例談高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

李順華

【摘 要】創(chuàng)新是當(dāng)今社會(huì)的主題。高考對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的考查也列入考綱。化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，使學(xué)生通過(guò)觀察絢麗多彩的化學(xué)現(xiàn)象，形成穩(wěn)定的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，積極探索化學(xué)奧秘，發(fā)揮智慧和創(chuàng)造能力，是高中化學(xué)教師應(yīng)該研究的課題。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；例談

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是指在高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)下，結(jié)合教學(xué)的實(shí)際情況，對(duì)新教材中所涉及的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化，增設(shè)或創(chuàng)新等。這不僅是提高化學(xué)教學(xué)有效性的需要，更是深入理解高中化學(xué)課程改革的需要，也是提升老師自身教學(xué)素質(zhì)，加強(qiáng)實(shí)踐的需要。那么在平時(shí)的教學(xué)實(shí)踐中該如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)呢？現(xiàn)結(jié)合幾個(gè)實(shí)例和自身的教學(xué)實(shí)踐，談?wù)剬?duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的“五化”新視角。

一、緊跟時(shí)代，實(shí)驗(yàn)裝置微型化

微型實(shí)驗(yàn)是近20年發(fā)展較快的一種新的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，微型實(shí)驗(yàn)節(jié)約藥品，節(jié)省時(shí)間，操作安全，污染少，學(xué)生可以自己動(dòng)手自制儀器，自行實(shí)驗(yàn)，積極參與，激發(fā)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

例如，水和酒精混合的體積變化實(shí)驗(yàn)。取一干燥帶大膠頭（如圖）的膠頭滴管，倒置，從導(dǎo)管口向滴管中加入顯紅色的水，水面約占總體積的一半（A處），再?gòu)膶?dǎo)管口向滴管中加入無(wú)色的酒精，加滿滴管（B處）。用拇指按住管口，上下顛倒滴管兩三次，紅色的水和無(wú)色酒精混合，有少量氣泡產(chǎn)生，橡膠頭稍稍變“癟”。松開(kāi)拇指，液面下降2～3cm（C處）。儀器易得，操作簡(jiǎn)便，用料很少，現(xiàn)象明顯。

二、反向思考，實(shí)驗(yàn)思路逆向化

逆向思維即是沿著事物的相反方向，用反方向探求的思維方式對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行逆向思考，從而提出新的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法。

（一）運(yùn)用逆向思維改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

例如，做乙醇在銅作用下發(fā)生催化氧化反應(yīng)時(shí)，一般的做法是：把下部繞成螺旋狀的紅色銅絲先在酒精燈的外焰上燒黑，然后趁熱迅速伸入裝有適量乙醇的試管中，銅絲又變紅色。反復(fù)多次，聞試管中乙醛的刺激性氣味。這種做法耗乙醇較多，而且由于未反應(yīng)乙醇的影響，很難聞到乙醛的刺激性氣味。既如此，想到能否減少乙醇的量，能否逆向試驗(yàn)?zāi)兀咳∫汇~制的燃燒匙，放在酒精燈的外焰上燒黑（若不易燒黑，可在稀硝酸稍浸一下）。用膠頭滴管滴入一滴乙醇，立即看到乙醇液滴伴隨著“嗤嗤”的聲響在燃燒匙中晃動(dòng)，且不斷縮小，同時(shí)能聞到一股明顯刺激性氣味，乙醇液滴所到之處又恢復(fù)銅的紅色。無(wú)疑，逆向改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)不僅節(jié)約試劑，而且現(xiàn)象明顯，更科學(xué)、合理。

（二）運(yùn)用逆向思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

做鈉與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到鈉投入水中能放出巨大的能量使自身熔化，同時(shí)甚至能使周圍產(chǎn)生的氫氣在水面上燃燒。此處若運(yùn)用逆向思維想到：把少量的水滴在小塊鈉上，不就是引火劑嗎？我們?cè)囎隽诉@樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)：把一黃豆般大小的鈉放在酒精燈的燈芯中，向鈉上滴入一滴水，隨著“啪啪”聲音，酒精燈點(diǎn)燃了。

三、一物多用，儀器功能別樣化

儀器本身沒(méi)有限定它只能用于什么而不能用于什么，只是主要適用于什么。反思儀器的別樣用途，可以幫助我們加深對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)原理的認(rèn)識(shí)，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新。如：

（1）漏斗的別樣用途。漏斗充當(dāng)集氣與尾氣吸收作用，例：鈉與水反應(yīng)氣體產(chǎn)物的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，將漏斗置于水中，倒扣在鈉塊上，產(chǎn)生的少量氣體可順利地富集到試管中。

（2）蒸發(fā)皿的別樣用途。蒸發(fā)皿一般用于加熱蒸發(fā)溶液。但有時(shí)充當(dāng)反應(yīng)容器。例：實(shí)驗(yàn)室制取肥皂的實(shí)驗(yàn)中，將植物油、氫氧化鈉和酒精混合，在蒸發(fā)皿中加熱制取肥皂。

