高中部分化學(xué)實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新簡述

熊曉君 單豪健 張月梅

摘 要 化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，在教學(xué)過程中，優(yōu)化和改進(jìn)化學(xué)實驗的藥品、裝置或者方法等，將最直觀、最科學(xué)的展現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科的特色，使學(xué)生能夠及時全面的掌握新課程標(biāo)準(zhǔn)所提出的教學(xué)目標(biāo)和評價目標(biāo)。因此本文主要針對其改進(jìn)的原則簡單闡述，指出高中部分化學(xué)實驗存在的不足和一些改進(jìn)與創(chuàng)新設(shè)計，以圖為以后的教學(xué)者提供一定的參考資料。

關(guān)鍵詞 高中化學(xué) 實驗 改進(jìn) 創(chuàng)新

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.057

Brief Introduction of Improvement and Innovation

of Some Chemical Experiments in High School

XIONG Xiaojun， SHAN Haojian， ZHANG Yuemei

（School of Chemistry and Environmental Science， Yili Normal University， Yining， Xinjiang 835000）

Abstract Chemistry is a natural subject based on experiment. In the teaching process， the pharmaceutical device or method of chemical experiment should be optimized and improved to show the characteristics of chemical subject in the most intuitive and scientific way， so that students can master the teaching objectives and evaluation objectives proposed by the new curriculum standards in a timely and comprehensive manner. Therefore， this paper is mainly aimed at its improvement principles， pointing out the shortcomings of some high school chemical experiments and some improvement and innovative design， so as to provide some reference materials for future teachers.

Keywords high school chemistry； experiment； improvement； innovation

為了有效地解決教師在教學(xué)過程中對實驗操作有效的處理，本文對高中化學(xué)實驗進(jìn)行改進(jìn)，使改進(jìn)后的實驗更加容易操作，節(jié)約藥品，綠色環(huán)保。

1 高中化學(xué)實驗改進(jìn)原則

1.1 安全性原則

在實驗室中保證師生的安全是第一要務(wù)，安全性原則要求教師在進(jìn)行實驗的過程中必須確保學(xué)生的人身安全，防止有毒有害物質(zhì)對學(xué)生的傷害。這就要求教師在帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入實驗室或者在教室中進(jìn)行演示實驗前，都應(yīng)該明確地闡述實驗的注意事項，以盡可能的避免的化學(xué)傷害。例如人教版高中化學(xué)必修1中涉及到的“黑面包”實驗，藥品濃硫酸的處理不當(dāng)，就極易危害教師和學(xué)生的身體健康。所以，應(yīng)該在簡化操作和降低污染的基礎(chǔ)上對教科書中的化學(xué)實驗進(jìn)行改進(jìn)，此外，還應(yīng)該主義提高改進(jìn)后實驗的安全性。[1]

1.2 科學(xué)性原則

2017年版的普通高中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)提出，化學(xué)核心素養(yǎng)倡導(dǎo)證據(jù)推理與模型認(rèn)知，科學(xué)探究與創(chuàng)新意識，[2]就使得學(xué)生在進(jìn)行化學(xué)實驗的過程中學(xué)習(xí)科學(xué)方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度及思維習(xí)慣。化學(xué)是一門實驗科學(xué)，就實驗的目的而言，它既可以對已有的概念、原理、結(jié)論進(jìn)行直觀性驗證，又可對未知的知識或問題進(jìn)行探索和研究。[3]在演示實驗改進(jìn)過程中，最重要的原則就是要將實驗設(shè)計建立在科學(xué)性的基礎(chǔ)上，不能和己經(jīng)經(jīng)過實踐檢驗的科學(xué)概念、原理和定義相矛盾，必須做到實驗原理、實驗方案和實驗操作等都科學(xué)合理，因此科學(xué)性原則是化學(xué)實驗改進(jìn)的基本原則之一。

1.3 簡約性原則

簡約性是指在不違反科學(xué)性原則的前提下，我們采用選取更合理的實驗方案、更簡單的實驗裝置、更簡約的實驗步驟等，占用較短的時間來完成實驗。[4]這樣在很大的程度上可以避免因?qū)嶒炑b置過于復(fù)雜等因素影響學(xué)生的注意力，同時也能充分利用課堂教學(xué)時間，充分提高學(xué)生的課堂效率，讓他們在最集中精力的時間內(nèi)進(jìn)行高效的學(xué)習(xí)。

