中学应用型化学教学实验的开发策略

吕琳　宁雪婷　吴娜苹　吴星

摘要：文章以化学阻燃剂实验的开发为例，阐明了应用型化学教学实验的功能以及该类物质体系的选择、实验过程的设计和教学策略等问题。

关键词：应用型；化学教学实验；化学阻燃剂实验；实验开发

文章编号：1005－6629(2013)7－0061－03

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

新知识观认为，知识是在一定的情景中产生，在一定的情景中加以应用，毫无疑问，知识的学习也离不开情景。因此，以中学化学课程的化学知识在生活、生产中的应用为切入口设计并进行相应的实验教学(应用型化学教学实验)，不仅能激发学生学习的兴趣，而且可加深学生对物质现实应用价值的认识，引导学生理解物质性质和用途之间复杂的关系，甚至还可以通过实验引导学生感悟实验方法与实际操作之间的差距。

但笔者通过对中学化学教师的教学观摩和中学生的访谈，发现许多教师更强调在实验中对物质性质的探究，而将物质的应用作为附属品一带而过，因而导致学生对物质的认识仅停在学科层面，而对物质在人类生活、生产中发挥的巨大作用认识肤浅，这是与基础教育阶段化学学习的目的不相吻合的。

资料显示，目前人们对应用型化学教学实验的研发较少，这可能与人们对该类实验隐含的教学功能认识不够有关。另一方面，也与应用型化学教学实验涉及的知识点多、有些实验药品或材料在中学难以获得、涉及生产工艺等客观因素有关。为此，笔者以高中化学必修模块元素化合物知识为基础，以化学阻燃剂的实验开发为例，探讨了该类实验开发和教学过程中的一些策略，以期望更多的研究者积极探讨这一课题。

1化学阻燃剂实验教学体系的设计

中学阶段实验教学体系通常由实验问题或任务、实验目的、实验方案、实施要求等几个部分组成，为此，笔者从以上几个方面将我们开发的“化学阻燃剂”实验教学体系呈现出来，以此作为阐述中学应用型化学教学实验开发和教学策略的载体。

1.1实验背景及问题的提出

预防火灾发生、保护人民生命财产是我们生活中的一项基本要求，为此，在工业上广泛使用着各种改善可燃、易燃材料燃烧性能的技术。其中在纤维、塑料及各类装修材料中人们常采用添加阻燃剂的手段，而使用的阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸盐等物质我们并不陌生。它们因为具有在高温下能够分解产生不燃气体以及产物具有覆盖阻燃等性质而成为常用的无机阻燃剂。请根据你已学的知识以及上文中的信息分析上述三种物质阻燃的原理。

1.2实验目的

我们分析的三种物质的阻燃原理是否科学，可通过实验收集证据加以验证。当然，从实验中我们还可期望在其他方面有所收获。为此，可确定如下的实验探究目的：

(1)验证氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸铵等物质是否具有阻燃功能；

(2)探究上述三种物质的阻燃机理，分析反应过程中发生的主要化学变化；

(3)感悟在生产中人们是怎样利用物质性质来造福人类的，感悟科学实验与科学技术之间的关系。

1.3实验方案的设计

根据自己的假设进行实验方案的设计。也可以通过资料查阅，分析实验设计中可能需要关注的一些细节问题。如果你没有思路，下列实验方案可供你参考：

(1)阻燃剂的制备：称取2g氯化镁、氯化铝放入两烧杯中，分别加入蒸馏水，制成饱和溶液，再分别逐滴滴加浓氨水，搅拌，待不再生成沉淀后，将反应体系在酒精灯上加热至沸后冷却，过滤，制得氢氧化镁、氢氧化铝待用。

取10mL浓磷酸于小烧杯之中，缓慢滴入浓氨水。由于反应过程中会放出大量热量，建议边滴加边用玻璃棒搅拌，并将烧杯浸入水槽中冷却。当观察到烧杯中有晶体析出时停止滴加，并加热煮沸半分钟到一分钟，赶走未反应的氨水，并形成比粘稠的热饱和磷酸铵盐溶液，冷却待用。

(2)涂抹阻燃材料：取4块5cm×5cm的纱布，其中3块分别均匀涂抹自制的氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸铵，并用吹风机风干。

