化學創意實驗的設計與教學應用

摘要：在化學教學中，注重創意實驗的開發和教學應用，引導學生探討問題，從而形成富于思考的思維品質和具備創新的意識、習慣和能力。

關鍵詞：化學教學；創意實驗；教學設計

文章編號：1005－6629(2008)08－0032－03中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

上海市新課程改革提出“重視培養學生樂于動手、勤于實踐、勇于創新的意識、習慣和能力”[1]。思維活躍是一個現代人才的重要標志，養成良好的思維習慣有利于培養創造型的人才。創意實驗是指對現行實驗的改進和優化，或是根據教學目標有目的地進行自行設計的實驗。而創意實驗的開發直接反映了教師實驗教學能力及對化學教育的認識水平。隨著創意實驗開發能力的提高和創意實驗在課堂教學中的廣泛運用，引導學生探討問題，在教師創新精神和創新能力的熏陶下，學生能逐步形成富于思考和敢于創新的科學品質。

而目前的創意實驗主要體現在研究者對實驗本身的創新，如實驗的條件、實驗裝置、實驗方案的設計、實驗輔助手段等。而在實驗教學的設計和實施方面的創新，則較少[2]。近幾年的化學教學中，筆者緊緊抓住“用創意實驗引導學生探討問題”的教學模式，堅持對各種創意實驗進行開發或二次開發，充分整合于教學設計中。主要體現在能展示化學美、呈現化學真、突顯化學奇的創意實驗的設計與教學應用，旨在展示教學中利用創意引導學生思考問題，點撥學生的思維，從而提高問題的分析能力和解決能力。

1 展示化學美的創意實驗的教學設計

化學教學中不僅要向學生展示化學儀器美、化學物質美， 更重要的是，在實驗操作美、實驗裝置的和諧美、現象美上狠下功夫，力求裝置簡單，操作簡便安全，現象明顯而精彩。在教學中，借助一些展示化學美感的創意實驗，以引起強烈的視覺效果，調動學生的興趣和激活其思維。如在《化學變化中的能量變化》[3]的教學中，為引導學生了解和體驗化學反應中的能量變化，訓練學生由感性認識到理性認識的思維過程，筆者在教學中設計和穿插運用了一系列創意實驗，進行了教學。

［案例1］ 《化學變化中的能量變化》創意實驗的設計與教學應用

[演示實驗] KClO3 受熱剛開始熔化時沒有氧氣放出；將帶火星的木條與熔融的KClO3接觸，木條在熔融的KClO3中劇烈地燃燒起來，且發白光、發熱。該實驗旨在表現化學能轉化成熱能、光能等能量。繼而打開電子音樂卡片，旨在表現化學能轉化成電能。

［學生實驗］ 在此基礎上，引導學生分組實驗，探究得出“鎂與鹽酸反應要放出熱量，溶液的溫度升高。”

［演示實驗］ Ba(OH)2·8H2O 與NH4Cl的反應要吸熱，使木片上的水凝結成冰。

由此，學生進一步明確化學反應伴有能量的變化，常常表現為熱量的放出或吸收。聯系能量守恒定律，引導學生總結出反應物的總能量和生成物的總能量不相同是化學反應是吸熱還是放熱的原因所在。為使學生理解燃料充分燃燒的重要性，筆者設計了如下實驗：

［創意實驗1］ 在一支點燃的蠟燭上，蓋一個干凈的白色瓷坩堝。（黑色的煙，說明沒有充分燃燒，造成燃料的浪費和空氣的污染。）此時提出充分燃燒的措施。

［創意實驗2］ 用針筒鼓入少量的氧氣，火焰變明亮。（說明燃燒過程中要有足量的空氣。）用針筒鼓入大量空氣，火焰容易熄滅。（說明空氣也不是越多越好。）

［創意實驗3］ 用一個裝有酒精的噴霧器，噴酒于酒精燈火焰上，火焰非常大。（說明增大接觸面積，可充分燃燒。）

化學變化中的能量變化，作為連接初中化學和高中化學的紐帶，是學生對燃燒、能量的再認識。充分利用實驗，讓學生直觀地感受到化學變化中的美妙現象。如在《評說氮與硫的“功”與“過”》教學中，可在課堂上點燃黑火藥，火星四射非常美。經常讓學生在實驗教學中欣賞化學美，就會消除對化學的誤解，自發的產生“為什么”的強烈求知欲，從而產生探索化學的濃厚興趣。

