創新設計實驗　呈現奇妙化學——滬教版初中化學實驗創新視角初探

朱清勇

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創新設計實驗呈現奇妙化學——滬教版初中化學實驗創新視角初探

朱清勇

（儀征市實驗中學東區校江蘇揚州211400）

摘要：創新設計的化學實驗是初中化學實驗教學的重要組成部分，創新設計的實驗對于初中生在化學學習中提高科學素養，促進自身全面發展尤為重要。作者對初中化學實驗創新設計進行積極嘗試：實驗內容趣味化和生活化、實驗器材簡約化和微型化、實驗過程創新化和探究化、實驗設計系列化和綠色化，以期能給義務教育階段的學生充分展示奇妙的化學世界。

關鍵詞：化學實驗；創新設計；奇妙的化學

一、問題的提出

從2015江蘇省高考考生的選修科目來看，理科物生組合考生數最多，物化組合排第二位。很多初中生經過初三化學學習后對化學學習的興趣正在逐漸降低，甚至有好多學生進入高中后放棄選修化學。義務教育化學課程標準（2011版）明確指出：“義務教育階段的化學教育，要激發學生學習化學的好奇心，使每一個學生以愉快的心情去學習生動有趣的化學，激勵學生積極探究化學變化的奧秘，增強學生學習化學的興趣和學好化學的信心，培養學生終身學習的意識和能力；引導學生體驗科學探究的過程，學習科學方法，在“做科學”的探究實踐中培養學生的創新精神和實踐能力，全面提高學生的科學素養，促進學生得到全方位的發展”。好奇心是科學研究的原動力，是創新人才最重要的素質。居里夫人在一個簡陋的棚房中重復枯燥的提純工作，歷時四年終于找到了新元素鐳和釙。其實就緣于對貝克勒爾射線強烈的好奇心。如何培養和保持初中生對化學的好奇心或興趣呢?一是讓學生有機會觀察到豐富多彩的化學實驗現象和親手做實驗。通過創新設計實驗培養初中生對化學的興趣，促進學生找到內在的原動力是每個化學教師的終身追求。好的學校都重視教學實驗課和實驗設施，這些正是目前很多義務教育階段學校最欠缺的。二是合適的實驗教學方法。對化學的好奇心和興趣是可以在課堂實驗教學中被引發出來，而這些是決定人的一生發展的。因此課堂實驗教學永遠是化學學科教學的中心環節，應該讓最具有創新實驗能力的教師來講課。他們不僅對所講的知識有深刻的了解，而且更善于用學生感興趣的奇妙的化學實驗呈現出來，讓學生終生難忘。

二、實驗內容趣味化和生活化

1.化學實驗的趣味化

化學實驗具有良好的學習動機，可以激發學生的化學學習興趣?；瘜W教師如何利用新修訂的實驗教科書中趣味實驗、家庭小實驗等新的化學實驗形式，增加化學實驗的趣味性，是個值得關注和研究的問題。

圖1

趣味化實驗是指以生動、新奇的實驗現象來激發學生興趣的一類實驗。例如“大象的牙膏”。主要器皿：1000 mL量筒、100mL燒杯、水槽；實驗步驟：取一支1000 mL量筒放入水槽中，先往量筒中5mL洗手液，再用兩只燒杯注入30%過氧化氫和飽和KI溶液各50 mL。觀察實驗現象：瞬間變黃并產生大量的氣泡并如牙膏般噴涌而出，大量泡沫快速溢出并變白色，猶如給大象刷牙時所擠出的牙膏，“大象的牙膏”恰如其名（如圖1）。這個實驗現象很有震撼力，學生在驚嘆中最想知道如此奇妙的化學實驗是怎么產生的?奧秘是什么?滬教版的實驗教科書中的空瓶生煙、面粉爆炸實驗、黑面包實驗、雞蛋殼和醋酸的反應，指示劑的制作、葉脈書簽的制作都可以開發成趣味化的實驗，根據是實驗教學需要還可開發魔棒點燈、鐵樹開花、燒不壞的手帕、“水火相容”、可樂噴泉實驗等。使化學實驗成為展現奇妙的化學最重要的推手。

