创新设计实验　呈现奇妙化学——沪教版初中化学实验创新视角初探

朱清勇

（仪征市实验中学东区校　江苏扬州　211400）



创新设计实验呈现奇妙化学——沪教版初中化学实验创新视角初探

朱清勇

（仪征市实验中学东区校江苏扬州211400）

摘要：创新设计的化学实验是初中化学实验教学的重要组成部分，创新设计的实验对于初中生在化学学习中提高科学素养，促进自身全面发展尤为重要。作者对初中化学实验创新设计进行积极尝试：实验内容趣味化和生活化、实验器材简约化和微型化、实验过程创新化和探究化、实验设计系列化和绿色化，以期能给义务教育阶段的学生充分展示奇妙的化学世界。

关键词：化学实验；创新设计；奇妙的化学

一、问题的提出

从2015江苏省高考考生的选修科目来看，理科物生组合考生数最多，物化组合排第二位。很多初中生经过初三化学学习后对化学学习的兴趣正在逐渐降低，甚至有好多学生进入高中后放弃选修化学。义务教育化学课程标准（2011版）明确指出：“义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，使每一个学生以愉快的心情去学习生动有趣的化学，激励学生积极探究化学变化的奥秘，增强学生学习化学的兴趣和学好化学的信心，培养学生终身学习的意识和能力；引导学生体验科学探究的过程，学习科学方法，在“做科学”的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力，全面提高学生的科学素养，促进学生得到全方位的发展”。好奇心是科学研究的原动力，是创新人才最重要的素质。居里夫人在一个简陋的棚房中重复枯燥的提纯工作，历时四年终于找到了新元素镭和钋。其实就缘于对贝克勒尔射线强烈的好奇心。如何培养和保持初中生对化学的好奇心或兴趣呢?一是让学生有机会观察到丰富多彩的化学实验现象和亲手做实验。通过创新设计实验培养初中生对化学的兴趣，促进学生找到内在的原动力是每个化学教师的终身追求。好的学校都重视教学实验课和实验设施，这些正是目前很多义务教育阶段学校最欠缺的。二是合适的实验教学方法。对化学的好奇心和兴趣是可以在课堂实验教学中被引发出来，而这些是决定人的一生发展的。因此课堂实验教学永远是化学学科教学的中心环节，应该让最具有创新实验能力的教师来讲课。他们不仅对所讲的知识有深刻的了解，而且更善于用学生感兴趣的奇妙的化学实验呈现出来，让学生终生难忘。

二、实验内容趣味化和生活化

1.化学实验的趣味化

化学实验具有良好的学习动机，可以激发学生的化学学习兴趣。化学教师如何利用新修订的实验教科书中趣味实验、家庭小实验等新的化学实验形式，增加化学实验的趣味性，是个值得关注和研究的问题。

图1

趣味化实验是指以生动、新奇的实验现象来激发学生兴趣的一类实验。例如“大象的牙膏”。主要器皿：1000 mL量筒、100mL烧杯、水槽；实验步骤：取一支1000 mL量筒放入水槽中，先往量筒中5mL洗手液，再用两只烧杯注入30%过氧化氢和饱和KI溶液各50 mL。观察实验现象：瞬间变黄并产生大量的气泡并如牙膏般喷涌而出，大量泡沫快速溢出并变白色，犹如给大象刷牙时所挤出的牙膏，“大象的牙膏”恰如其名（如图1）。这个实验现象很有震撼力，学生在惊叹中最想知道如此奇妙的化学实验是怎么产生的?奥秘是什么?沪教版的实验教科书中的空瓶生烟、面粉爆炸实验、黑面包实验、鸡蛋壳和醋酸的反应，指示剂的制作、叶脉书签的制作都可以开发成趣味化的实验，根据是实验教学需要还可开发魔棒点灯、铁树开花、烧不坏的手帕、“水火相容”、可乐喷泉实验等。使化学实验成为展现奇妙的化学最重要的推手。

