把現代教育技術引入化學實驗中

魯云龍　　包朝龍

化學是一門以實驗為基礎的學科，在當今新課程實施的過程中，實驗的教學顯得尤為重要。許多優良的傳統實驗對學生知識的建構和能力的培養起到了不可估量的作用，但從現有的教材實驗設計看。許多不和諧的因素也漸漸地顯現出來，如有些實驗會造成比較嚴重的環境污染，甚至直接危害到師生的身體健康；有些實驗由于條件和儀器藥品的限制無法在規定的時間內完成；有些實驗的實驗現象不明顯直接影響教學效果，等等。如何在現有的教學條件下取得完美的教學效果，就成了我們思考的問題。

實踐證明，將現代教育技術引人日常化學實驗教學工作，并與傳統實驗有機整合，已勢在必行，在這一方面展開研究是一項十分有意義的工作，它必將打開化學實驗教學新的篇章。

研究經過和內容

準備階段(2007年6月至2007年8月)。這一階段的主要任務是組建課題組，并進行人員分工，查閱文獻，整理資料，問卷調查與學生座談。

教學實施階段(2007年9月至2008年6月)。按照課題方案要求開展研究，在不同的班級采用不同的方法完成實驗，并在課后及時收集學生反饋的信息，在研究過程中及時收集整理典型的案例。

總結整理階段(2008年6月至7月)。課題組成員交流總結、整理研究材料，對收集到的信息及時地處理。撰寫課題研究報告和工作報告，完成課題研究，并加以推廣。

通過對現行教材中化學實驗的實際操作驗證和理論驗證，去粗存精。發展創新，用現代教育技術來彌補傳統實驗方法中的不足之處，同時將傳統實驗與現代教育技術有機地整合在一起，達到實驗教學中的最優化。

主要研究成果

課題組全體成員在查閱和研究文獻資料的基礎上，對多所相關學校在實驗教學方面開展了調查，并通過課堂教學實施，在實驗條件、實驗效率、實驗時間和實驗安全、實驗環保等方面展開了研究，在繼承傳統實驗方法的基礎上。巧用現代教育技術與傳統化學實驗的融合，取得了一定的成果。

實驗條件的限制

與經濟發達地區相比，貧困地區或農村中學化學實驗資金顯得較為困難。實驗室數量和器材配備不齊全，尤其是缺少一些不常用的化學儀器，這導致某些實驗無法正常開展，稍好一點的學校改為演示實驗，條件較差的學校連演示也無法開展。對于這種情況，化學教師只好開設多媒體實驗。我校雖屬于浙西一流學校，實驗條件相對比較好，但面對新課程對化學實驗的要求，實驗條件受限仍很突出，主要表現為儀器和藥品的缺乏，如：《實驗化學》(蘇教版。下同)專題1課題3《硝酸鉀晶體的制備》實驗、專題7課題1《硫酸亞鐵銨的制備》實驗、專題7課題2《阿司匹林的合成》實驗中的布氏漏斗、吸濾器、抽氣泵；專題5課題2《電解與電鍍》實驗中的氯化鋅、硼酸；專題6課題2《鍍鋅鐵皮鋅鍍層厚度的測定》實驗和專題7課題2《阿司匹林的合成》實驗中的電子天平；專題7課題2《阿司匹林的合成》實驗中的乙酸酐藥品；還有《化學反應原理》專題3第四單元《沉淀溶解平衡》中的PbI2等，上述化學儀器、藥品就連一些城市中學也不具備。面對這些問題，我們一方面想辦法申請采購，另一方面在進行這些實驗時，盡量借助多媒體進行實驗展示。

以專題7課題2《阿司匹林的合成》的實驗為例，我們認為，學生不能在實驗室親手做實驗的原因有：藥品乙酸酐欠缺。整個學校才有幾十毫升的量，且該物質是易制毒品的物質之一，所以購買前必需向公安部門審批；學校尚缺抽氣泵，無法進行降壓過濾；本實驗耗時長，前后可能需2—3小時。

鑒于以上原因，本實驗由老師指導少數化學興趣小組學生在實驗室里完成，在不同的實驗階段分別將裝置、藥品、實驗現象拍成照片，然后做成PPT，在進行“阿司匹林的合成”教學時，隨著“合成方案的設計”不斷用多媒體展出所需的“儀器、藥品、反應裝置、反應現象及產品的實物照片”，讓學生產生身臨其境的感覺。

