高中部分化學實驗的改進與創新簡述

熊曉君 單豪健 張月梅

摘 要 化學是一門以實驗為基礎的自然學科，在教學過程中，優化和改進化學實驗的藥品、裝置或者方法等，將最直觀、最科學的展現出化學學科的特色，使學生能夠及時全面的掌握新課程標準所提出的教學目標和評價目標。因此本文主要針對其改進的原則簡單闡述，指出高中部分化學實驗存在的不足和一些改進與創新設計，以圖為以后的教學者提供一定的參考資料。

關鍵詞 高中化學 實驗 改進 創新

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2019.02.057

Brief Introduction of Improvement and Innovation

of Some Chemical Experiments in High School

XIONG Xiaojun， SHAN Haojian， ZHANG Yuemei

（School of Chemistry and Environmental Science， Yili Normal University， Yining， Xinjiang 835000）

Abstract Chemistry is a natural subject based on experiment. In the teaching process， the pharmaceutical device or method of chemical experiment should be optimized and improved to show the characteristics of chemical subject in the most intuitive and scientific way， so that students can master the teaching objectives and evaluation objectives proposed by the new curriculum standards in a timely and comprehensive manner. Therefore， this paper is mainly aimed at its improvement principles， pointing out the shortcomings of some high school chemical experiments and some improvement and innovative design， so as to provide some reference materials for future teachers.

Keywords high school chemistry； experiment； improvement； innovation

為了有效地解決教師在教學過程中對實驗操作有效的處理，本文對高中化學實驗進行改進，使改進后的實驗更加容易操作，節約藥品，綠色環保。

1 高中化學實驗改進原則

1.1 安全性原則

在實驗室中保證師生的安全是第一要務，安全性原則要求教師在進行實驗的過程中必須確保學生的人身安全，防止有毒有害物質對學生的傷害。這就要求教師在帶領學生進入實驗室或者在教室中進行演示實驗前，都應該明確地闡述實驗的注意事項，以盡可能的避免的化學傷害。例如人教版高中化學必修1中涉及到的“黑面包”實驗，藥品濃硫酸的處理不當，就極易危害教師和學生的身體健康。所以，應該在簡化操作和降低污染的基礎上對教科書中的化學實驗進行改進，此外，還應該主義提高改進后實驗的安全性。[1]

1.2 科學性原則

2017年版的普通高中化學新課程標準提出，化學核心素養倡導證據推理與模型認知，科學探究與創新意識，[2]就使得學生在進行化學實驗的過程中學習科學方法，培養科學態度及思維習慣?；瘜W是一門實驗科學，就實驗的目的而言，它既可以對已有的概念、原理、結論進行直觀性驗證，又可對未知的知識或問題進行探索和研究。[3]在演示實驗改進過程中，最重要的原則就是要將實驗設計建立在科學性的基礎上，不能和己經經過實踐檢驗的科學概念、原理和定義相矛盾，必須做到實驗原理、實驗方案和實驗操作等都科學合理，因此科學性原則是化學實驗改進的基本原則之一。

1.3 簡約性原則

簡約性是指在不違反科學性原則的前提下，我們采用選取更合理的實驗方案、更簡單的實驗裝置、更簡約的實驗步驟等，占用較短的時間來完成實驗。[4]這樣在很大的程度上可以避免因實驗裝置過于復雜等因素影響學生的注意力，同時也能充分利用課堂教學時間，充分提高學生的課堂效率，讓他們在最集中精力的時間內進行高效的學習。

1.4 趣味性原則

新課程強調在教學活動中教師是學生學習的引導者，學生是學習的主體者。然而如何能夠讓學生很好地發揮其主體作用，最重要的一點就是教師組織的課堂能夠調動學生學習的積極性，激發學生學習化學的強烈興趣。[5]所以在進行實驗改進時，需要考慮設計的實驗是否具有趣味性，是否能激發學生的探究欲望，使化學實驗由枯燥乏味的課本文字轉化為生動有趣的直觀的具體現象等。

1.5 直觀性原則

眾多學者之所以會對化學實驗進行改進，就是希望通過獨特的方式方法使實驗現象更加明顯，使學生通過實際操作中所觀察到的實驗現象增強對課本中復雜反應原理的理解，得到正確的實驗結論，即直觀性原則是檢驗化學實驗是否成功改進的重要標志之一。[6]

1.6 綠色化原則

綠色化學思想一直都是當前國際上所呼吁和提倡的，我們應該將綠色化學的思想貫穿于化學實驗教學的始終，使它成為中學化學實驗改進的一個重要組成部分，這樣才能使學生在進行化學實驗的過程中了解綠色化學，樹立起綠色意識，養成關心、熱愛、保護環境的好習慣。[7]

2 高中部分化學實驗存在的不足

實驗是研究化學的基本途徑，實驗教學的水平在一定程度上體現著化學教育的質量，但是當前實驗教學過程中存在以下不足：

2.1 缺乏創新意識，被教材所束縛

當今針對化學實驗方面的教學都是依據教材進行，無論由教師示范的演示實驗還是學生親自動手操作的探究性實驗都是完全依據教材安排來操作的，教師基本不會對教科書中設計的實驗方法進行改動，而學生由于知識程度所限更不會自己設計實驗。對于一些缺乏儀器藥品的學校來說，如果完全按照教材中的實驗設計進行實驗，就會有部分實驗難以為學生展示。這就說明當前教學中大部分師生缺乏創新意識，學生的探究能力與創新能力嚴重受到限制，致使化學核心素養中的思想難以體現。