2 呈現化學真的創意實驗的教學設計

教學實驗大多數是為傳授知識服務的，充分展示化學知識各個方面的實驗現象，才有利于學生對知識的理解和掌握。但是在目前的實際教學中，對于課堂很難演示的實驗，老師往往借助媒體播放錄像或者是多媒體動畫演示，有的甚至忽略。事實上，研究者對這一些課堂上較難進行的實驗進行了開發，研究出了極具創意的實驗。筆者認為在教學中，不僅可以引入新的研究，而且還可以關注研究思路的引導。如在元素周期律教學中，以與水反應的劇烈程度說明鉀比鈉活潑。以往的實驗，只能說明鉀與水的反應比鈉與水的反應更劇烈些且具有一定的危險性，并沒有證明有氫氣產生。而目前有關于鉀與水反應的實驗較具有創意，在教學中可以成為引導學生設計實驗裝置的素材。

［案例2］鉀與水反應的創意實驗應用的教學片段

問題：鉀與水的反應要比鈉與水的反應更劇烈，會爆炸，有危險性。如何設計實驗，讓金屬鉀與水較安全的反應且證實生成的氣體為氫氣？

提示：金屬鉀保存在煤油中，鉀的密度是0.86g/cm3， 介于水和煤油之間。

思路：可以借用煤油。當鉀與水反應產生氣體時，把鉀推進煤油中，當氣體釋放完后，鉀又回到鄰接面繼續反應，從而降低了實驗的危險性。因此只要把鉀置于有煤油的水中即可。而如何證實產生的氣體是氫氣呢？則需要收集該氣體，用爆鳴的方法驗證。因此，不要置于開口很大的容器中，否則不易收集。故需要在類似試管口大小的裝置中，如U形管或J形管中。

結論：裝置設計如右圖。

在實際教學中，利用類似創意實驗，設置幾個小問題，讓學生感受創意實驗的研究的思路和方法。又如在關于銅鋅原電池的教學中，教材中安排的演示實驗只能說明電子由鋅片通過導線流向銅片，溶液中氫離子從銅片上獲得電子被還原成氫氣分子，而不能讓學生直觀的感知鋅片的溶解。針對這一難以觀察到的現象，筆者在教學環節中引入了一個創意實驗。

［案例3］銅鋅原電池創意實驗應用的教學片段

教師：如何證明鋅片溶解了？

學生：鋅片前后質量有無變化。

教師：有無直接的方法，一眼就能看出來？

學生：直接觀察到一小塊鋅沒有了。

教師：要使這一小塊鋅在短時間溶解掉，有什么要求？

學生：薄一點，小一點。

師述：我們可以把鋅片的下端剪成底邊和高都約為0.5cm的三角形，并用銼刀將該三角形尖端銼薄。

現象：鋅片（用硝酸汞溶液處理后的鋅片）上無氣泡而銅片上有氣泡。3～5分鐘后，鋅片尖端完全溶解。

上述實驗中一個小小的環節的改進，極富創意！讓學生親眼看到了鋅溶解了，深刻理解了鋅失去電子的原理。在教學中，需要教師注意專業知識的收集與積累。引入一些創意實驗，不僅可以讓學生感知到實驗現象，理解化學知識，重要的是，將創意實驗的成果進行適當分解，引導學生思考和探討問題，更讓學生感受到了創新并非那么遙不可及，只要敢于思考和嘗試。