2.化学实验的生活化

把新课程理念“面向全体学生的化学”落实到化学实验教学中，就要求化学实验内容要贴近生活、贴近社会，使学生学习有用的化学。

化学教师应首选学生身边的化学物质和化学变化作为实验素材。以学生身边常见的化学作为实验素材，可以使学生有一种亲切感，体会到化学就在身边它并不神秘，这有利于调动学生的学习积极性和激发他们进行实验探究的兴趣。例如：笔者以生活中一次性纸杯为例，介绍其在“燃烧与灭火”课题中的一个创新实验。情境创设：教师将一只一次性纸杯放在实验桌上，向其中装入的水（如图2），在其杯子上口沿处用火柴点燃。设问思考：随着纸杯的不断燃烧，杯中水能流出吗?请解释为什么?现象：一次性纸杯开始剧烈燃烧，接近水面时燃烧变弱最终熄灭，水一滴也未流出。解释：纸杯具有可燃性，纸杯的着火点约183℃，点燃后能燃烧，接近水面时，冷水使纸杯的温度降至着火点以下，纸杯不能再燃烧而熄灭，水就自然不会流出。

图2

沪教版中灼烧葡萄糖砂糖和面粉、铁钉锈蚀实验、食用油和洗洁精在水中的分散情况实验、常见生活用品其溶液的酸碱性实验、氯化钠溶液的配制实验、用碘水检验马铃薯芋头面包等食物中淀粉的实验、聚乙烯和聚氯乙烯的燃烧实验、各种纤维的燃烧和酸碱腐蚀实验等。这些实验所涉及的实验素材，都是学生身边常见的。利于学生注意身边的化学现象学以致用。

总之，趣味化、生活化的实验内容丰富了化学实验资源，增添了实验创新的结合点，直观明显的实验现象，能给学生深刻的记忆，有助于激发学生的学习激情。

三、实验器材简约化和微型化

实验器材主要包括实验仪器和药品，而这里的简约化和微型化对仪器是指数量、体积、繁简状况等，对于药品主要指用量、来源、成本等方面。

1.化学实验器材简约化

通常教学实验时，课前化学教师先要把相关实验器材从化学实验室拿到办公室，上课时再从办公室转移到教室。若实验器材过于繁杂，对化学教师就不够便捷。只有让化学实验器材轻装上阵简约化，化学教师才会更情愿去完成实验教学。比如沪教版下册中和反应探究实验中，完全可以用试管代替烧杯，振荡试管代替玻璃棒搅拌，这样既节约药品，也将化学实验简约化。

2.化学实验器材微型化

微型化实验就是以尽可能少的化学试剂来获取所需化学信息的实验方法与技术。化学实验器材微型化不仅节约化学试剂，而且可以达到现象明显、安全便捷、减少污染和利于开展学生分组实验的效果。如上教版在“构成物质的基本微粒”的学习中，在氨分子的扩散实验中，课本中用大烧杯罩住两只分别装有酚酞试液和3-5mL浓氨水的小烧杯。学生在进行分组实验探究时，挥发的氨气刺激性气味很大，全班浓氨水的用量近50mL污染严重。微型化改进后的实验（图3）用截去上部的矿泉水瓶代替大烧杯、装Vc银翘片废弃胶囊盒（或阿莫西林胶囊空塑料面板）滴5滴蒸馏水加1滴酚酞试液和5滴浓氨水。学生分组实验的现象很明显，学生对浓氨水更有了真实的体验，可以感知到微观的氨气分子，而且全班浓氨水的用量降为3mL，保证了学生的身心健康。

图3

简约化和微型化的化学实验更利于开展学生分组探究实验，学生分组实验使每个学生都能参与实验，体验化学实验过程，收获实验成果的体验。简约化和微型化的学生分组实验更利于激发学生探索的积极性，加深对知识的理解，的确是一举多得。

四、实验过程创新化和探究化

初中化学教师在课堂教学中，要善于发挥演示实验创新、示范和分组实验探索、实践的教育功能，为初中化学教学提供有力的支撑，真实展现奇妙的化学世界。例如：新修订的沪教版初三化学教材上册P48安排了纯净氢气的燃烧实验，观察其火焰颜色并检验其产物，但玻璃导管无法观察出氢气真正的火焰颜色；P96拓展介绍了常见气体氢气的爆炸极限和为何要验纯；P117由金属锌和酸置换产生氢气联想与启示要求设计氢气的实验室制法；下册教材P97详细介绍了氢能，氢能源作为绿色能源的优势、开发利用的难度和前景都是重要知识点。我在初三化学教学中利用生活用品：充电式电蚊拍、聚乙烯保鲜袋、电子点火枪和医用不锈钢针头对氢气燃烧实验进行了创新化的系列探究设计，探究化的创新实验能够带给学生很多启发。完整实验过程：先用启普发生器制氢气。加入15g锌粒，再滴入2 mL硫酸铜溶液，向长颈漏斗中加入150mL 1：5的稀硫酸溶液，反应产生氢气。接着完成实验一：氢气的燃烧。用从尾部连接的干燥管吹氢气球，气泡变大时轻抖干燥管大口一端，气泡缓缓飘向空中后，用电蚊拍去拍气泡，观察到气泡燃烧形成一团黄色火球。学生能充分感受化学的神奇魅力。再完成实验二：氢气的爆炸实验。向从超市买的中号聚乙烯保鲜袋鼓入约体积的空气，接上长直导管开活塞通入气体20秒，关闭活塞取出导管后，插入电子枪，胶带扎紧袋口用电子枪引爆混合气体。随着“砰”的一声，保鲜袋炸裂。效果非常震撼。最后完成实验三：氢气的验纯和纯净氢气在空气中的燃烧。验纯后将长直导管换成医用不锈钢针头，点燃通过不锈钢针头的氢气，可以观察到真正的淡蓝色火焰。