2.2 實驗教學不重視綠色化和簡約化

關于一些對環境有污染、對師生身體有害的實驗，例如有毒氣體參加或生成的實驗，大部分教師只是利用多媒體設備播放或者直接照搬課本實驗流程在黑板上講述實驗，只有極少數教師會對實驗進行改進，使實驗更綠色化、簡約化。

2.3 實驗儀器與操作復雜

查看課本可以發現，大多數的實驗，裝置復雜，儀器過多，容易分散學生的注意力，不利于學生觀察實驗現象和分析實驗現象，達不到實驗預想的目的。同時由于實驗的時間問題，將嚴重影響教師的操作過程，特別是有機化學反應實驗，有些甚至需要幾天時間，這樣就影響了學生的觀察。

3 高中部分實驗改進創新

3.1 對實驗裝置的改進與創新

關于硫酸亞鐵銨的制備實驗，曾有學者在原有的實驗裝置上增加了分液漏斗，通過滴加蒸餾水來補加散失的水分，防止發生手動加水時出現有毒氣體溢出的現象，減少了實驗過程中有毒氣體對環境的污染。同時在錐形瓶和吸收瓶之間增加了安全瓶，能夠有效的防止吸收液發生倒吸，進入錐形瓶中污染產物。[8]

王玉蘭[9]將新型過濾裝置應用于肥皂的制作過程中，發現與普通漏斗過濾裝置和循環水真空泵過濾相比，新型過濾器過濾所用時間是上述兩種裝置類型的五分之一和三分之一，產率高。該裝置具有簡單，易操作，不易出現漏氣現象，過濾后濾紙容易取出等優點，在日常的教學活動中若采用這樣的裝置，在有限的時間內就可以完成實驗，且實驗效果明顯，能更好的激發學生學習化學的興趣。

針對該教科書中用鎂條引燃產生光污染，實驗過程中熔融物飛濺等問題，但世輝、李斌[10]兩位老師在實驗裝置方面采用了全封閉式一體化設計，在引燃方式上用在高錳酸鉀滴入甘油的引燃方法代替鎂條引燃的方法，鋁熱劑的配比為4：1，降低鋁粉的含量。經過改進以后，學生可以透過硬質試管明顯的觀察到鋁熱反應自上而下的紅熱現象，避免了鎂條燃燒所產生的光污染并且提高了引燃成功率。

3.2 對實驗藥品的替代與改進

曹宇[11]等學者經過多次實驗發現，若用乙醇水溶液來代替飽和食鹽水溶液，其反應速率會降低很多，減少了大量泡沬產生，促使反應速率會隨著乙醇水溶液中乙醇體積分數人增大而降低。所以，采用乙醇與水比例為1：1的乙醇水溶液來做反應物與電石反應，從而降低氣體產生的速率，得到平穩而純凈的乙炔氣體。該實驗現象明顯，學生操作也更加容易成功，符合直觀性原則和安全性原則。

對于化學必修1中的氯氣的制備實驗中，由于濃HCl和MnO2反應加熱的時間較長，尾氣吸收容易泄露，影響師生健康和污染環境，大多數教師會選擇多媒體播放實驗視頻資料，不具有直觀性。有學者將原有的藥品用KMnO4和濃HCl代替原反應，替代之后，無需加熱，縮短了反應時間，為防止尾氣沒有全被NaOH吸收，將燒杯換成了錐形瓶。[12]

3.3 對實驗方法的改進與創新

化學必修1課本中的噴泉實驗首先要擠壓右邊的膠頭滴管，使少量水進入燒瓶中，此時部分氨氣溶于水，導致燒瓶中的壓強減小，產生壓強差，再打開左邊的止水夾，以引發噴泉，這樣操作起來比較麻煩。所以研究者[13]在改進時考慮到氨氣極易溶于水的特性，將氨氣的收集裝置和噴泉的引發裝置合二為一，使氨氣直接與水接觸，自動引發噴泉，，避免實驗過程中形成倒吸。

同時課本中對于氨和氯化氫的反應利用兩支玻璃棒直接蘸取濃氨水和濃鹽酸并相互靠近，學生觀察到的現象并不是很明顯，并且揮發的氣體擴散到空氣中產生污染，不符合綠色化學的思想。所以在操作時，將反應環境改為在封閉的青霉素瓶內進行，就可以避免空氣污染，根據酸堿中和反應原理，利用濃鹽酸來中和產生的氨氣和多余的氯化氫，極大限度地解決了尾氣處理的問題。

4 結論

高中部分化學實驗的改進與創新促使教師更新教育理念，改變化學實驗教學的方法于策略，克服重視教學結果，輕視教學過程；打破重灌輸輕參與、重機械模仿訓練、輕科學方法指導等弊端。對學生而言，有利于改變其學習方式，培養其創新能力，增強學生的科學技術意識和環境保護意識，提升學生的化學核心素養，促使學生成為社會真正需要的與時俱進的人才。

參考文獻

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[10] 但世輝，李斌.鋁熱反應的實驗改進[J].化學教育，2013（5）：62.

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[12] 席詠梅.人教版高中化學必修1教材實驗改進與實踐研究[D].內蒙古師范大學，2016.

[13] 徐明波，呂洪杰.淺談高中化學創新實驗設計[J].湖北師范學院學報，2013.3（33）：77-79.