(3)阻燃效果及机理的验证：A.将未作处理的纱布用坩埚钳夹住放于酒精灯火焰中，发现其迅速燃烧。B.分别将经过处理的涂抹氢氧化铝、氢氧化镁的纱布用坩埚钳夹住放于酒精灯火焰上方灼烧，并将干燥的表面皿倒扣于纱布上方，10余秒后纱布仍然完好，表面皿上有水蒸气。离开火焰后，可观察到纱布上有白色凝固状物质。C.将涂抹聚磷酸盐的纱布放于火焰中灼烧，并在纱布上方倒扣贴有湿润红色石蕊试纸的表面皿，灼烧10余秒后纱布仍完好，表面皿中石蕊试纸变蓝。

1.4思考与反思

结合下列问题进行实验的探究，并在实验结束后解答下列问题：

(1)在纱布上涂抹了阻燃剂后，为何要用吹风机将其吹干?

(2)上述实验探究中，涉及到哪些化学知识的应用?

(3)阻燃剂利用了物质的不稳定性，通过该实验，你对物质不稳定性有了哪些新的认识?

(4)如果将实验成果应用于实际生产过程，你觉得还应考虑哪些因素?

2中学应用型化学教学实验开发策略的探讨

宋心琦教授在“化学实验教学改革建议之一”一文中提出了化学实验体系三要素：作为实验对象的物质体系、适当的仪器装置和必要的安全措施、合理的实验步骤和规范的操作技术。为此，笔者尝试着从这三个方面探讨中学应用型化学教学实验开发的策略。

2.1物质体系的选择策略

应用型化学教学实验是以物质的实际应用为特征的，而物质的应用极其广泛，且涉及到很多知识的综合应用和复杂的生产工艺，如果不加选择，往往逾越学生的认知能力。为此，要结合学生的生活经验和未来发展的需要，筛选出学生在日常生活中所见、所闻的物质功能作为探究点。首先，笔者之所以选择阻燃剂进行相关的实验开发，是因为防火灭火的方法是中学化学学习的内容之一，也是生活中的需求之一，且目前阻燃技术高度发展，因此，选择“阻燃”这一物质功能，不仅能激发学生探究的欲望，而且学生在今后的工作或生活中都有可能有所应用。

其次，由于学生已有的化学知识和认知能力有限，选择的承载该功能的物质应该是中学阶段涉及到的常见物质。如工业中使用的阻燃剂种类繁多，依应用方式可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，添加型阻燃剂又包括无机阻燃剂、卤系阻燃剂(有机氯化物和有机溴化物)、磷系阻燃剂(赤磷、磷酸铵盐、磷酸酯及卤代磷酸酯等)和氮系阻燃剂等。此外，具有抑烟作用的钼化合物、锡化合物和铁化合物等亦属阻燃剂的范畴。对于中学生来说，无机阻燃剂中常用的氢氧化铝、氢氧化镁、磷酸盐、硅酸钠等都是学生学习到的物质，其他类型的阻燃剂中学阶段没有接触或试剂难以获取，且在实验过程中有安全隐患，所以，本课题选择了三种无机阻燃剂进行探究。

再次，选择的物质其性质和发生的主要反应应为中学阶段的核心知识，同时，涉及的反应影响因素应较少或容易控制。如笔者选择的无机阻燃剂其阻燃机理简单：这些物质的填充可使可燃物的浓度下降；在受热时易分解，分解过程中会吸热，以抑制燃烧物温度的升高；分解放出的水汽(聚磷酸铵分解时还会释放出大量的还原性气体氨气)稀释了可燃气体和氧气的浓度，可有效阻燃。氢氧化铝、氢氧化镁分解后产生的氧化铝、氧化镁能形成一层保护膜，隔绝氧气，阻止燃烧继续。可见，无机阻燃剂实验涉及到的反应和原理均为中学阶段学习到的主要知识点，通过该实验，能引导学生综合利用物质的稳定性、吸热作用、覆盖作用、燃烧原理等知识来解决实际问题，加深理解化学性质、作用机理与物质用途之间的关系。

2.2实验方案的设计策略

应用型化学教学实验与一般化学实验方案设计具有共同之处，均包括问题的提出，假设的形成，变量的选择，实验和非实验变量的控制、因变量的测量和记载的方法以及结果的统计、分析、呈现等要素，它给研究者展示了如何进行实验探究的概貌。但中学应用型化学教学实验方案的设计也具有自身的特点，笔者以阻燃剂的实验设计为例，说明在进行该类实验设计时可采用的策略及应注意的事项。

