高中化学实验设计及其创新策略分析

刘宏伟

摘 要：随着我国教育体制改革的稳步推进以及现代教育理念的深入推广，培养学生创新实践能力已经成为各级教育工作的主要教育目标。对于高中化学实验教学来说，鉴于以往教学过程普遍存在的教学方法单一、教学形式落后等现象，如何结合化学实验设计策略提高实验教学的有效性，是当前化学实验教学创新发展面临的主要问题。对此，教学中要利用实验的教育功能，并对教材中现有的实验进行不断地整合、改造和创新设计，让化学实验充分展现它的生命和活力，从而保持其在化学教学中的独特魅力，是我们化学教育工作者应该努力研究和解决的问题之一。

关键词：高中化学;实验设计;实验创新

我国著名化学家戴安邦先生曾经说过：“化学实验室应该是学生学习的最有效和收获最丰富的场所，培养化学科学素质，不仅要传授知识，最重要的是发展学生的智力。智力因素包括动手、观测、查阅、记忆、思维、想象、表达七种能力，其中思维是智力因素的核心。上述全部质量因素在化学实验教学中皆能得到一定的训练，而且非智力因素也有所增长。”由此可见实验在化学教学中的重要性，然而是否是所有的化学教育工作者都重视实验的教育功能呢？答案是否定的！对于化学实验的设计和创新视角而言，由于研究者所處的环境和研究水平的差异，提法有所不同。有的提出“依标务本”“开放性探究”“联系实际”“简约易成”“安全环保”的改进原则;有的提出“直观性、安全性、简易化、科学性”的优化原则等等[1]。然而笔者认为实验设计和创新可以从以下“三化”来进行，即：生活化、生态化、灵活化。

一、实验设计和创新生活化

所谓化学实验创新的生活化是指学生走出实验室，放眼身边，利用日常生活中一些随处可见的、容易获取的资源来改进化学实验以达到减弱或消除课堂或学校因实验条件的限制所带来的弊端，特别是对于欠发达地区或者农村学校尤为适用。

例如：笔者印象非常深刻的是2017年新课标全国I卷理综选择题第十题：实验室用H2还原WO3制备金属W的装置如图所示（Zn粒中往往含有硫等杂质，焦性没食子酸溶液用于吸收少量氧气），下列说法正确的是（ ）

A.①、②、③中依次盛装KMnO4溶液、浓H2SO4、焦性没食子酸溶液

B.管式炉加热前，用试管在④处收集气体并点燃，通过声音判断气体浓度

C.结束反应时，先关闭活塞K，再停止加热

D.装置Q（启普发生器）也可用于二氧化锰与浓盐酸反应制备氯气

该实验题考查了有关启普发生器的知识，启普发生器本来应该是九年级化学学习二氧化碳或者氢气的制取和性质实验中要提及的，然而笔者用这道题问了当时所教的高一年学生，结果很多学生反映说根本没见过这仪器。于是笔者展示了启普发生器的构造并就其使用注意事项和制气原理讲解给学生听，为了让学生能更直观深切地体会这个仪器，课后笔者还布置给学生一个任务：根据启普发生器的原理回家用一些生活用品来自制简易版的启普发生器。于是就有同学回家利用废弃的塑料瓶做容器;废弃的注射器上端去掉活塞，下端用万能胶粘上吸管做漏斗;医疗输液管做开关控制器;剪下的另一个塑料瓶底扎几个洞做隔板等等自制了多种简化版的启普发生器，并用食醋和蛋壳做实验制取二氧化碳气体，进一步加深了对启普发生器的感性认识。

以下是班上学生根据作业要求回家自制的其中一种简易启普发生器：

当然，在日常生活中可替代实验室的某些仪器或药品的资源还有很多，比如旧电池、铁钉、铜线、洁厕剂、食盐、维生素C片等等。而将生活用品、废品灵活、合理地应用到化学实验中不但节约了实验成本，提高了实验效率，还培养了学生关注生活、变废为宝的思想，增强了学生动手动脑的能力，更有助于提高学生化学学习的积极性。

