高中化學實驗設計及其創新策略分析

劉宏偉

摘 要：隨著我國教育體制改革的穩步推進以及現代教育理念的深入推廣，培養學生創新實踐能力已經成為各級教育工作的主要教育目標。對于高中化學實驗教學來說，鑒于以往教學過程普遍存在的教學方法單一、教學形式落后等現象，如何結合化學實驗設計策略提高實驗教學的有效性，是當前化學實驗教學創新發展面臨的主要問題。對此，教學中要利用實驗的教育功能，并對教材中現有的實驗進行不斷地整合、改造和創新設計，讓化學實驗充分展現它的生命和活力，從而保持其在化學教學中的獨特魅力，是我們化學教育工作者應該努力研究和解決的問題之一。

關鍵詞：高中化學;實驗設計;實驗創新

我國著名化學家戴安邦先生曾經說過：“化學實驗室應該是學生學習的最有效和收獲最豐富的場所，培養化學科學素質，不僅要傳授知識，最重要的是發展學生的智力。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。上述全部質量因素在化學實驗教學中皆能得到一定的訓練，而且非智力因素也有所增長。”由此可見實驗在化學教學中的重要性，然而是否是所有的化學教育工作者都重視實驗的教育功能呢？答案是否定的！對于化學實驗的設計和創新視角而言，由于研究者所處的環境和研究水平的差異，提法有所不同。有的提出“依標務本”“開放性探究”“聯系實際”“簡約易成”“安全環保”的改進原則;有的提出“直觀性、安全性、簡易化、科學性”的優化原則等等[1]。然而筆者認為實驗設計和創新可以從以下“三化”來進行，即：生活化、生態化、靈活化。

一、實驗設計和創新生活化

所謂化學實驗創新的生活化是指學生走出實驗室，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實驗以達到減弱或消除課堂或學校因實驗條件的限制所帶來的弊端，特別是對于欠發達地區或者農村學校尤為適用。

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，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.結束反應時，先關閉活塞K，再停止加熱

D.裝置Q（啟普發生器）也可用于二氧化錳與濃鹽酸反應制備氯氣

該實驗題考查了有關啟普發生器的知識，啟普發生器本來應該是九年級化學學習二氧化碳或者氫氣的制取和性質實驗中要提及的，然而筆者用這道題問了當時所教的高一年學生，結果很多學生反映說根本沒見過這儀器。于是筆者展示了啟普發生器的構造并就其使用注意事項和制氣原理講解給學生聽，為了讓學生能更直觀深切地體會這個儀器，課后筆者還布置給學生一個任務：根據啟普發生器的原理回家用一些生活用品來自制簡易版的啟普發生器。于是就有同學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;醫療輸液管做開關控制器;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生器的感性認識。

以下是班上學生根據作業要求回家自制的其中一種簡易啟普發生器：

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、合理地應用到化學實驗中不但節約了實驗成本，提高了實驗效率，還培養了學生關注生活、變廢為寶的思想，增強了學生動手動腦的能力，更有助于提高學生化學學習的積極性。

二、實驗設計和創新生態化

化學給大眾潛意識的印象是：有毒、爆炸、危險！因此化學實驗對于很多學生來說既是充滿好奇的，又是讓他們心生畏懼的。不僅是學生，很多化學教育工作者也大多會以為了學生和自身的安全為借口，對那些實驗過程中需用到（或產生）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新生態化不僅僅是指節約藥品和環保意識，還包括如何在以能達到相同教學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，或者更優化的實驗設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實驗的畏懼感。

在新課程標準中初高中教科書在實驗內容的選擇與編排上盡管充分考慮了易教易學，并盡量使實驗內容相對系統。但教學實踐中，依然存在某些實驗在不同學段、不同模塊、不同主題或單元重復出現的跡象，這不可避免會造成一些實驗要重復做、一些實驗的過程要反復出現[2]，由此帶來的不僅僅是資源浪費和環境污染，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，筆者認為我們化學教育工作者可發揮主觀能動性，根據具體教學要求，系統規劃、整體設計實驗內容，在充分考慮學生的認知基礎和技能水平的基礎上，將那些有一定關聯度但卻零散的、分散的化學實驗整合或串聯在一起，使之系列化并力求簡約，以此實現實驗設計和創新的生態化。

三、注重探究性實驗

新課程背景下，高中化學教學也應改變過去一刀切的灌輸知識方法，無論在教材還是教學方法上都要出現適當的“留白”，對部分實驗現象、實驗規律和實驗結果敘述不要追求完整，而是設計一些問題，學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，學生會積極地參與到問題的設置、問題的沖突和解決上，是學生獨立思考性的集中體現，引導學生將觀察實驗、理性思維和創作實驗結合起來。

正如本次教學設計的探究型實驗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教材中驗證性實驗仍舊占據較大比重，因此教師可以在教材實驗的基礎上進行挖掘，將驗證性實驗變成探究型實驗，發揮學生的主體地位，讓他們自己參與到創設問題、潛心研究和用心設計的過程中。在這個過程中，教師也可以鼓勵學生用新的科學方法和思維方法，從而增強他們的創新意識。

驗證性實驗解決的是知其然的問題，是學生從實驗過程中得到的感性經驗，而探究型實驗解決的是知其所以然的問題，是學生從實驗中獲取的理性經驗。在本次實驗中，學生通過探究型實驗2發現乙醇無法把碘從碘水中分離出來，而乙醇是可溶于水的，進而總結出萃取劑的選擇最關鍵的一個要素是萃取劑和原溶劑不能相溶，這就是學生通過探究實驗得出的理性規律。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。這是一個容易被學生忽略的知識點，而部分思維比較靈活的學生從這點提示中總結出：萃取劑對溶質的溶解度要遠遠大于原溶劑。這是學生從探究實驗中自行總結出的第二條萃取劑選取原則，學生自己觀察并總結出規律，就是一個創造性的理性思維過程。

總之，對高中化學實驗進行設計和創新是一個任重道遠的過程，它需要我們所有的化學教育工作者長期不斷地努力，才能使化學的魅力在學生的心目中璀璨不滅。

參考文獻

[1] 霍本斌，江宏.高中化學實驗創新的研究視角與優化策略[J].教學月刊·中學版（教學參考），2017（Z1）：96-100.

[2] 陸國志，谷偉健，王晶. 中學化學實驗綠色化的實踐途徑[J].教學與管理，2016（10）：69-71.