精心设计实验 绽放化学之美

陆玉涵

（江苏省苏州市吴江区实验初级中学 江苏 苏州 215200）

歌德说过：“我们必须把科学当作艺术，然后才能从科学中得到完整的知识。 ”一语道出了科学和艺术是统一的。 科学是美的，而化学学科作为一门自然学科，也不例外。 化学实验是化学学科的特征和魅力所在。 初中化学最吸引学生之处莫过于化学实验，学生一开始对于化学的热爱之情都是从奇妙的化学实验开始的。 化学实验对于提高化学教学质量，全面落实培养科学素养的目标，具有其他化学教学内容和形式所不能代替的特殊作用。 在教学过程中，仅按照书本现有的实验，有时很难满足学生的需求。 而通过精心设计有效的实验，可以让学生更好地感知实验、获得启发，充分发挥实验的教学功能，同时让实验成为学生发现化学之美的眼睛。 依据以上的原则去精心设计化学实验， 带领着学生进入一个美丽的化学世界，让教学变得饶有趣味，从中去感受化学的魅力，化学的美丽。

一、精心设计实验的原则

化学实验设计是指在实施化学实验之前，依据一定的化学实验目的和要求，运用有关的化学知识与技能，对实验的仪器、装置、步骤和方法等在头脑中所进行的一种规划。

设计实验时，一般要遵循以下的原则：

1. 科学性原则

科学性是指实验原理、实验程序和操作方法必须与化学理论知识和化学实验方法论相一致。 因此，在设计实验时，切忌出现用错试剂等科学性错误。 如鉴别Na2SO4和NaCl 溶液时，有学生认为可以用盐酸酸化的硝酸银溶液，很显然，不妥当，因为盐酸中的氯离子是干扰离子，无法得出正确的结论，而选用硝酸酸化的硝酸银溶液或氯化钡溶液则符合科学性原则。

2. 绿色化原则

绿色环保是中学化学教学中学生应树立的基本化学观念之一。 在化学实验设计中需体现绿色化学的思想。 如对于一些不够环保的实验，可以设计合理的方案进行改进， 对废液废渣进行及时的处理等方式，使整个实验过程贯穿绿色化学的思想。

3. 可行性原则

可行性是指设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行，所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学的条件下能够得到满足。 如氧气和氮气的鉴别，有学生想到了测密度的方式，虽然理论上可行，但是在现有中学的条件下，却很难实施。

4. 安全性原则

安全性是指实验设计时，应尽量避免使用有毒化学药品和具有一定危险性的实验操作。 但在实际教学过程中，总有一些实验存在一定的危险性。 因此在设计实验时，应有一定的预见性。 对该实验可能出现的一些危害进行预估。 并采取适当的方式进行合理的防护，防患于未然。

5. 简约性原则

简约性是指要尽可能采用简单的实验装置，用少的实验步骤和实验药品， 在较短的时间内完成实验。如鉴别HCl、NaOH 和NaCl 这三种溶液时， 学生想到分别用碳酸钠、氯化镁、硝酸银溶液去鉴别，虽然可行，但显得繁琐，完全可以用一种试剂，如紫色石蕊试液就可以鉴别，符合简约性原则。

二、精心设计实验 多角度展示化学之美

1. 实验取长补短，绽放现象之美

车尔尼雪夫斯基说：“人们在欣赏各种美的事物而产生美感时候，总是从直观的形象开始的，只有通过生动具体的形象才能体会它的本质，从而得到情感的愉悦。 ”化学实验中常伴随着一些现象，如放热、发光、变色、放出气体和生成沉淀等。 这些美妙现象，深深吸引着学生。 学生通过感知物质及其变化的实验现象，形成化学概念，认识化学理论。 美好的实验现象让学生如痴如醉，一些实验现象过于激烈，却大大刺激着学生的感官，给学生带来不适感。 因此对于这部分实验，可以稍加改进，保留其鲜明有趣的实验现象，避免不足之处，从而使实验现象显得恰到好处，激发学生强烈的学习欲望。

例如：镁条燃烧实验中镁条燃烧产生的耀眼白光让学生觉得兴奋，但对眼睛刺激很大，通常观察几秒后，学生往往会“眼冒金星”，总觉得有些美中不足。 如何能够设计出既能体现耀眼白光这一鲜明现象，又能缓解眼睛刺激这一弊端？ 在复习氧气化学性质时，采取以下的做法，收到不错的效果。

［实验设计一］

取一塑料瓶，在瓶塞上打上若干小孔，将镁粉装入其中。 在培养皿中放入适量酒精，点燃后，将镁粉不断撒落在燃着的酒精上方。 同时配以节奏分明的音乐，镁粉在火焰上随音乐“舞动”起来，镁粉燃烧的耀眼白光变的柔和且对眼睛刺激较小，如同烟花绽放般的景象让学生惊叹， 学生深深感受到实验现象之美，获得愉悦感，从而更加投入地学习。