2.化學實驗的生活化

把新課程理念“面向全體學生的化學”落實到化學實驗教學中，就要求化學實驗內容要貼近生活、貼近社會，使學生學習有用的化學。

化學教師應首選學生身邊的化學物質和化學變化作為實驗素材。以學生身邊常見的化學作為實驗素材，可以使學生有一種親切感，體會到化學就在身邊它并不神秘，這有利于調動學生的學習積極性和激發他們進行實驗探究的興趣。例如：筆者以生活中一次性紙杯為例，介紹其在“燃燒與滅火”課題中的一個創新實驗。情境創設：教師將一只一次性紙杯放在實驗桌上，向其中裝入的水（如圖2），在其杯子上口沿處用火柴點燃。設問思考：隨著紙杯的不斷燃燒，杯中水能流出嗎?請解釋為什么?現象：一次性紙杯開始劇烈燃燒，接近水面時燃燒變弱最終熄滅，水一滴也未流出。解釋：紙杯具有可燃性，紙杯的著火點約183℃，點燃后能燃燒，接近水面時，冷水使紙杯的溫度降至著火點以下，紙杯不能再燃燒而熄滅，水就自然不會流出。

圖2

滬教版中灼燒葡萄糖砂糖和面粉、鐵釘銹蝕實驗、食用油和洗潔精在水中的分散情況實驗、常見生活用品其溶液的酸堿性實驗、氯化鈉溶液的配制實驗、用碘水檢驗馬鈴薯芋頭面包等食物中淀粉的實驗、聚乙烯和聚氯乙烯的燃燒實驗、各種纖維的燃燒和酸堿腐蝕實驗等。這些實驗所涉及的實驗素材，都是學生身邊常見的。利于學生注意身邊的化學現象學以致用。

總之，趣味化、生活化的實驗內容豐富了化學實驗資源，增添了實驗創新的結合點，直觀明顯的實驗現象，能給學生深刻的記憶，有助于激發學生的學習激情。

三、實驗器材簡約化和微型化

實驗器材主要包括實驗儀器和藥品，而這里的簡約化和微型化對儀器是指數量、體積、繁簡狀況等，對于藥品主要指用量、來源、成本等方面。

1.化學實驗器材簡約化

通常教學實驗時，課前化學教師先要把相關實驗器材從化學實驗室拿到辦公室，上課時再從辦公室轉移到教室。若實驗器材過于繁雜，對化學教師就不夠便捷。只有讓化學實驗器材輕裝上陣簡約化，化學教師才會更情愿去完成實驗教學。比如滬教版下冊中和反應探究實驗中，完全可以用試管代替燒杯，振蕩試管代替玻璃棒攪拌，這樣既節約藥品，也將化學實驗簡約化。

2.化學實驗器材微型化

微型化實驗就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術?；瘜W實驗器材微型化不僅節約化學試劑，而且可以達到現象明顯、安全便捷、減少污染和利于開展學生分組實驗的效果。如上教版在“構成物質的基本微?！钡膶W習中，在氨分子的擴散實驗中，課本中用大燒杯罩住兩只分別裝有酚酞試液和3-5mL濃氨水的小燒杯。學生在進行分組實驗探究時，揮發的氨氣刺激性氣味很大，全班濃氨水的用量近50mL污染嚴重。微型化改進后的實驗（圖3）用截去上部的礦泉水瓶代替大燒杯、裝Vc銀翹片廢棄膠囊盒（或阿莫西林膠囊空塑料面板）滴5滴蒸餾水加1滴酚酞試液和5滴濃氨水。學生分組實驗的現象很明顯，學生對濃氨水更有了真實的體驗，可以感知到微觀的氨氣分子，而且全班濃氨水的用量降為3mL，保證了學生的身心健康。

圖3

簡約化和微型化的化學實驗更利于開展學生分組探究實驗，學生分組實驗使每個學生都能參與實驗，體驗化學實驗過程，收獲實驗成果的體驗。簡約化和微型化的學生分組實驗更利于激發學生探索的積極性，加深對知識的理解，的確是一舉多得。

四、實驗過程創新化和探究化

初中化學教師在課堂教學中，要善于發揮演示實驗創新、示范和分組實驗探索、實踐的教育功能，為初中化學教學提供有力的支撐，真實展現奇妙的化學世界。例如：新修訂的滬教版初三化學教材上冊P48安排了純凈氫氣的燃燒實驗，觀察其火焰顏色并檢驗其產物，但玻璃導管無法觀察出氫氣真正的火焰顏色；P96拓展介紹了常見氣體氫氣的爆炸極限和為何要驗純；P117由金屬鋅和酸置換產生氫氣聯想與啟示要求設計氫氣的實驗室制法；下冊教材P97詳細介紹了氫能，氫能源作為綠色能源的優勢、開發利用的難度和前景都是重要知識點。我在初三化學教學中利用生活用品：充電式電蚊拍、聚乙烯保鮮袋、電子點火槍和醫用不銹鋼針頭對氫氣燃燒實驗進行了創新化的系列探究設計，探究化的創新實驗能夠帶給學生很多啟發。完整實驗過程：先用啟普發生器制氫氣。加入15g鋅粒，再滴入2 mL硫酸銅溶液，向長頸漏斗中加入150mL 1：5的稀硫酸溶液，反應產生氫氣。接著完成實驗一：氫氣的燃燒。用從尾部連接的干燥管吹氫氣球，氣泡變大時輕抖干燥管大口一端，氣泡緩緩飄向空中后，用電蚊拍去拍氣泡，觀察到氣泡燃燒形成一團黃色火球。學生能充分感受化學的神奇魅力。再完成實驗二：氫氣的爆炸實驗。向從超市買的中號聚乙烯保鮮袋鼓入約體積的空氣，接上長直導管開活塞通入氣體20秒，關閉活塞取出導管后，插入電子槍，膠帶扎緊袋口用電子槍引爆混合氣體。隨著“砰”的一聲，保鮮袋炸裂。效果非常震撼。最后完成實驗三：氫氣的驗純和純凈氫氣在空氣中的燃燒。驗純后將長直導管換成醫用不銹鋼針頭，點燃通過不銹鋼針頭的氫氣，可以觀察到真正的淡藍色火焰。

