粒運(yùn)動(dòng)

仍然保持濃氨水、酚酞溶液這兩種試劑不變，我們還可以將原實(shí)驗(yàn)中的三個(gè)燒杯壓縮為一個(gè)廣口瓶（改進(jìn)裝置見圖6），不僅簡(jiǎn)化了操作，而且實(shí)驗(yàn)過程對(duì)環(huán)境友好。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）準(zhǔn)備一個(gè)250mL的廣口瓶，再找一個(gè)配套的橡皮塞；在橡皮塞的小頭（反面）借助大頭針固定一根長(zhǎng)約10cm的滴有酚酞溶液的紗布條。

（2）向250mL廣口瓶里，注入大約10mL的濃氨水，然后立即按圖6所示，連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置不漏氣）。

（3）很快觀察到，酚酞紗布條從下往上逐漸變紅，充分說明氨分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

該實(shí)驗(yàn)裝置組合巧妙，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，有利于學(xué)生認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的化學(xué)原理；現(xiàn)象直觀，有利于學(xué)生透過宏觀現(xiàn)象探視微觀本質(zhì)。

案例6.借助氧氣傳感器探究微粒運(yùn)動(dòng)

教科書中的實(shí)驗(yàn)是通過化學(xué)變化（氨水使酚酞變紅色），得出氨分子不斷運(yùn)動(dòng)的結(jié)論；我們通過物理變化（氧氣擴(kuò)散），借助氧氣傳感器實(shí)時(shí)測(cè)出集氣瓶里氧氣濃度不斷減小（改進(jìn)裝置見圖7），也證明了微粒在不斷運(yùn)動(dòng)。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）在250mL集氣瓶里集滿氧氣，然后在瓶口蓋好玻璃片，備用。

（2）準(zhǔn)備一個(gè)便攜式氧氣傳感器，打開“開關(guān)”后，將傳感器的探頭插入氧氣瓶中。

（3）從數(shù)據(jù)處理器上可以實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)，氧氣濃度不斷減?。ㄗ罱K降至21%左右，與常態(tài)空氣中的氧濃度一致），說明氧氣因?yàn)閿U(kuò)散而逃逸到空氣中，即氧分子在不斷運(yùn)動(dòng)。

該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案基于數(shù)字技術(shù)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的定量意識(shí)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生體驗(yàn)現(xiàn)代教育裝備在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用價(jià)值。

多年來，我們利用常規(guī)儀器和自制裝置（如直角玻璃管、長(zhǎng)柄V形玻璃管等），設(shè)計(jì)出很多新穎別致、簡(jiǎn)單實(shí)用的化學(xué)實(shí)驗(yàn)用具。下面以常規(guī)儀器U形管為例，介紹幾個(gè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例。

案例7.借助U形管檢驗(yàn)蠟燭燃燒的產(chǎn)物

現(xiàn)行九年級(jí)化學(xué)教科書中檢驗(yàn)蠟燭燃燒的產(chǎn)物，都是借助干冷的小燒杯和石灰水進(jìn)行的，但是“干冷”狀態(tài)的小燒杯不容易得到；另外，燒杯開放的形狀也使捕獲的燃燒產(chǎn)物偏少，因而實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不夠明顯。我們將U形管的一端罩在蠟燭火焰上（改進(jìn)裝置見圖8），此時(shí)U形管內(nèi)就存在較強(qiáng)的氣體對(duì)流，因此可以捕獲較多的燃燒產(chǎn)物。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）準(zhǔn)備一個(gè)干燥的18mm×180mm的U形管，備用。

（2）點(diǎn)燃桌面上的蠟燭，待蠟燭燃燒穩(wěn)定后，將U形管的一端罩在蠟燭火焰的中上部；8～10s后，U形管內(nèi)壁出現(xiàn)明顯的小水珠；再將U形管快速翻轉(zhuǎn)過來，立即向U形管中注入適量石灰水，輕輕振蕩，石灰水立即變渾濁。

（3）上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以證明，石蠟燃燒的產(chǎn)物是水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)而可知石蠟中一定含有碳元素、氫元素，可能含有氧元素。

該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方案有利于學(xué)生自我探究石蠟的組成，并認(rèn)識(shí)物理規(guī)律在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，從而提高學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

案例8.借助U形管設(shè)計(jì)氣體燃燒實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行九年級(jí)化學(xué)教科書中大都涉及氫氣、一氧化碳和沼氣的燃燒實(shí)驗(yàn)，為了確保安全，在點(diǎn)燃?xì)怏w之前都會(huì)對(duì)可燃性氣體進(jìn)行驗(yàn)純操作，即便如此謹(jǐn)小慎微，有時(shí)也難免發(fā)生爆炸事故。我們借助盛有適量水的U形管進(jìn)行氣體燃燒實(shí)驗(yàn)（改進(jìn)裝置見圖9，夾持裝置略），確保了實(shí)驗(yàn)安全。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）準(zhǔn)備一個(gè)15mm×150mm的U形管，向其中注入適量的自來水（水面超過上管壁1cm左右）。