1.4 趣味性原則

新課程強(qiáng)調(diào)在教學(xué)活動中教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體者。然而如何能夠讓學(xué)生很好地發(fā)揮其主體作用，最重要的一點就是教師組織的課堂能夠調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的強(qiáng)烈興趣。[5]所以在進(jìn)行實驗改進(jìn)時，需要考慮設(shè)計的實驗是否具有趣味性，是否能激發(fā)學(xué)生的探究欲望，使化學(xué)實驗由枯燥乏味的課本文字轉(zhuǎn)化為生動有趣的直觀的具體現(xiàn)象等。

1.5 直觀性原則

眾多學(xué)者之所以會對化學(xué)實驗進(jìn)行改進(jìn)，就是希望通過獨特的方式方法使實驗現(xiàn)象更加明顯，使學(xué)生通過實際操作中所觀察到的實驗現(xiàn)象增強(qiáng)對課本中復(fù)雜反應(yīng)原理的理解，得到正確的實驗結(jié)論，即直觀性原則是檢驗化學(xué)實驗是否成功改進(jìn)的重要標(biāo)志之一。[6]

1.6 綠色化原則

綠色化學(xué)思想一直都是當(dāng)前國際上所呼吁和提倡的，我們應(yīng)該將綠色化學(xué)的思想貫穿于化學(xué)實驗教學(xué)的始終，使它成為中學(xué)化學(xué)實驗改進(jìn)的一個重要組成部分，這樣才能使學(xué)生在進(jìn)行化學(xué)實驗的過程中了解綠色化學(xué)，樹立起綠色意識，養(yǎng)成關(guān)心、熱愛、保護(hù)環(huán)境的好習(xí)慣。[7]

2 高中部分化學(xué)實驗存在的不足

實驗是研究化學(xué)的基本途徑，實驗教學(xué)的水平在一定程度上體現(xiàn)著化學(xué)教育的質(zhì)量，但是當(dāng)前實驗教學(xué)過程中存在以下不足：

2.1 缺乏創(chuàng)新意識，被教材所束縛

當(dāng)今針對化學(xué)實驗方面的教學(xué)都是依據(jù)教材進(jìn)行，無論由教師示范的演示實驗還是學(xué)生親自動手操作的探究性實驗都是完全依據(jù)教材安排來操作的，教師基本不會對教科書中設(shè)計的實驗方法進(jìn)行改動，而學(xué)生由于知識程度所限更不會自己設(shè)計實驗。對于一些缺乏儀器藥品的學(xué)校來說，如果完全按照教材中的實驗設(shè)計進(jìn)行實驗，就會有部分實驗難以為學(xué)生展示。這就說明當(dāng)前教學(xué)中大部分師生缺乏創(chuàng)新意識，學(xué)生的探究能力與創(chuàng)新能力嚴(yán)重受到限制，致使化學(xué)核心素養(yǎng)中的思想難以體現(xiàn)。

2.2 實驗教學(xué)不重視綠色化和簡約化

關(guān)于一些對環(huán)境有污染、對師生身體有害的實驗，例如有毒氣體參加或生成的實驗，大部分教師只是利用多媒體設(shè)備播放或者直接照搬課本實驗流程在黑板上講述實驗，只有極少數(shù)教師會對實驗進(jìn)行改進(jìn)，使實驗更綠色化、簡約化。

2.3 實驗儀器與操作復(fù)雜

查看課本可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的實驗，裝置復(fù)雜，儀器過多，容易分散學(xué)生的注意力，不利于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象和分析實驗現(xiàn)象，達(dá)不到實驗預(yù)想的目的。同時由于實驗的時間問題，將嚴(yán)重影響教師的操作過程，特別是有機(jī)化學(xué)反應(yīng)實驗，有些甚至需要幾天時間，這樣就影響了學(xué)生的觀察。

3 高中部分實驗改進(jìn)創(chuàng)新

3.1 對實驗裝置的改進(jìn)與創(chuàng)新

關(guān)于硫酸亞鐵銨的制備實驗，曾有學(xué)者在原有的實驗裝置上增加了分液漏斗，通過滴加蒸餾水來補(bǔ)加散失的水分，防止發(fā)生手動加水時出現(xiàn)有毒氣體溢出的現(xiàn)象，減少了實驗過程中有毒氣體對環(huán)境的污染。同時在錐形瓶和吸收瓶之間增加了安全瓶，能夠有效的防止吸收液發(fā)生倒吸，進(jìn)入錐形瓶中污染產(chǎn)物。[8]