這個實驗我們在省級新課程培訓中，做了介紹，得到了同行的認可。

實驗時間的限制

按照新課程的要求，要讓學生有更多的機會動手實驗，但遺憾的是，教材中有些實驗的安排與教學實際嚴重脫節，主要表現在有些實驗需要很長時間的準備和觀察，這在課堂教學中似乎又不可能。以我校為例，高二化學周課時僅3節，而《實驗化學》專題2課題1《鋁及其化合物的性質》中，培養明礬晶體實驗需要學生連續3天觀察實驗現象。這在中學是做不到的。又如專題7課題2《阿司匹林的合成》實驗，也難以在一個課時內完成。面對這種情況，我們采取的措施是：把這些實驗做成錄像或多媒體，在課堂中讓學生觀摩實驗過程。

以《實驗化學》專題2課題1《鋁及其化合物的性質》中培養明礬晶體實驗為例，此實驗最大的問題是，要得到較為理想的實驗結果，需要幾天的時間，顯然在課堂中要完成是不可能的，所以此實驗主要由實驗員和教師共同完成，并把不同時間內的現象(晶體的生長情況)用數碼相機拍下，在課堂中展示給學生。

實驗現象的限制

一些實驗對試劑的要求較高，中學實驗室難以達到要求，造成實驗現象不明顯或無現象，直接影響到教學效率。如《實驗化學》專題5課題1“金屬的電化學腐蝕”中的“析氫腐蝕”實驗，是比較鐵釘和繞有銅絲的鐵釘兩者在0.1mol·L-1鹽酸中的腐蝕快慢。理論上講，是后者腐蝕速率快，放出的氣泡多，并率先出現藍色沉淀。但事實并非如此，而是產生氣泡都不明顯，藍色沉淀也不明顯。原因可能是未繞銅絲的鐵釘不純，也發生原電池反應；也可能現在生產鐵釘的鐵改變了成分成為“不銹鐵”，或經過“發藍”處理，在酸中不易形成原電池，因而反應慢，產生Fe²⁺很少，因而看不到藍色沉淀。“吸氧腐蝕”實驗也有現象不明顯的問題。

以《實驗化學》專題5課題1《原電池》“金屬的電化學腐蝕”中的“吸氧腐蝕”實驗為例，此實驗如果按照課本的要求去做，實驗很難成功，現象幾乎沒有。為此，我們特將該實驗的教學做了改進，教師先指導興趣小組的部分學生來完成該實驗；實驗過程中分階段拍下照片；選出現象最明顯的、具有代表性的照片做成PPT，供上課時用。其實驗過程如下：

(1)取6cm×8cm的鐵片，擦去表面的鐵銹：

(2)在鐵片的不同位置分別用銅棒和石墨棒用力刻劃；

(3)在兩刻劃處分別滴上少量飽和食鹽水和酚酞的混合液；

(4)等待，如果發現混合液蒸發了。及時補充；

(5)當看到明顯現象時，結束實驗。

危險實驗的限制

一些化學實驗如果操作不當，就有可能發生實驗事故。不能用實驗證明，可以用多媒體動畫模擬這些錯誤操作，

它可將錯誤分解，放慢動作，不僅把錯誤的原因演示清楚，而且可以渲染氣氛，學生看后印象深刻。如《實驗化學》專題2課題2乙醇和苯酚的性質實驗中，乙醇倒入濃硫酸中，液體沸騰飛濺。另外，點燃沒有檢驗純度的氫氣導致氫氣發生裝置的爆炸；用排水法收集氧氣時先停止加熱，后將導管移出水面，水倒吸試管炸裂等，把這些實驗做成錄像或多媒體，就可以讓學生觀摩實驗過程，加深印象。

綠色實驗的要求

化學實驗的用品和化學實驗中產生的物質不少是有毒和有害的，它不僅對環境造成了污染，更嚴重的是危及師生的健康甚至是生命危險。有些實驗如果按照課本的要求進行實驗，學生從走進實驗室就開始呼吸有毒的空氣，接觸有毒的化學藥品。一節課下來，學生受到的危害不小，而老師受到的危害更大，因為老師一般要連續上2-3個班級甚至4個班級的課，做一個有毒實驗，連同實驗準備工作，化學老師就得呼吸幾個小時的有毒空氣。

