2017江苏省化学创新实验比赛观摩有感

2017-11-14朱清勇杨宝权

化学教学 2017年10期

朱清勇+杨宝权

摘要：介绍了江苏省第六届中学化学创新实验调演比赛及观摩活动的概况，通过分析创新实验比赛的作品，认为化学实验的创新要关注文献、新仪器开发、药品条件的优化、生活用品、新科技展示以及环境友好设计等。对当前的实验教学和创新情况做了反思，认为实验创新需服务于教学、为学生发展、力求简约控制。

关键词：实验创新；核心素养；原则和策略

文章编号：1005–6629（2017）10–0018–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2017年4月26～28日，江苏省第六届中学化学创新实验调演比赛及观摩活动在徐州市成功举办。本次比赛共展示了江苏省13个大市的67件创新实验作品，凸显了创新精神，展示了实验之美。展演中老师们不断闪现智慧的火花，完成了一个个精彩的化学实验。展演实验将观众的视角由书本知识转向了实验与创新，引领教师思考如何感知物质世界，如何用实验教学引导学生感知物质世界的变化、享受实验的快乐。

积极从事化学实验教学的教师逐渐发现，由于初中化学内容少、起点低、启蒙限制的要求多，致使实验创新之路越走越窄。然而，现场观摩此次调演后笔者对初中化学实验创新有了很多新的认识。

1 实验创新的原则和策略

2012年《义务教育化学课程标准修订稿》提出必须重视化学实验，“化学是一门以实验为基础的学科，在教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。”化学实验集中体现科学精神和态度，具有非常丰富的教育价值和内容，利于发展学生的核心素养。

1.1 认识初中化学实验的功能

“化学实验是进行科學探究的重要方式，学生具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保证”[1]。初中化学实验改进创新的根本目的是服务教学、服务学生，解决实验教学中存在的问题，让学生动手做实验、动脑思考、探究为什么；实验创新应该以学生的发展为本，做到教师时刻关注提升学生的核心素养。

1.2 初中实验创新的方向和策略

化学实验不仅要追求与新科技结合的科学性研究，而且也要追求与趣味性、安全性、环保性、生活性和简约性相结合。因此，初中实验改进创新的方向是：操作创新、条件创新、仪器创新、迁移创新、展示创新和整合创新等方面。依据上述要求，具体的实验创新策略如下：

1.2.1 加强对资料、文献的查阅和研究

多查阅资料、多研究文献、尊重知识产权是初中化学实验创新的必备条件。想做一个批判的实验创新的思考者，就要有独特的实验创新思考；有独特的实验创新思考，就必须多读书，多查阅文献；多读书多查阅文献才会发现更多的不足，避免不必要的重复，也才可能产生更好的创新灵感。

1.2.2 开发新的化学仪器，创新重组实验装置

化学实验的创新改进常常是“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”，我们可以通过对常规仪器重组来实现实验改进，也可以通过开发新仪器来进行实验创新。例如初中沪教版教材蜡烛及其燃烧的探究实验[2]，周海华老师多次创新后的自制玻璃仪器[图1（3）]使实验现象更明显，实验成功率更高。首先在铁架台上放一支蜡烛，并将自制气体检验器固定在铁架台上，使自制仪器下端玻璃管口离蜡烛的距离约2cm，点燃蜡烛，观察到下端管壁出现大量水雾并逐渐消失，而在自制仪器上端球体B处外管内壁周围出现大量水珠；从支管口A处注入澄清石灰水，观察石灰水逐渐浑浊，塞上橡皮塞振荡，浑浊现象更为明显；再从装置C管处点燃一支蜡烛，熄灭蜡烛后在C管上端用火柴点白烟，发现蜡烛又复燃。当然，他用漏斗和干燥管组合而改进的装置[图1（4）]成功率也很高，真是让人有豁然开朗之感。

1.2.3 寻求实验药品与实验条件的最佳组合

实验创新改进可以通过选择实验药品的种类、用量和浓度使其简约化；也能改变实验条件来寻找和药品的最佳组合来优化实验。凌晨老师对铁与水蒸气反应的实验进行了改进（如图2），尝试利用物质分解产生高温水蒸气，与试管中的铁粉发生反应。通过对比实验探究，发现利用氢氧化铝提供高温水蒸气进行实验很成功，而利用粉笔加热其主要成分CaSO4·2H2O分解生成高温水蒸气更加简易有效。

1.2.4 巧用生活用品，创新化学实验

实验装置的创新可以利用生活用品和生活废弃品。生活用品能直接组合使用，也能改良后使用，可以加装化学仪器使用，也可借鉴开发适合化学实验的仪器。

本次实验比赛笔者发现很多生活用品如电子点火枪、充电宝、USB数据线、2B铅笔芯、注射器等在实验改进中使用确有奇效。如潘玲玲老师设计的一套安全爆炸改进装置，可用来完成面粉、汽油、氢气等可燃物的爆炸实验（见图3），其中用电子点火枪和塑料杯组成爆炸装置很有特色：简易、安全、可靠；再如朱雷老师利用充电宝、废弃USB数据线、2B铅笔芯改进的电解水装置更显神奇（见图4），能让学生明白只要善于发现、善于创造，化学无处不在。