探究化的学生分组实验具有很强的体验性和实践性特点，探究化分组实验的实施能让学生体验实验的探索过程，养成科学探究的基本素养。例如，氧气的实验室制取及其性质的分组实验。在实验室里学生自己动手组装过氧化氢溶液制氧气的装置，制、收、验、探，他们主动合作、积极体验过程，乐在其中。在此探究过程中，学生实践能力和综合素养得到极大的提升。

五、实验设计系列化和绿色化

目前绿色化学及其带来的产业革命正在全世界兴起。目前绿色化学主要研究的问题是：

（1）合成方法应具原子经济性。如果参加反应的分子中的原子100%都能转化成了产物实现零排放，就是理想的绿色化学反应。我们可以充分集成化学反应形成系列化反应，通过封闭循环实现零排放。

（2）尽量不使用和不产生对环境有害的物质，减少副产品，使用可再生的原料，在源头杜绝污染。

（3）生产工艺应尽量常态化、低能耗、高效催化快速化。

（4）采用超临界流体作溶剂减少有机化合物的排放。当温度和压力均在临界点（31.1℃和73.8个大气压）以上时超临界二氧化碳就是一种优良的溶剂，它无毒、不可燃、而且价廉。目前绿色化学研究的一个重点就是用无毒无害的液体代替挥发性有机物作溶剂。

初中化学实验设计系列化和绿色化正是体现绿色化学的理念本着减少污染努力向杜绝污染的方向发展，培养学生的科学素养和环保意识。例如实验室制氧气实验，旧教科书中通常是采用加热高锰酸钾或加热氯酸钾这两种方法来进行。高锰酸钾是通过焙烧二氧化锰和氢氧化钾制得锰酸钾，然后电解锰酸钾水溶液而制得；氯酸钾是通过电解氯化钠溶液制得氯酸钠，然后用氯酸钠跟氯化钾反应而制得。在生产高锰酸钾或氯酸钾的过程中，能耗大工艺复杂且有污染的副产物生成。而过氧化氢工业上主要采用2-乙基蒽醌法，先氢化后氧化制得，成本低且能耗小，原料可以重复再使用，因此实验室过氧化氢制氧气优势非常明显。过氧化氢分解反应产生氧气和对环境无污染的水，充分体现绿色化的特点，新修订的沪教版教科书主要学习加热高锰酸钾和过氧化氢分解反应来实验室制取氧气。我在指导学生做学生分组探究实验时，将教材上的高锰酸钾制氧改成了过氧化氢制氧气正是从节约和环保理念角度出发的。

我在做氧气的化学性质演示实验时，通常准备6%过氧化氢溶液和二氧化锰，仅仅使用一个集气瓶在课堂中现场制氧气、探究氧气的化学性质，集气瓶既是氧气发生器也是氧气收集器，并且能将氧气的性质实验木炭燃烧、蜡烛燃烧、铁丝燃烧、硫磺燃烧集成系列化。通过添加6%过氧化氢溶液完成系列氧气的性质实验，充分呈现奇妙的化学、精彩的化学。

新课标、新课改给教师的化学实验教学提出了新要求，也为教师创新设计化学实验提供了一个新的机遇。相信我们在新理念的指导下能够激发自身的活力，在实验教学中不断反思、不断创新，也一定会使学生在“做科学”的探究实践中向学会学习的最高目标迈进。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2012

［2］李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法［J］.化学教学，2013，（3）：65-68

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.026

文章编号：1008-0546（2016）02-0081-03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B