我們知道苯酚的危害就很大，在《實驗化學》專題2課題2乙醇和苯酚的性質實驗中，教材安排了苯酚的溶解性、苯酚與FeCl₃溶液、苯酚和溴水、苯酚和金屬鈉的反應實驗，還要設計實驗比較鹽酸、碳酸、苯酚的酸性強弱，照課本用量計算，每個班(平均50人)至少用掉51g以上的苯酚晶體。《有機化學基礎》中有三個單元涉及苯酚的實驗，按教學要求做這些實驗，每個班要至少消耗11g以上的苯酚晶體。這樣每個班共消耗62g苯酚晶體。若以我校20個平行班級做這些實驗，共計消耗1240g苯酚晶體。不僅實驗中師生要呼吸含有苯酚的空氣，這些含苯酚的殘液倒入下水道，還對環境造成污染。

在《實驗化學》專題3課題2亞硝酸鈉和食鹽的鑒別實驗中，反應中生成的氮的氧化物危害也很大。與舊教材相比，新課程增加了探究實驗，相應地就增加了有毒、有污染的實驗的次數和藥品用量。如用到苯的實驗，在《化學2》和《有機化學基礎》中共有8個，經統計每個班要消耗212mL苯。用到CCl₄的實驗，在《化學1》《化學2》和《實驗化學》中共有5個，經統計每個班要消耗150mL CCl₄。另外還用到甲苯、溴乙烷、液溴、丙酮、氯化鈷、醋酸鉛、碘化鉛等對師生身體有害、給環境帶來污染的試劑。

針對這種情況，我們的做法是，一方面，在繼承傳統實驗的前提下，對實驗進行改進，達到綠色化學實驗的要求，如蘇教版高中化學教材41頁[觀察與思考]中的氯氣漂白實驗(實驗內容：分別將干燥和濕潤的有色布條放入兩瓶干燥氯氣中，觀察現象)。此實驗準備時間長，尤其是3-4個班連續上課的教師準備工作負擔更重；實驗重復性差，綜合性不強；環保性差，藥品用量大，實驗效益低。我們采用了寧波市第三中學徐玲玲老師將氯氣的制備裝置和漂白實驗裝置組合在一起的方法，就能有效地解決這個弊端，如右圖所示。實驗步驟：

(1)在廣口瓶下層鋪少許Ca(OH)₂，中間放1個盛有KMnO₄固體的平底小試管。

(2)在一張紅紙上用水畫一個小圈放人廣口瓶，塞緊帶有滴管(濃鹽酸)的瓶塞。

(3)將濃鹽酸滴加到KMn O₄中，觀察現象。

該實驗裝置組裝簡便，密封性能好，很環保。實驗易操作(只需要擠在滴管)，又適合重復多次操作。現象明顯，當濃HCI滴加到KMnO₄時，立即產生黃綠色氣體，干紅紙沒有褪色，而有水濕潤的小圈褪色了。整套裝置包含C12的發生、CI₂與H₂O反應、HCIO漂白、CI₂尾氣吸收等裝置，屬于簡約環保的綜合性實驗，演示實驗和學生實驗均適宜，有很好的實驗效益，也可取1細小長條的泡沫，用小刀割成小縫，依次將浸有KI溶液、NaBr溶液的濾紙條和濕潤的Ⅺ淀粉試紙鑲嵌在其中，整體放入廣口瓶，實驗的綜合性更強，效益更高。

中學化學常涉及氣體多性質探究，如CI₂、SO₂、H₂S、NO、NO₂、C₂H₂、C₂H₄等。用常規實驗相對來說存在著藥品用量大、時間長、操作過程中易產生污染，而且實驗完畢需要處理大量廢物等弊端。我們采用了瑞安中學劉文君老師的方法：用生活中裝洋丸或草珊瑚含片的透明真空硬塑板制成井穴板，將這些實驗改為微型實驗，能有效地克服這些弊病。