1.2.5 整合新科技，创新实验课程

创新实验，可以将物理、数学、计算机、生物等各学科知识与化学实验相融合，并加以综合运用。特别是基于网络信息或生产生活事件为灵感来源的实验创新，可将高新技术和各种文本、视频等资料迁移到化学实验中，而迁移的高新科技成果可以是3D打印、手持技术、自动化控制设备等。张建林等老师合作完成的创新实验“基于智能实验系统的中和热测定”（如图5），融合3D打印、手机智能控制、数据传感器和日用双层保温玻璃杯为一体的创新实验展示，师生共同开发的教师演示版本和触摸屏控制的学生实验版本等装置的设计，实现了化学实验的自动化、现代化和数据化。创新设计的自动化的化学实验装置，既省时高效，又安全环保。此实验设计得到了评委专家的交口称赞，被评为本次实验创新调演的一等奖第一名。现场观摩的老师也都觉得很震撼，有脑洞大开之感：“化学实验居然可以这么做啊！”endprint

1.2.6 关注环境友好，设计创新实验

关注环境友好是化学实验发展的必然趋势，也是化学实验创新的立足点之一。针对教材中污染大、现象不明显、操作复杂、不利于发展学生探究能力等弊端的实验，实验设计时需体现环境友好理念。目前关注环境友好化学产业正在全世界兴起：合成方法应具原子经济性，如原子能100%转化就是理想的绿色化学；尽量不产生对环境有害的物质，在源头杜绝污染。初中化学实验设计体现环境友好理念正是本着减少污染努力向杜绝污染方向发展，培养学生的科学素养和环保意识。例如实验室制氧气实验：过氧化氢工业成本低且产物无污染，优势明显。在学生实验时，将教材上高锰酸钾改成过氧化氢制氧气正是基于体现环境友好理念。再如本次比赛梁峰丽老师设计的二氧化硫性质一体化实验（如图6），通过医用输液袋利于密封存储气体、便于抽取气体样品的优点，实验探究二氧化硫的漂白性、氧化性、溶解性和还原性，在保护环境的前提下系统学习了二氧化硫的性质，并联系实际模拟了酸雨的形成过程。一体化的封闭设计呈现了精彩的化学，也充分体现了环境友好理念。

2 实验创新设计注意点

当然本次实验创新调演中也存在许多值得反思与商榷之处，如追求实验装置的整体设计、定性实验的过度定量化、手持技术在实验中泛化应用等。因此，笔者对实验创新设计有三点建议：实验创新设计需服务于教学、为学生的发展、力求简约控制。

2.1 实验创新设计服务于教学，重在原理解释、难点突破

化学实验创新设计的重要价值是实现实验功能增值，突破课堂教学难点，最关键的是对实验内涵的挖掘和对原理的深刻解剖。进行化学实验创新设计首先要深入研究实验设计的意图，所要达到的教学目标，其次要找准现有实验存在的问题，如直观性、可操作性、功能价值等，根据存在的问题明确实验改进的方向、思路。

2.2 实验创新设计要促进深度理解、发散思维

创新实验设计，培养创新精神，“初步学会设计实验方案”、“能在教师指导下或通过合作，根据具体问题创新设计简单的化学实验方案”，是2012年《义务教育化学课程标准修订稿》对初中学生实验设计与创新精神培养的要求。实验创新要立足于教科书又要超出教科书，化学实验创新不要孤立为教师的个人活动，要积极吸引学生参与进来，从而激发他们的创新思维[3]。师生都应发散思维、敢想敢做。实验创新中，从实验内容、实验步骤的创新设计，得到最佳的实验效果的过程，可以使学生感受到科学精神的陶冶，加深对科学的深度理解，促进学生终身发展的核心素养的形成。

2.3 实验创新设计应追求实验的简约控制

化学实验创新的高层次的功能是引导学生建立化学学科思想观念：如简约操作控制、系列设计、微型设计思想等。

首先是实验操作简约、实验现象可再现。在实验教学时，只有简约设计实验器材輕装上阵，教师才更有意愿去进行实验教学。如在做氧气的化学性质演示实验时，通常准备6%过氧化氢溶液和二氧化锰，仅用一个集气瓶就可在课堂现制氧气、探究氧气的化学性质。集气瓶是氧气发生器也是收集器，将氧气的性质实验木炭燃烧、蜡烛燃烧、铁丝燃烧等集成简约化。通过添加6%过氧化氢溶液完成系列氧气的性质实验，充分呈现奇妙的化学世界[4]。

其次是实验微型设计思想。实验微型设计以微型简约、绿色安全等实验设计原则为指导，用微量的试剂在微型仪器中进行实验，在保证实验现象明显的前提下，对原有实验加以改进和创新。本次展演中严晓玲老师设计的氢气可燃性和还原性实验（见图7），微型高效，绿色安全的思想得以充分体现。

化学实验创新是化学教师对化学实验的深刻理解，也是对科学精神和核心素养的不懈追求。化学实验创新过程中化学教师要有数据意识和批判意识，要防止伪科学；化学教师要充分理解装置和理解操作，防止将实验复杂化；化学教师要有工匠精神和熟练操作意识，要防止轻视操作的现象。总之，化学实验创新任重而道远！