關鍵詞 化學實驗 實驗創新 優化實驗。
教師不僅是知識的傳播者、崇尚者、使用者,更是知識的創造者、質疑者、完善者?;瘜W教師承擔著培養學生化學學科核心素養的重任,而創新實驗教學是培養學生核心素養的重要載體。我國一線教師和研究人員為此作了大量工作,并取得了豐碩的研究成果。這些成果主要外顯于《化學教學》《化學教育》《中學化學教學參考》等重要期刊、歷屆全國高中化學優質課展示活動、各級部門組織的儀器創新大賽等。通過對這些外顯成果的分類、整理、歸納,我們可以從中得出高中化學實驗創新的研究策略。
一、高中化學實驗創新的類型。
1.生活化。
實驗教學生活化是指充分借助各種生活資源或自然資源、社區資源來改進化學實驗,使實驗現象更加明顯、直觀。目前用于改進實驗裝置的生活用品主要包括注射器、輸液袋 / 管、筆桿、塑料瓶 /盒、丟棄的太空杯、亞力克板、音樂賀卡、橡皮泥、氣球、節能燈管、小風扇、計數器等。如華南師大韋新平、錢揚義教授利用帶針頭的針筒、塑料滴管、試管、藥片板、青霉素瓶改進乙炔的制備與性質實驗;應用榛子果檢驗鐵元素、醛醛和制作 PH 試紙;運用飲料瓶完成爆鳴實驗、酸性氧化物性質的驗證和制作凈水器等。生活化的實驗創新不但可以節約實驗成本、提高實驗效率,還能激發學生學習化學的興趣、培養學生“變廢為寶”的學科思想和環保意識。
2.生態化。
實驗創新的生態化是指在實驗創新過程中運用生活化素材優化實驗,實現化學實驗的無害化、綠色化。目前生態化的實驗創新主要有以下幾種形式:第一,將有毒氣體的制備實驗或易被空氣氧化的實驗由敞開體系改為封閉體系。如利用生活中的輸液袋和注射器進行銅和稀濃硝酸反應的對比實驗[1]、氫氧化亞鐵制備實驗的改進等。第二,對有毒氣體的制備和性質進行一體化設計,優化實驗環節,體現綠色化學理念。如對 NOX、Cl2和 SO2的制備和性質進行一體化設計[2],自制環保型防泄漏實驗裝置驗證 CO2、SO2、Cl2的性質和進行銅與濃硫酸(或濃硝酸)、H2S 與 SO2的反應等[3].第三,對教材中的部分實驗進行微量化設計,使現象更加明顯。如對石蠟的裂化實驗、溴乙烷消去反應、煤的干餾、SO2和 Cl2的系列化實驗進行的微量化設計[4].無論采用何種形式,其根本宗旨都是為了實現“綠色化學”,避免環境污染,保護人體健康。
3.生動化。
實驗創新的生動化是指將傳統實驗通過趣味實驗、魔術化學、游戲化學的方式進行呈現,讓學生在實驗情境中感受到化學美,并從中感受到樂趣,形成知識的意義建構。無機化合物和有機物的性質實驗教學可以采取這種方式進行創新(如表 1所示)。
從表 1 中可以看出,以趣味實驗、魔術化學等為載體的實驗創新,是以學生的已有生活經驗為背景展開的,以其獨特的現象、新穎的實驗方法而受到學生的青睞。生動化的實驗創新,能夠促進學生人文精神和化學素養的發展。
4.微量化。
微量化實驗能夠克服微型實驗演示的弊端,它運用微小量的試劑在較常規的儀器中進行化學實驗,依然能夠得到明顯的實驗現象。微量化實驗不但可以彌補微型實驗的不足,而且還具有省時、經濟、現象直觀生動、易于操作的特點,從而受到一線教師的歡迎。
微量化實驗的出現,拓展了中學化學實驗創新的新渠道,隨著研究的不斷深入,已逐漸得到人們的重視和應用。
5.定量化。
對高中化學實驗進行定量化設計創新,是近年來興起的一種研究潮流。目前有三種方式:第一,為了獲取實驗最佳條件而進行正交實驗設計。如利用正交實驗法研究“黑面包實驗”、鐵與水蒸汽反應的最佳條件。第二,借助傳感器和信息技術對那些抽象難懂的科學理論實驗,或需要捕捉實驗細節,或需要進行定量研究的科學實驗等,進行數字化實驗探究。如利用微電流傳感器探究原電池產生持續穩定電流的原因、利用色度計測定抗貧血藥物中鐵的含量、亞硝酸鈉的含量等。第三,利用控制變量思想研究外界條件對化學反應速度、化學平衡的影響等。如過氧化氫提取海帶中碘的實驗條件優化等。