基于逆向思维的化学实验改进策略探讨

郑晓松

［摘 要］基于逆向思维的化学实验改进，有利于将实验简单化、易操作化，最终实现对实验的创新并达到良好的实验效果。文章基于理论研究与教学实践，概述逆向思维的定义及特点，提出基于逆向思维的化学实验改进策略，即“逆向思考药品顺序，使现象更鲜明”“逆向思考实验仪器，使判断更准确”“逆向思考实验环境，使操作更绿色”“逆向思考实验结论，使分析更简单”，为实验教学的持续性发展提供力量。

［关键词］逆向思维；化学实验；改进策略

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2022）20-0075-03

实验在化学中的地位不言而喻。虽然常规实验改革在不断深入，但常规思维下的实验改进仍然存在一些问题与不足，实验现象或效果往往不尽如人意。逆向思维，是指从常规思维相反的角度、过程出发去思考问题的思维方式。基于逆向思维的化学实验改进，有利于将实验简单化、易操作化，最终实现对实验的创新并达到良好的实验效果。本文立足逆向思维，利用逆向思维的“求异”特点，从实验药品、实验仪器、实验环境及实验结论四个方面进行实验改进，为实验教学的持续性发展提供力量。

一、逆向思维概述

（一）逆向思维的定义

思维指的是人脑对客观事物的本质属性与内在规律的概括的、间接的反映。逆向思维在本质上是一种求异思维，是对人们司空见惯的几乎成为定论的事物或者观点反过来思考的一种思维方式。在很多情况下，人们往往习惯于沿着事物发展的正方向进行思考和探索，实际上，“反其道而思之，反其道而行之”，使思维向着自身的反方向发展，往往能够使复杂的问题简单化，收到意想不到的效果。逆向思维是创造性思维的重要维度，它对思维的流畅性、变通性和独特性都提出了更高的要求。

（二）逆向思维的特点

逆向思维具有普遍性。唯物辩证法认为，任何事物都有相互对立统一的两个方面。正是由于任何事物都有两面性，才为人们用正向思维和逆向思维分析事物提供了可能。

逆向思维具有批判性。逆向思维是对常规的挑战，具有明显的批判性。它能克服思维定式，打破僵化的认知模式。

逆向思维具有创造性。正向和逆向是两个在逻辑上截然相反的思考方向。正向思维是常规的、已经被普遍接受了的观点和做法，而逆向思维是独特的、摆脱了思维限制的非常规的观点和做法。

逆向思维具有新颖性。逆向思维要求人们跳出常规思维的“舒适区”，摆脱司空见惯的思考模式和已有知识经验的影响，从而得出与众不同的分析和解决问题的方法。

二、基于逆向思维的化学实验改进策略

化学实验是学生学习化学的重要途径。学生通过完成实验操作、观察实验现象、分析实验结论，实现知识理解和思维发展。因此，实验对化学而言，犹如羽翼之于飞鸟，划桨之于轻舟。化学实验能够给化学课堂带来活力，能够让抽象的化学原理看得见、摸得着，从而为教师的“教”和学生的“学”开辟广阔的新天地。高中化学实验经过不断地完善，基本上已经形成了大家普遍认可的实验设计和操作方法。但是，在实践中仍然有一些化学实验存在现象不清晰、操作难度大等问题，采用常规思维进行改进，其效果却不尽如人意。而基于逆向思维对化学实验进行改进，往往能够起到意想不到的效果。

（一）逆向思考药品顺序，使现象更鲜明

在高中化学的验证性实验中，药品的顺序往往是给定的，需要学生去严格执行，这导致了学生逆向思维的缺失。教学中，教师不妨让学生思考其中的原因，分析药品顺序倒置会如何等问题。这不仅能够让学生明白其中的顺序逻辑，还会有意外收获，如使实验现象更加鲜明等。

例如，在“制取氢氧化亚铁［Fe（OH）2］白色沉淀”的实验中，白色沉淀呈现的时间往往很短，往往还没来得及仔细观察就已经变成了灰绿色。为了解决这一问题，教师引导学生对该实验进行创新改进。