二、实验设计和创新生态化

化学给大众潜意识的印象是：有毒、爆炸、危险！因此化学实验对于很多学生来说既是充满好奇的，又是让他们心生畏惧的。不仅是学生，很多化学教育工作者也大多会以为了学生和自身的安全为借口，对那些实验过程中需用到（或产生）易腐蚀、易燃易爆或有毒的、刺激性气味气体（如Cl2、NOx、SO2等）的实验往往采取能省则省的方式，常以口述、笔画、比划或者观看视频的形式代替学生的动手实验或者教师的演示实验。因此笔者所谓的实验创新生态化不仅仅是指节约药品和环保意识，还包括如何在以能达到相同教学目的的前提下用更低腐蚀、更安全的药品来替代教材中所列的实验药品，或者更优化的实验设计以尽可能减少刺激性气味气体或有毒气体的排放来降低师生对此类化学实验的畏惧感。

在新课程标准中初高中教科书在实验内容的选择与编排上尽管充分考虑了易教易学，并盡量使实验内容相对系统。但教学实践中，依然存在某些实验在不同学段、不同模块、不同主题或单元重复出现的迹象，这不可避免会造成一些实验要重复做、一些实验的过程要反复出现[2]，由此带来的不仅仅是资源浪费和环境污染，特别是有些有污染性的实验也会让师生感到厌烦和抗拒。因此，笔者认为我们化学教育工作者可发挥主观能动性，根据具体教学要求，系统规划、整体设计实验内容，在充分考虑学生的认知基础和技能水平的基础上，将那些有一定关联度但却零散的、分散的化学实验整合或串联在一起，使之系列化并力求简约，以此实现实验设计和创新的生态化。

三、注重探究性实验

新课程背景下，高中化学教学也应改变过去一刀切的灌输知识方法，无论在教材还是教学方法上都要出现适当的“留白”，对部分实验现象、实验规律和实验结果叙述不要追求完整，而是设计一些问题，学生在实验观察的过程中会不自觉地思考这些问题并尝试作答，当他们答不出来的时候就会想到通过新的实验来获取答案，这就是探究型实验的衍生过程。

在这个过程中，学生会积极地参与到问题的设置、问题的冲突和解决上，是学生独立思考性的集中体现，引导学生将观察实验、理性思维和创作实验结合起来。

正如本次教学设计的探究型实验1和2，两次实验都不是笔者提出的，而是在笔者提出问题后，学生很难回答出来，因此他们自己想到通过实验来解决问题。当然在当下的高中化学教材中验证性实验仍旧占据较大比重，因此教师可以在教材实验的基础上进行挖掘，将验证性实验变成探究型实验，发挥学生的主体地位，让他们自己参与到创设问题、潜心研究和用心设计的过程中。在这个过程中，教师也可以鼓励学生用新的科学方法和思维方法，从而增强他们的创新意识。

验证性实验解决的是知其然的问题，是学生从实验过程中得到的感性经验，而探究型实验解决的是知其所以然的问题，是学生从实验中获取的理性经验。在本次实验中，学生通过探究型实验2发现乙醇无法把碘从碘水中分离出来，而乙醇是可溶于水的，进而总结出萃取剂的选择最关键的一个要素是萃取剂和原溶剂不能相溶，这就是学生通过探究实验得出的理性规律。其实在探究实验1中，笔者给出过一个实验原理：温度为25°C时，碘在水中的溶解度为0.034g，在CCl4中的溶解度是2.9g。这是一个容易被学生忽略的知识点，而部分思维比较灵活的学生从这点提示中总结出：萃取剂对溶质的溶解度要远远大于原溶剂。这是学生从探究实验中自行总结出的第二条萃取剂选取原则，学生自己观察并总结出规律，就是一个创造性的理性思维过程。

总之，对高中化学实验进行设计和创新是一个任重道远的过程，它需要我们所有的化学教育工作者长期不断地努力，才能使化学的魅力在学生的心目中璀璨不灭。

参考文献

[1] 霍本斌，江宏.高中化学实验创新的研究视角与优化策略[J].教学月刊·中学版（教学参考），2017（Z1）：96-100.

[2] 陆国志，谷伟健，王晶. 中学化学实验绿色化的实践途径[J].教学与管理，2016（10）：69-71.