（2）按圖9所示連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，然后緩緩向U形管內(nèi)通入燃?xì)猓?～5s后，即可在U形管的右支管口處將燃?xì)恻c(diǎn)燃。如果U形管內(nèi)出現(xiàn)回火且伴隨爆鳴聲，說明燃?xì)庵谢煊锌諝饣蜓鯕?；但由于U形管底部水的冷卻及阻礙作用，回火瞬間熄滅。

（3）繼續(xù)通入燃?xì)?～5s后，再次將燃?xì)恻c(diǎn)燃，此時(shí)氣體一般能安靜燃燒。

此改進(jìn)裝置雖然簡(jiǎn)單，卻顯著提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的安全性，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)防爆原理的認(rèn)知水平，提升了學(xué)生抵御科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)的技能。

案例9.借助U形管進(jìn)行加熱碳酸氫銨實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)行滬教版九年級(jí)化學(xué)教科書中加熱碳酸氫銨實(shí)驗(yàn)是在蒸發(fā)皿里進(jìn)行的，既沒有檢驗(yàn)分解產(chǎn)物（不利于學(xué)生認(rèn)識(shí)碳酸氫銨消失屬于化學(xué)變化），也沒有環(huán)保措施。我們借助U形管重新設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)（改進(jìn)裝置見圖10，夾持裝置略），檢驗(yàn)了反應(yīng)產(chǎn)物，體現(xiàn)了環(huán)保理念。

上述改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的主要操作是：

（1）準(zhǔn)備一個(gè)18mm×180mm的U形管，向其中加入適量的碳酸氫銨（蓋滿U形管底部即可）。

（2）按圖10所示，連好整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置（確保裝置不漏氣）。

（3）點(diǎn)燃酒精燈，加熱碳酸氫銨；很快觀察到，白色固體逐漸消失，U形管內(nèi)壁出現(xiàn)大量水珠，酚酞溶液變?yōu)榧t色，石灰水變渾濁，很好的說明了碳酸氫銨消失屬于化學(xué)變化，該化學(xué)變化的產(chǎn)物有二氧化碳、水和氨氣。

此改進(jìn)裝置有利于培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識(shí)，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心，有益于學(xué)生認(rèn)識(shí)碳酸氫銨的化學(xué)性質(zhì)及保存方法。

4結(jié)束語(yǔ)

基于“三個(gè)一行動(dòng)”開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，因此開發(fā)出了大量具有科學(xué)性、思維性、實(shí)用性、簡(jiǎn)約性和趣味性的實(shí)驗(yàn)案例，為“雙減”背景下中學(xué)生開展跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)提供了豐富的素材，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中發(fā)揮了示范引領(lǐng)作用。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的最終目標(biāo)是為了提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，因此要充分用好“學(xué)生實(shí)驗(yàn)課”和“課后延時(shí)服務(wù)”，積極吸納學(xué)生直接參與這項(xiàng)富有創(chuàng)造性的活動(dòng)；這部分活動(dòng)所用課時(shí)，原則上約占學(xué)生實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課時(shí)的1/5即可。

參考文獻(xiàn)：

[1]李德前.例談初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的思維方法[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（03）：65-68.

[2]王來東，李德前.借助濾紙檢驗(yàn)溶液的酸堿性[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2020，30（06）：34-35.

[3]陳立銘 李德前. 利用長(zhǎng)柄V型玻璃管比較碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性[J]. 化學(xué)教育， 2014， 35（21）：56-57.

[4]張玲.導(dǎo)電性測(cè)試實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].教學(xué)儀器與實(shí)驗(yàn)，2008，（05）：24.

[5]魏海，李德前.創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法——以“探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)”為例[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2013，（06）：35-36.

[6]李德前，周梅華.巧借二氧化碳?xì)怏w擴(kuò)散探究微粒運(yùn)動(dòng)性[J].化學(xué)教育，2015，36（23）：68-70.

[7]許大雨，魏海.U形管在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的妙用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2018，（06）：32-34.

[7]法浩，李德前.借助直角玻璃管的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2020，（10）：68-71.

[8]馬逸群，魏海.在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)和設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[J].化學(xué)教學(xué)，2016，（10）：16-20.

[9]李德前，魏海，馬逸群，朱玉忠.基于逆向思維創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)的嘗試[J].化學(xué)教學(xué)，2022，（08）：73-76.

基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度課題“以‘化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新’主題教研促進(jìn)名師工作室發(fā)展的研究”（D/2021/02/742）；全國(guó)教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度教育部重點(diǎn)課題“中小學(xué)智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用實(shí)踐研究”的子課題“促進(jìn)核心素養(yǎng)發(fā)展的化學(xué)智能實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與應(yīng)用”（DCA190327-32006）。