2. 实验清洁环保 绽放“绿色”之美

化学与环境污染密切相关，很多环境问题的解决要靠化学方法来实现。 中学化学课堂是最直接的环保教育基地。 化学课本比较重视在化学教育中渗透环保绿色的理念， 教材编排中涉及许多环境污染问题，如温室效应、可吸入颗粒物、大气污染、酸雨等。 这些书本的“绿色”点滴贯穿着整本初中教材，让化学学科无处不在绽放着“绿色”之美。 然而化学作为一门以实验为基础的学科，化学实验过程中有时会产生一些有毒或者有害的物质，这些物质对环境及师生健康带来了一定危害。 这给化学的美带来一处不和谐的音符。 因此，在实验过程中就需要通过一些有效措施对容易产生有毒有害物质的实验进行完善。 使化学实验对实验场所和环境的污染降到最低限度。 同时让学生感受绿色化学实验的美好。

例如：在探究酸雨形成过程中，以往实验是将燃烧匙内点燃硫粉后伸入充满氧气的集气瓶中，待燃烧结束后，盖上玻璃片。用注射器抽取40mL 二氧化硫及10mL 滴有紫色石蕊试液的水溶液。 整个过程中，硫粉燃烧在敞口的集气瓶中燃烧，势必导致部分二氧化硫气体外泄，整个过程不够环保。 而针对这一缺点，利用医用针筒对实验进行改进，能够有效地避免环境污染问题。

［实验设计二］

在集气瓶上塞上双孔橡胶塞，分别插入燃烧匙和医用注射器（50mL），待点燃燃烧匙内硫粉后，迅速插入集满氧气的集气瓶中， 待燃烧结束后，用医用注射器抽取瓶内40mL 二氧化硫气体。拔下注射器， 针头仍然留在双孔橡胶塞中，并迅速用自制小橡皮塞封住注射器针头的上端，防止瓶内剩余气体外逸。 随后继续用针筒抽取10mL 滴有紫色石蕊试液的水溶液并进行后续实验。

此处改进，有效避免了二氧化硫气体在敞口容器中会逃逸出一部分的缺陷。 而且对于集气瓶中剩余的二氧化硫气体，可用注射器向其中注入氢氧化钠溶液吸收。 这样一来，二氧化硫气体由于是在密闭容器中，且剩余气体及时处理，可将污染将至最低。整个实验无处不在体现着环保绿色之美。

3.实验微量高效 绽放简约之美

著名心理学家、教育家布鲁纳认为：任何学科的内容都可以用更为经济、富有活力的简约方法表达出来，从而使学习者易于掌握。 陶行知曾说过：“凡做一事，要用最简单、最省力、最省钱、最省时的法子，去收获最大的效果。 ”一些化学实验耗时较长，用量较多。若实验能够尽可能采用简单的实验装置，用较少的实验步骤和实验药品，在较短的时间内完成实验，以简驭繁，省时高效，有效提高了课堂教学的质量。 实验过程中让学生感受化学实验的简约之美。

例如：要证明浓硫酸的吸水性，一种实验方法是将浓硫酸置于敞口容器中，先称量开始的质量，放置一段时间后，再称量一次质量，发现质量变大了，可以间接证明浓硫酸具有吸水性。 但是由于浓硫酸具有强烈的腐蚀性，放于敞口容器中，存在的一定的危险性。另外吸收了水分之后的浓硫酸仍然是一份浓度较高的酸，还需进行后续的废液处理，整个过程显得繁琐耗时，课堂教学受到限制。 而对该实验采取微量化处理，则可以让实验过程变得简洁高效。

［实验设计三］

取一支温度计，将其底部温度计水银泡蘸取浓硫酸，在一个充满空气的大烧杯中不断甩动，发现温度计温度在上升。 由于浓硫酸溶于水会放出大量的热，而空气中有水蒸气，浓硫酸吸收了空气中的水分后放出热，间接证明浓硫酸具有吸水性。

该实验微量简洁，不仅节约药品、节约时间、而且安全可靠。 简洁却可以说明问题。 这也是我们不断追求“大道至简”的教学境界。

4.实验推理严谨 绽放逻辑之美

新课程标准倡导学生初步养成勤于思考、敢于质疑、严谨求实等科学品质。 具有依据已有的知识和经验对猜想或者假设做初步论证的意识。 化学实验过程中必然存在着大量的推理论证过程。 在实验过程中，设计环环紧扣的实验步骤，引导学生进行严谨的推理论证，层层分析推进，帮助学生建立起恰当的思维模式，形成正确的结论。 化学实验推理过程借助逻辑推理方法进行，既在逻辑思维过程中，根据现实材料按逻辑思维的规律和规则形成概念，作出判断和进行推理。 实验过程中，类比论证过程严丝合缝，让化学实验产生一种严谨的逻辑之美。