探究化的學生分組實驗具有很強的體驗性和實踐性特點，探究化分組實驗的實施能讓學生體驗實驗的探索過程，養成科學探究的基本素養。例如，氧氣的實驗室制取及其性質的分組實驗。在實驗室里學生自己動手組裝過氧化氫溶液制氧氣的裝置，制、收、驗、探，他們主動合作、積極體驗過程，樂在其中。在此探究過程中，學生實踐能力和綜合素養得到極大的提升。

五、實驗設計系列化和綠色化

目前綠色化學及其帶來的產業革命正在全世界興起。目前綠色化學主要研究的問題是：

（1）合成方法應具原子經濟性。如果參加反應的分子中的原子100%都能轉化成了產物實現零排放，就是理想的綠色化學反應。我們可以充分集成化學反應形成系列化反應，通過封閉循環實現零排放。

（2）盡量不使用和不產生對環境有害的物質，減少副產品，使用可再生的原料，在源頭杜絕污染。

（3）生產工藝應盡量常態化、低能耗、高效催化快速化。

（4）采用超臨界流體作溶劑減少有機化合物的排放。當溫度和壓力均在臨界點（31.1℃和73.8個大氣壓）以上時超臨界二氧化碳就是一種優良的溶劑，它無毒、不可燃、而且價廉。目前綠色化學研究的一個重點就是用無毒無害的液體代替揮發性有機物作溶劑。

初中化學實驗設計系列化和綠色化正是體現綠色化學的理念本著減少污染努力向杜絕污染的方向發展，培養學生的科學素養和環保意識。例如實驗室制氧氣實驗，舊教科書中通常是采用加熱高錳酸鉀或加熱氯酸鉀這兩種方法來進行。高錳酸鉀是通過焙燒二氧化錳和氫氧化鉀制得錳酸鉀，然后電解錳酸鉀水溶液而制得；氯酸鉀是通過電解氯化鈉溶液制得氯酸鈉，然后用氯酸鈉跟氯化鉀反應而制得。在生產高錳酸鉀或氯酸鉀的過程中，能耗大工藝復雜且有污染的副產物生成。而過氧化氫工業上主要采用2-乙基蒽醌法，先氫化后氧化制得，成本低且能耗小，原料可以重復再使用，因此實驗室過氧化氫制氧氣優勢非常明顯。過氧化氫分解反應產生氧氣和對環境無污染的水，充分體現綠色化的特點，新修訂的滬教版教科書主要學習加熱高錳酸鉀和過氧化氫分解反應來實驗室制取氧氣。我在指導學生做學生分組探究實驗時，將教材上的高錳酸鉀制氧改成了過氧化氫制氧氣正是從節約和環保理念角度出發的。

我在做氧氣的化學性質演示實驗時，通常準備6%過氧化氫溶液和二氧化錳，僅僅使用一個集氣瓶在課堂中現場制氧氣、探究氧氣的化學性質，集氣瓶既是氧氣發生器也是氧氣收集器，并且能將氧氣的性質實驗木炭燃燒、蠟燭燃燒、鐵絲燃燒、硫磺燃燒集成系列化。通過添加6%過氧化氫溶液完成系列氧氣的性質實驗，充分呈現奇妙的化學、精彩的化學。

新課標、新課改給教師的化學實驗教學提出了新要求，也為教師創新設計化學實驗提供了一個新的機遇。相信我們在新理念的指導下能夠激發自身的活力，在實驗教學中不斷反思、不斷創新，也一定會使學生在“做科學”的探究實踐中向學會學習的最高目標邁進。

參考文獻

［1］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012

［2］李德前.例談初中化學實驗創新的思維方法［J］.化學教學，2013，（3）：65-68

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.02.026

文章編號：1008-0546（2016）02-0081-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B