王玉蘭[9]將新型過濾裝置應(yīng)用于肥皂的制作過程中，發(fā)現(xiàn)與普通漏斗過濾裝置和循環(huán)水真空泵過濾相比，新型過濾器過濾所用時間是上述兩種裝置類型的五分之一和三分之一，產(chǎn)率高。該裝置具有簡單，易操作，不易出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，過濾后濾紙容易取出等優(yōu)點，在日常的教學(xué)活動中若采用這樣的裝置，在有限的時間內(nèi)就可以完成實驗，且實驗效果明顯，能更好的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

針對該教科書中用鎂條引燃產(chǎn)生光污染，實驗過程中熔融物飛濺等問題，但世輝、李斌[10]兩位老師在實驗裝置方面采用了全封閉式一體化設(shè)計，在引燃方式上用在高錳酸鉀滴入甘油的引燃方法代替鎂條引燃的方法，鋁熱劑的配比為4：1，降低鋁粉的含量。經(jīng)過改進(jìn)以后，學(xué)生可以透過硬質(zhì)試管明顯的觀察到鋁熱反應(yīng)自上而下的紅熱現(xiàn)象，避免了鎂條燃燒所產(chǎn)生的光污染并且提高了引燃成功率。

3.2 對實驗藥品的替代與改進(jìn)

曹宇[11]等學(xué)者經(jīng)過多次實驗發(fā)現(xiàn)，若用乙醇水溶液來代替飽和食鹽水溶液，其反應(yīng)速率會降低很多，減少了大量泡沬產(chǎn)生，促使反應(yīng)速率會隨著乙醇水溶液中乙醇體積分?jǐn)?shù)人增大而降低。所以，采用乙醇與水比例為1：1的乙醇水溶液來做反應(yīng)物與電石反應(yīng)，從而降低氣體產(chǎn)生的速率，得到平穩(wěn)而純凈的乙炔氣體。該實驗現(xiàn)象明顯，學(xué)生操作也更加容易成功，符合直觀性原則和安全性原則。

對于化學(xué)必修1中的氯氣的制備實驗中，由于濃HCl和MnO2反應(yīng)加熱的時間較長，尾氣吸收容易泄露，影響師生健康和污染環(huán)境，大多數(shù)教師會選擇多媒體播放實驗視頻資料，不具有直觀性。有學(xué)者將原有的藥品用KMnO4和濃HCl代替原反應(yīng)，替代之后，無需加熱，縮短了反應(yīng)時間，為防止尾氣沒有全被NaOH吸收，將燒杯換成了錐形瓶。[12]

3.3 對實驗方法的改進(jìn)與創(chuàng)新

化學(xué)必修1課本中的噴泉實驗首先要擠壓右邊的膠頭滴管，使少量水進(jìn)入燒瓶中，此時部分氨氣溶于水，導(dǎo)致燒瓶中的壓強(qiáng)減小，產(chǎn)生壓強(qiáng)差，再打開左邊的止水夾，以引發(fā)噴泉，這樣操作起來比較麻煩。所以研究者[13]在改進(jìn)時考慮到氨氣極易溶于水的特性，將氨氣的收集裝置和噴泉的引發(fā)裝置合二為一，使氨氣直接與水接觸，自動引發(fā)噴泉，，避免實驗過程中形成倒吸。

同時課本中對于氨和氯化氫的反應(yīng)利用兩支玻璃棒直接蘸取濃氨水和濃鹽酸并相互靠近，學(xué)生觀察到的現(xiàn)象并不是很明顯，并且揮發(fā)的氣體擴(kuò)散到空氣中產(chǎn)生污染，不符合綠色化學(xué)的思想。所以在操作時，將反應(yīng)環(huán)境改為在封閉的青霉素瓶內(nèi)進(jìn)行，就可以避免空氣污染，根據(jù)酸堿中和反應(yīng)原理，利用濃鹽酸來中和產(chǎn)生的氨氣和多余的氯化氫，極大限度地解決了尾氣處理的問題。

4 結(jié)論

高中部分化學(xué)實驗的改進(jìn)與創(chuàng)新促使教師更新教育理念，改變化學(xué)實驗教學(xué)的方法于策略，克服重視教學(xué)結(jié)果，輕視教學(xué)過程；打破重灌輸輕參與、重機(jī)械模仿訓(xùn)練、輕科學(xué)方法指導(dǎo)等弊端。對學(xué)生而言，有利于改變其學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)技術(shù)意識和環(huán)境保護(hù)意識，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，促使學(xué)生成為社會真正需要的與時俱進(jìn)的人才。

參考文獻(xiàn)

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