3 突顯化學奇的創意實驗的教學設計

化學實驗所示的物質世界的神奇變化與鮮明直觀的化學現象是學生對化學產生興趣的主要源泉，它能有效地提供給其矛盾的新刺激。利用創意實驗設置認知沖突，更容易使學生進入學習情境。如在《鹽溶液的酸堿性》教學中，為了激發學生對鹽類水解本質學習的興趣，筆者設計了如下實驗進行教學引入。

［案例4］ 《鹽溶液的酸堿性》創意實驗的設計與教學片段

［創意實驗］ 取三支潔凈的試管，都加入鎂粉和水，觀察現象。在試管1中加入少量濃鹽酸，在試管2中加入少量固體AlCl₃，試管3作對比。（此時，可觀察到試管1、2內均產生大量氣泡。）

教師：針對這個實驗，你有什么困惑的地方嗎？

學生認知沖突：為什么鎂粉和水在AlCl₃的存在下，迅速反應生成氫氣？純水呈中性，純水中加酸，呈酸性，加入AlCl₃怎么也會呈酸性呢？水中的氫離子濃度增大的原因是什么？

筆者將AlCl₃代替了教學中通常使用的FeCl₃或銨鹽，理由是：FeCl₃容易水解，試管中溶液顏色較深，影響氣泡的觀察；而形成氫氣的氫離子是由水提供，若使用含有氫元素的銨鹽（NH₄⁺）則會產生干擾，故選擇AlCl₃。又如在學習了鋁的性質后，為深化鋁及原電池的有關知識，在教學中運用如下創意實驗設計教學。

［案例5］鋁與原電池的創意實驗設計與教學片段

問題1：由鎂、鋁與稀硫酸所構成的原電池，請判斷此裝置的正、負極？（旨在活化“活潑的金屬做負極，不活潑的金屬做正極”的知識。）

問題2：若用較濃的氫氧化鈉溶液代替上述原電池中的稀硫酸，請判斷此裝置的正、負極？（旨在引起“鎂比鋁活潑，但鎂作正極”的認知沖突）

問題3：常溫下，Cu-Al作為電極插到濃硝酸中，正、負極又如何判斷呢？

在由問題(2)所得結論的基礎上，筆者又提出問題(3)，旨在深化電極與電解質溶液的關系，為拓展其它電池做鋪墊。又如筆者在高三復習鈉、鎂、鋁單質及其化合物性質時，設計了\"鈉分別與75%的乙醇水溶液、95%的乙醇水溶液反應的實驗\"。結果反應速率反而是與95%的乙醇水溶液慢。這與學生學過的濃度對反應速率的影響規律矛盾，認知沖突由此產生。通過創意實驗的開發和設計，充分暴露學生頭腦中糾纏的新、舊化學知識，借助科學方法，理順知識。

總之，在教學中要重視創意實驗的設計和成果的應用，就要求教師平時注意收集并開發一些創意實驗。同時，根據具體情況，對一些創意實驗進行適當的二次開發，引導學生思考和探討問題，提升學習的興趣和思維品質。正如筆者的一位學生在所寄的賀卡中感嘆道：“也許我們已習慣了傳統的教學方式，但這個年齡特有的好奇心使我們更熱衷于、更易于接受新事物、新方法，枯燥、乏味的化學知識因為老師您的傳授方法和新穎的實驗而變得生動有趣，學起來也特別帶勁”。筆者堅信，在創意實驗的開發與應用中“學會教學”，堅持用創意實驗更新課堂教學，更多的學生一定會成為國家所需要的創新型人才。

參考文獻：

[1]上海市教育委員會.上海市中學化學課程標準（試行稿）[M].上海:上海教育出版社，2004:2.

[2]王祖浩，王程杰.中學化學創新實驗[M].廣西: 廣西教育出版社.2007:15～16.

[3]高級中學課本 化學（試用本）高中一年級第一學期[M].上海: 上海科學技術出版社.2006.

[4]王祖浩主編.上海市中學化學課程標準解讀[M].上海: 上海教育出版社.2006.

[5]陸軍.對教師創意實驗評比的幾點認識[J].化學教育， 2000，(2):25～27.