2.2.1充分体现“性质决定应用”的思想

要充分体现应用型化学教学实验的功能，避免将这类实验的设计滑入到性质实验的类型中，在进行该类实验的设计时，应在情境创设、提出问题、形成假设等环节，充分体现“性质决定应用”的思想。如上述阻燃剂实验中，笔者在实验情境中说明了阻燃剂的作用，并提出“请根据你已学的知识以及上文中的信息分析上述三种物质阻燃的原理”的学习要求问题，就体现了该设计意图。

2.2.2综合考虑多种因素选择合适的实验仪器、药品和实验过程

因物质实际应用过程复杂，往往需要多种物质协同作用，需要特殊的制作工艺，需要苛刻的反应条件，而应用型化学教学实验既要使实验过程与工业生产相类似，又要易于学生操作、材料易得、操作简单、现象明显，为此需要综合考虑科学性、学生的认知能力、学校实验资源等因素变革和简化实验过程。

如在阻燃剂的实验开发中，笔者选择了纱布作为实验载体，是因为纱布属于易燃的棉、麻织品，比较稀疏，易渗透阻燃物质，能较好地模仿添加型阻燃剂的阻燃过程。实验过程则以比较实验法为主，能简单明了地验证纱布在涂抹氢氧化铝、氢氧化镁等物质后可否有效防止燃烧，以及比较出几种物质阻燃机理的异同。

2.2.3尽量体现应用型实验的全过程

在设计实验时，如果仅仅注重验证某种物质是否具有某种用途，还没有充分发挥“通过实验学习化学”的功能。为此，设计者可尽量体现应用型实验的全过程，让学生通过这类实验的探究，初步了解实际应用过程中需要经历的环节。

如阻燃剂实验方案中三种物质均自制，并通过加热(对应于工业生产中的水热处理)、固液分离等过程制成阻燃性氢氧化镁、氢氧化铝。如有可能，方案中还可增加干燥、表面处理(研磨)等环节，以促使晶体各晶面均有不同程度的生长，促使生成表面积小、晶型较好的氢氧化镁、氢氧化铝，从而提高阻燃效果。通过这一制取过程，学生会意识到一种物质的应用需要考虑许多因素，需要多种生产工艺的配合。

3中学化学应用型教学实验教学策略的探讨

实验开发的目的是要服务于教学，因此，需要我们深入研究应用型化学教学实验的教学问题。笔者认为，应用型化学教学实验既可作为验证性实验进行，也可作为学生的自主探究课题，实验形式取决于教学目的和学生的学习状况。但不管何种形式，教师的启发引导最为关键。为此在教学中要注意以下问题：

3.1注重实验情境创设

应用型化学教学实验的情境创设必不可少，通过情境一方面可提供给学生有关这一课题的生产或生活背景知识，为实验探究以及实验现象的解释提供一些素材；另一方面，情境中展示的物质生动有趣的应用事例，会激发学生探究的欲望。

3.2注重提出问题环节

正如前文分析的那样，应用型实验涉及的因素较多，为此，教师应该通过提出问题的手段，将学生的思维集中于某些方面，而不会去注意一些生产或生活的细节。当学生利用已有的知识经验在解释问题的过程中发生障碍时，即产生认知冲突，并进一步产生学生自身需要解决的问题，这些问题是引发学生进行实验探究的内在发动机制。

3.3灵活机动处理实验设计环节

由于应用型实验的设计比较复杂，在此环节中，教师应根据学生的实际情况灵活采用一种或多种方法进行：既可以学生自主设计，也可以师生共同讨论而形成，也可以引导学生理解已设计好的实验方案。如果一味地采用一种方式，有可能逾越了学生的认知能力，或影响了学生的自主学习。

3.4注重引导学生加深理解化学知识以及与技术之间的关系

引导学生理解化学知识、方法和思想是应用型教学实验的主要功能。为此，在教学过程中，教师不仅要引导学生观察实验现象，还要引导学生加深对物质性质与用途之间关系的理解，学会利用化学知识解释实验中观察到的各种现象，弄清物质之所以具有这种用途的机理，感悟化学知识与生产生活和高新科技的相关性。

4结语

《普通高中化学课程标准(实验)》在“课程性质”部分强调“高中化学课程应有助于学生进一步了解化学学科的特点，增进对物质世界的认识；有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识；更深刻地认识科学、技术和社会之间的相互关系”。应用型化学教学实验的开发在这方面具有独特的功能，值得我们不断开发和研究。