常规改进：（1）煮沸，减少氢氧化钠溶液中的氧气含量；（2）改进实验设备；（3）上层加苯或植物油以隔绝空气。

常规实验改进，旨在避免体系与氧气接触，实验效果并不明显。为此，教师带领学生通过查阅资料、实验验证等方式来探究白色沉淀变成灰绿色的主要原因，找到变色的症结所在。

原因分析：结合对比实验发现，白色沉淀变成灰绿色的主要原因与[SO2-4]、Fe（OH）3及结晶水无关，而是形成的Fe（OH）2分子聚集成Fe（OH）2胶核，若溶液中Fe2+的浓度较大，聚集的Fe（OH）2会吸附较多的Fe2+，使得白色沉淀很快变为灰绿色。查阅资料可知，升高温度，Fe（OH）2胶核的吸附能力会下降，利用水浴加热实验可以证实这一点。

改进重点：避免Fe（OH）2胶核吸附Fe2+。（这样就可以长时间看到Fe（OH）2白色沉淀）

学生讨论：实验中要减小Fe2+的浓度，以减少Fe（OH）2胶核对Fe2+的吸附量，同时还要考虑常规实验改进中“避免与氧气接触”这一点。

逆向改进：取一支试管，先向其中注入适量的[8 mol/L]的NaOH溶液，然后再慢慢注入[0.1 mol/L]的新制FeSO4溶液。可以觀察到有白色悬浊液生成，固体颗粒慢慢沉入底部，并没有灰绿色沉淀产生。

关键操作：（1）NaOH溶液浓度大且无溶解氧；（2）FeSO4溶液浓度小且要缓慢注入。

立足逆向思维，将实验药品的加入顺序进行了倒置，同时融合了常规实验改进的优点，既保证了[Fe（OH）2]白色沉淀的生成，又延长了其呈现时间，达到了良好的实验效果。

又如，在进行“苯酚与溴水反应”的实验时，常规做法是向稀苯酚溶液中加入浓溴水。在实验过程中，苯酚的浓度过高或者溴水浓度过低，都会导致实验生成的三溴苯酚溶解在过量的苯酚中，难以观察到清晰的白色沉淀。

实验关键：防止生成的三溴苯酚溶解在过量的苯酚中。

逆向改进：向浓溴水中滴加少量的稀苯酚溶液。

三溴苯酚不能溶于溴水，在溴水中加入苯酚会立即生成白色沉淀，这样就能够大大提高实验的成功率，使得实验现象更加鲜明。此外，还能够通过观察溶液的浑浊程度来调节苯酚的滴入量，使实验操作变得更加容易控制。

基于逆向思维，将实验药品的加入顺序进行倒置，不仅使实验现象更加鲜明，提升了实验效果，还打开了学生的思维空间度，激活了学生的思维灵活性，为学生创造性思维的发展做好了蕴伏。

（二）逆向思考实验仪器，使判断更准确

在高中化学实验操作中，实验仪器往往是给定的，只需要学生学会规范操作即可，这就使得学生在实验中模仿大于创新，无形中削弱了学生创新能力的培养。在教学中，教师应提供多样化的实验仪器供学生选择，营造开放的实验氛围，培养学生的发散性思维，使学生能够在深入理解原理的基础上融会贯通、举一反三。

例如，在教学如何判断原电池正负极时，教师往往引导学生通过氧化还原反应的本质来判断正负极，进而判断电流（或电子）的流动方向。在相关实验操作中，对于那些电流比较弱的原电池实验，虽然能够清晰地看到LED发光二极管发光，但电流表的偏转现象不是很明显，使正负极的判断失去说服力。面对这一情况，学生对实验仪器进行了分析讨论，逆向设计出了更便捷的实验方案。

资料查阅：LED发光二极管具有单向导电性，且工作电压比较小（只有1.7 V），电流在[2 mA]以下。当LED发光二极管的正极连接电源的正极时，LED发光二极管就会发光。若反向连接，LED发光二极管就会处于截止状态，不会发光。

利用LED发光二极管的这一特点，就可以逆向进行实验改进，放弃原来判断正负极的方法，采用新的思路和改进方法——正反接法。

逆向改进：用金属镁条、石墨棒和2 mol/L的稀硫酸组成原电池，用导线连接LED发光二极管，观察LED发光二极管是否发光。然后，再进行反向连接，观察LED发光二极管是否发光。