如下圖所示的裝置，是用藥穴板設計成的SO₂氣體的多性質反應器。可制取SO₂，并探究SO₂的水溶性、漂白性、還原性、氧化性，實驗時間短，用藥省，無污染，效果明顯。

實驗證明，用藥穴板做課本中的下列實驗，同樣簡約，效果明顯。

(1)氯、溴、碘的性質比較，氯離子的檢驗。

(2)同周期、同主族元素性質的遞變。

(3)硫酸根離子的檢驗。

(4)鎂、鋁化合物的性質。

(5)NHa與濃HCl、濃HN₃、濃H₂SO₄反應現象比較。

如果沒有條件改進，也可以適時適度地用多媒體代替其中的某些實驗，如我們在《有機化學反應原理》“溴苯的制取”實驗中，考慮到本實驗中苯和溴的毒性、學生的安全及對環境的污染等因素，我們對這個實驗過程全程錄像，并在進行“溴苯的制取”教學時，讓學生觀看錄像。

問題與思考

通過實踐我們認為，多媒體實驗教學有許多優點：改變了傳統實驗教學的觀念，利用多媒體等現代教學手段，增大實驗的可視性、可聽性、直觀性，加大動態感，化抽象為具體，化平淡為生動，營造實驗教學的活躍氣氛；應用多媒體教學，能調動學生參與實驗操作的積極性，CAI課件有聲有色的實驗教學能調動學生動手操作的興趣，動手操作的結果又能使學生實現從感性認識向理性認識的飛躍：應用多媒體教學，優化實驗教學過程；有利于實驗教學的信息反饋，學生可以通過CAI軟件和實驗指導書來理解實驗原理，掌握實驗操作步驟、技巧，深入分析實驗問題；有利于糾正學生實驗中存在的問題。使學生的實驗技能得以鞏固和提高；危險實驗應利用多媒體演示；微觀的實驗應利用多媒體演示；反應緩慢的實驗應利用多媒體演示。

雖然現代教育技術在化學實驗教學中有現象明顯、實驗時間短、效率高之優勢，使原本豐富多彩的化學實驗如虎添翼，增強了學生學習化學知識的興趣。但學生缺乏體驗，學生的觀察能力、動手能力、分析能力和團結協作能力等難以得到良好的培養。多媒體只能是輔助教學，只能作為化學實驗的補充和延伸。不能完全代替傳統化學實驗操作。過多地使用多媒體課件進行實驗教學，會使學生缺少失敗的經歷，缺少挫折的感受，缺少從失敗中尋找原因的毅力，缺少克服困難而取得成功的體驗，不利于鍛煉和提高學生的心理素質。因此，要小心處理好多媒體實驗和實驗操作的關系，在運用多媒體技術的道路中。需要我們一步一個腳印地探索，只有將先進的多媒體教學手段同化學實驗、教學工作巧妙地結合起來，才能相得益彰，才能取得最佳的教學效果。

通過實踐，我們也深深地體會到，教材中有些實驗設計本身與中學教學實際脫節，建議刪去或改進有關實驗。如化學1中12頁的[實驗2]Fe(On)₃凈水效果不明顯、化學1中50頁的活動與探究中的[實驗4]熱Na₂CO₃溶液去污實驗，實驗現象不明顯、化學1中65頁的觀察與思考欄目實驗現象顏色變化不明顯，《實驗化學》專題3課題2亞硝酸鈉和食鹽的鑒別實驗課題，它們不僅對環境造成污染，而且課題介紹的方法不能用于鑒別亞硝酸鈉和加碘食鹽，因為加碘食鹽中含有具有強氧化性的KClO₃。對實驗造成干擾。這些實驗建議刪去。化學1中43頁的活動與探究：用氯水置換出溴和碘，然后用ccl₄萃取實驗，因為是學生實驗，雖然每個學生CCl₄用量不大，但全校CCl₄總用量較大，加上溴水毒性大，所以對師生危害不小，對環境也有危害，應改為觀察與思考(演示實驗)。化學1中17頁的觀察與思考：溴水易揮發，污染大，毒性強，現象不明顯，建議改為不揮發、毒性小，現象明顯的碘水。

模塊設置下的新課程教學，問題的確很多，特別是化學實驗教學中新的問題更是層出不窮，需要化學教育工作者和化學課程開發者的共同努力，探尋現代教育技術與傳統化學實驗有效融合，提高課堂教學效率，這是一個永恒的話題，我們會一如既往地關注著，實踐著。