（3）錐形瓶的別樣用途。錐形瓶因其易振蕩而用于定量測(cè)定中的反應(yīng)容器，主要應(yīng)用于在中和滴定實(shí)驗(yàn)。它還可以作為制取氣體的反應(yīng)裝置而廣泛使用并顯示出優(yōu)越性。例：利用雙氧水和二氧化錳制取氧氣時(shí)無(wú)需鐵架臺(tái)的支持，制取氯氣時(shí)錐形瓶可在石棉網(wǎng)上受熱。

（4）玻璃管的別樣用途。作為反應(yīng)容器，例：將鈉密封在玻璃管中制成標(biāo)本便于觀察，將碘密封在玻璃管中，加熱盛碘的一端觀察碘升華與凝華現(xiàn)象并可循環(huán)使用。

（5）干燥管的別樣用途。用石棉堵住干燥管的小口，裝入固體反應(yīng)物，在大口端連接導(dǎo)管，就可用于可控式簡(jiǎn)易氣體發(fā)生器，例：干燥管內(nèi)裝電石，通過(guò)控制其接觸水面而方便制取乙炔。干燥管一端插入溶液一端連接導(dǎo)管，增加了氣液接觸面，用于尾氣吸收兼安全裝置。

四、就地取材，儀器來(lái)源生活化

山區(qū)農(nóng)村教育資源有限，由于實(shí)驗(yàn)儀器不足開(kāi)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)成為難題。我們就想到將日常物品應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，以替代普通化學(xué)儀器。如試劑瓶可用青霉素藥瓶、鹽水瓶、或礦泉水瓶代替；滴管可用小的一次性注射器代替；量筒可用有刻度注射器代替；反應(yīng)板可用盛藥片（如草珊瑚片）的塑料板代替；研缽，可用瓷質(zhì)小酒盅代替；導(dǎo)管可用輸液器塑料管代替。

氯氣的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)即可在下圖裝置中進(jìn)行，在干凈的青霉素小瓶中裝入0.5g 固體高錳酸鉀（需先壓碎），塞緊膠塞用膠頭滴管吸取濃鹽酸約1mL，插到青霉素小瓶中，制成微型氣體發(fā)生裝置，用輸液器較細(xì)處的塑料管在兩頭連上毛細(xì)吸管做導(dǎo)管，一端插入裝有高錳酸鉀的青霉素小瓶中，另一端連接另一青霉素小瓶收集。

五、積極引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程探究化

探究實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驇椭鷮W(xué)生獲取基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，能夠激發(fā)學(xué)生的探索奧秘的欲望和興趣，能夠發(fā)揮學(xué)生的積極性、主動(dòng)性。在探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生始終處于不斷探索的情境中，主動(dòng)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真操作，仔細(xì)觀察，積極思維，充分發(fā)揮學(xué)生的潛能，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生良好技能。

例如在氯水的組成及性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)中即可采用探究實(shí)驗(yàn)的方法：

（1）請(qǐng)同學(xué)們研究氯水的性質(zhì)，推測(cè)可能的化學(xué)反應(yīng)。

①觀察氯水的顏色，小心聞其氣味。

推測(cè)1：氯水中含有Cl2分子。

實(shí)驗(yàn)：將氯水滴入KI-淀粉溶液中，出現(xiàn)特殊的藍(lán)色。（教師提示：有I2析出）

②用PH試紙或藍(lán)色石蕊試紙測(cè)氯水的酸堿性。

推測(cè)2：氯水呈酸性可能有鹽酸生成。

實(shí)驗(yàn)：在氯水中滴加AgNO3溶液，析出白色沉淀。再滴入數(shù)滴稀HNO3，白色沉淀不溶解。

③發(fā)現(xiàn)藍(lán)色石蕊試紙?jiān)诼人邢茸兗t后變白。

推測(cè)3：氯水可能有漂白作用。

實(shí)驗(yàn)：a.將紅色布條投入干燥的氯氣中，無(wú)明顯變化；氯水滴在紅色布條上，布條褪色。

推測(cè)4：氯水的漂白是氧化作用。按氯水的組成和已有HCl生成的事實(shí)推測(cè)：有可能生成了具有氧化性的HClO。

實(shí)驗(yàn)：取漂白粉[Ca（ClO）2]或其它次氯酸鹽適量，放入紅色布條，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通入CO2，再觀察。

④日光照射盛滿氯水的倒置的圓底燒瓶，有氣體生成。

推測(cè)5：HClO在光照條件下分解，放出難溶于水的O2。

結(jié)論：①氯水中含Cl2、HClO、H2O、H+、Cl—、ClO—分子。②氯水具有酸性、強(qiáng)氧化性、不穩(wěn)定性。③氯水中起漂白作用的是HClO，而非Cl2。

（2）交流解釋與應(yīng)用：氯氣溶于水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成HCl和HClO，化學(xué)方程式為Cl2 + H2O = HCl + HClO，HClO是一弱酸，部分電離出H+和ClO—。根據(jù)以上性質(zhì)，提出漂白粉的主要成分和使用注意事項(xiàng)，理論與實(shí)踐相結(jié)合。

當(dāng)然，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新角度遠(yuǎn)不止這些，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新探究永無(wú)止境，各種現(xiàn)代化媒體與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)合為實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新提供了廣闊的領(lǐng)域，只要我們勤于探索、勇于開(kāi)拓，一定會(huì)有更多更好的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)問(wèn)世。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王祖浩，王程杰.《中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)》.廣西教育出版社，2011、01