基于逆向思维，在判断原电池正负极时进行反向连接，使实验现象更明显且操作更方便，可以非常直观地得出结论，为相关的理论学习提供了证据事实。由于原电池产生的电压、电流都比较小，不用担心在反向连接时LED发光二极管会被击穿，实验安全、高效。另外，实验的创新点燃了学生的探索热情，打开了学生的思维空间，将学生置于一个积极活跃的课堂中，真正构建了高效实验课堂。

（三）逆向思考实验环境，使操作更绿色

在高中化学实验中，实验环境也是影响实验的重要因素。在对实验进行改进时，应基于“帮忙不添乱”的原则对实验环境进行优化。在教学中，教师可以利用逆向思维来排除实验环境对实验的影响，为实验现象的清晰呈现提供合适的实验环境。

例如，在“焰色反应实验”的教学中，教师在实验现象呈现上虽然做了改进，但大多都是以放大反应现象为突破口，并没有从根本上实现火焰颜色的长时间呈现。对此，教师不妨带领学生探索焰色反应实验中焰色呈现时间短的原因，开发学生思维，同时为学生创建更为合适的实验环境。

原因分析：（1）酒精灯的火焰颜色为黄色，存在颜色干扰；（2）利用铁丝蘸取金属盐溶液时，蘸取的金属盐溶液比较少；（3）使用喷壶向火焰喷洒金属盐溶液时，金属盐溶液与火焰接触的时间较短。

通过分析发现，上述问题多是由实验环境引发的。教师可立足逆向思维，对实验环境进行优化，为学生创建合适的实验环境。

逆向改进：将金属盐的粉末撤在琼脂固体酒精上，然后点燃酒精，观察火焰颜色。

实验优点：（1）用琼脂固体酒精来代替液体酒精，火焰与金属盐可以长时间接触，延长了焰色的呈现时间；（2）用金属盐粉末来代替金属盐溶液，浓度大，颜色深；（3）消除了火焰本身颜色的干扰；（4）在操作完焰色反应之后，金属盐仍然呈块状，可以循环使用。

基于逆向思维大胆改进实验环境，使得实验在操作、现象上达到了一个新的高度，也使得学生更积极主动地参与实验。同时，这一实验还符合绿色化学思想，在学生的心中种下绿色的种子，为学生的学科核心素养培养提供了平台。

（四）逆向思考实验结论的，使分析更简单

高中化学实验往往会采用正向探究法，即根据实验探究的主题进行正向的实验设计、实验操作及现象（或数据）记录，进而推导出实验结论。在实验教学中，教师不妨利用逆向思维，引导学生从实验结论出发，开放性探索实验方法，以简化实验过程，顺利得出实验结论。

例如，在探究水的组成时，往往采用电解的方法来证明。

常规方法：利用直流电源电解水，收集阴阳两极产生的气体。（1）将带火星的木条伸入盛有阳极产生的气体的集气瓶中，如果带火星的木条复燃，则证明有氧气生成，说明水中含有氧元素；（2）将盛有阴极产生的气体的试管靠近点燃的酒精灯，点燃气体，如果听到爆鸣声，则证明有氢气生成，说明水中含有氢元素。结合（1）（2）可得，水是由氢元素和氧元素组成的。

不难看出，这样的实验比较复杂、难度较大，对实验装置和反应条件要求較高，且具有一定的危险性。采用逆向思维，从氢气、氧气入手进行考虑，可以设计出更为简单的实验，顺利得出想要的实验结论。

逆向改进：将纯净的氢气放置在纯净的氧气中燃烧，并在上方罩一个冷而干燥的小烧杯，观察实验现象。

小烧杯中的小水珠让学生明白了氢气与氧气在燃烧条件下反应会生成水，从而逆向推导出“水是由氢元素和氧元素组成的”这一结论。可见，逆向思维为学生找到了解决问题的简单途径，使实验设计、仪器和操作步骤得到了极大的简化，切实提高了实验的效果。

总之，基于逆向思维的化学实验改进，打破了原有的常规思维，“反其道而思之”，通过对药品顺序和操作顺序的倒置、实验环境的逆向优化及实验结论的逆推等，开创了实验改进新模式。站在正向思维的对立面进行思考，大胆地对实验进行改进，不仅使实验变得鲜明、简化和绿色化，还使思维具有了变通性、独特性与流畅性，为化学实验创新提供了新方向，注入了新活力。

［   参   考   文   献   ］

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（责任编辑 罗 艳）