例如：氢氧化钠溶液和二氧化碳反应没有明显现象。学生无法判断该反应是否进行。一般直接告知。但这种灌输式的教学方法显然不利于学生科学素养的形成。 而通过设计环环紧扣的实验，可以很好地解决灌输式教学的弊端，对新知识的产生和理解有着很强的说服力，同时对培养学生分析问题解决问题的科学探究能力大有益处。

［实验设计四］

取两个软塑料瓶（可选用矿泉水瓶），集满二氧化碳。 准备两个橡皮塞，塞子上分别插入一个医用注射器， 医用注射器内吸入一定量稀盐酸 （后续实验备用）。 分别倒入适量氢氧化钠溶液，迅速塞上带有医用注射器的橡皮塞，振荡软塑料瓶。发现塑料瓶变瘪。引导学生思考为何振荡后瓶子变瘪？

仅仅看到瓶子变瘪说明氢氧化钠和二氧化碳发生了化学反应，缺少说服力，学生心存疑惑。 因为二氧化碳能溶于水，可能是因为二氧化碳的溶解而导致瓶子变瘪。 此时，正是引导学生进行逻辑推理的大好时机。 如何证明不仅仅是因为二氧化碳溶于水导致的瓶子变瘪呢？

这时，可以用控制变量法的思想，再用一个一模一样的软塑料瓶，集满二氧化碳，加入等体积的水，振荡后发现瓶子只是稍变瘪。 从这一对比实验，可以初步判断氢氧化钠和二氧化碳发生了化学反应，有较强说服力。 这时，学生势必想要知道既然氢氧化钠和二氧化碳发生了化学反应，那么主要产物又是什么呢？

通过学生已有经验，氢氧化钙和二氧化碳反应能够生成碳酸钙和水的事实， 学生猜测可能是碳酸钠。那么如何证明产物是碳酸钠呢？ 可给予信息提示：稀盐酸和碳酸钠反应会产生二氧化碳气体。 根据这一信息提示，继续实验：将一开始注射器中准备好的稀盐酸推入瓶中，发现瓶内液体迅速冒出气泡，可得到结论：氢氧化钠溶液和二氧化碳反应有碳酸钠生成。

整个推理和实验过程，不仅有利于学生新知识的建立和理解，依据已有知识，借助逻辑推理方法设计探究性实验。 学生感受科学实验的严谨和艰辛，这比教师的直接讲授有效得多，同时化学实验推理的逻辑之美与魅力此刻尽现。

5. 实验合理防护 绽放安全之美

化学实验过程中， 一些化学药品及实验操作等具有一定的危险性。因此，必须要树立安全责任重于泰山安全意识。另外，正因为一些化学实验存在危险性，一部分学生会对化学实验存在恐惧心理。而这样的心理不利于学生认真观察实验。因此，在设计实验时，进行正面引导，预知可能出现的一些危险情况，实验过程中提前做好合理的防护措施， 将可能出现的危险防患于未然。危险是可以预防的，只要积极地进行防护， 那么一些危险性的实验也可以顺利地进行，消除了学生想做实验而不敢做实验的矛盾心理，感受到安全之美。

例如：金属活动性顺序中，为了说明不是所有的金属都是可以顺利地将盐溶液中的金属置换出来的，同时感受一些金属的化学性质非常活泼的性质，可通过补充钠和硫酸铜溶液反应这一实验来说明。但是该反应剧烈， 反应过程中可能会有一些碱液溅出，甚至会有火花产生。学生对于这样剧烈的现象非常期待，但又害怕其中的碱液会溅出，想凑近观察但因为恐惧心理却又保持着一定的距离， 因此很难顺利地观察到这个实验过程。 但是，只要稍加防护，就完全可以消除学生的这种恐惧心理， 可以大大降低危险性。

［实验设计五］

实验时， 在烧杯中放入一定量的硫酸铜溶液，切取一小块钠投入其中， 迅速在烧杯上方罩一个大漏斗。 可以有效避免溶液从烧杯中溅出，而且，还能观察到从漏斗的尖嘴口冒出的白雾，间接说明此反应的剧烈程度。

精心设计的化学实验， 无处不在体现理性思维与感性认知的和谐统一， 潜移默化中培养学生的科学素养。增进对化学学科的美好情感，领略化学学科之美！

［1］ 刘知新主编.化学教学论［M］.北京：高等教育出版社，2004

［2］ 王祖浩. 全日制义务教育化学课程标准解读 ［M］. 武汉：湖北教育出版社，2005

［3］ 杨秋霞. 浅谈新课程理念下的初中化学实验教学的改进［J］.学周刊.2011，（3）：166

［4］ 张伟林. 初中化学实验教学改进探索［J］. 教学与管理，2011，（10）：71-72

［5］ 孟玉洁. 初中化学实验的微型化改进［J］. 西北成人教育学报，2012，（6）：111-112

［6］ 许安忠. 有关初中化学实验安全的思考［J］. 学周刊.2012，（5）：183-184