发挥实验功能，推进教学转型——中学化学主题教研活动案例简述

◎ 刘发初

化学实验不仅是化学科学赖以形成和发展的基础，更是化学教学中学生获取化学经验知识和检验化学知识的重要媒介和手段，是提高学生科学素养的重要途径。化学学科核心素养之四是“实验探究与创新精神”，细化的内容有：“发现和提出有探究价值的化学问题，能依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论；能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想；能尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。”从实践层面激励学生勇于创新。

化学科学的基础是化学实验。因此，化学教师无论对化学实验重视到什么程度都不为过。化学学科培养学生的学科核心素养是国家意志，未来愿景。突出化学学科特点，发挥实验教学功能，既是我们的一个教学抓手，又是我们一直努力的方向。

一、化学实验教学的创新方式

（一）教学增加实验的趣味

教师应挖掘演示实验中蕴藏的科学素材，优化演示实验的教学过程，以使学生的化学学科体验变得饶有趣味且富有科学意味。如乙炔的制备：取约10 g小粒电石，浅埋于盛有碎冰屑的250mL烧杯中，当冰屑表面有白雾产生时，开始点燃。

新奇的演示方式可以激起学生的好奇心，促使学生积极地进行实验观察，在此基础上完成对电石与水反应的认识。随后教师让学生利用已有的实验经验思考“如何利用常见的实验仪器获得平稳的乙炔气流”，并设计简要的实验装置。

（二）教学开展微型实验

微型化学实验是使用尽可能少的化学试剂来获取尽可能多的化学信息，它是在微型化的仪器中进行小剂量的化学实验，实验成本低、污染少，教学效果明显，促使学生多动脑动手，增强环保意识。如点滴板上进行溶液实验，利用胶头滴管和试剂瓶进行有毒性气体产生的实验；运用Y形管进行SO2、H2S发生和反应实验；借用W形管进行Cl2、H2S或SO2等气体一系列的性质微型实验等；还可利用滤纸本身的毛细特质、颜色纯白等特性，在滤纸上进行化学微型实验，如纸层析实验。

1.在滤纸上做系列微型实验

（1）SO2使品红溶液褪色实验：将一片品红溶液浸湿的滤纸投入收集SO2的试管中，塞紧橡皮塞，摇动试管，滤纸的红色迅速褪去。然后对试管中的滤纸微微加热，滤纸又变为红色。

（2）卤素活动性强弱实验：在滤纸的中心处滴一滴KBr溶液湿润，滴一滴氯水后出现黄色斑点，再滴一滴KI溶液出现浅褐色斑点，最后滴一滴淀粉溶液，出现蓝色斑点。

2.在pH试纸上做系列微型实验

用pH试纸验证盐类溶液的酸碱性：在玻璃片上放置5张pH试纸，每张纵向间隔2cm左右。在每张试纸的一端分别放置一小粒不同盐类的固体，用滴管在盐粒上滴加2滴蒸馏水，即可观察到试纸上的颜色变化。

用pH试纸演示电解氯化钠溶液实验：取一张广泛pH试纸，浸润了饱和NaCl溶液后，放置于玻璃片上，取两只回形针夹住试纸两端，利用导线、干电池连接好电路，并观察实验现象。

（三）教学进行“封管”或“套管”实验

“封管”作为实验演示的手段，具有简易、方便、节约、省时、绿色、直观等多种优点。如“碘的升华”演示实验、“氯化铵受热分解”实验、“温度对NO2和N2O4的化学平衡的影响”演示实验、SO2品红溶液的漂白实验。

利用套管实验，将碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性实验合二为一，形成对比。铜与浓硝酸的反应，将带有小孔的试管插入盛有NaOH溶液的锥形瓶中。气体的发生和性质实验用带有小孔的试管组装纵向套管实验可简化实验装置，防止有毒气体逸散到空气中。

（四）教学实验借助新工具、新技术

利用激光笔，观察胶体的丁达尔现象；利用针筒、Y形管、U形管或W形管进行实验等。如磁加热搅拌器的运用：在制备乙酸乙酯的演示实验中采用磁加热搅拌器可使实验现象格外明显，且耗时少，更安全。

对于耗时长、成功率不高或现象不明显的实验可以事先拍摄实验视频，还可以引导学生在课外用手持技术实验进行研究性学习，体验实验的过程。

实验探究应用现代技术，如酸碱中和滴定实验：可使用pH传感器，不断测量标准液滴入待测液过程中的pH，通过图形计算器记录测得的pH并绘制pH-V曲线，从曲线中判断等当点并找出对应的体积。

二、化学实验教学的转型应用实例

（一）以“酸碱中和反应”为例

光明初级中学的A老师利用彩虹管的实验引入，激发学生兴趣。教师通过对彩虹管内彩虹形成化学原理的分析，帮助学生理解酸碱能发生化学反应。

教师借助学生喜欢的卡通动画形式，设置交换舞伴情境，帮助学生理解复分解反应的微观过程。学生从讨论化学变化宏观表现出放热的现象与微粒结合的主动性中的相关性着手，通过收集、分析不同的实证，感知中和反应的本质是酸中氢与碱中的氢氧根结合并放出热量的过程。

教师运用数字化实验，将肉眼看不到的化学反应过程借助pH和温度变化的动态呈现，促进学生对反应过程的理解；通过收集“反应放热与微粒重组关系”的实证，利用一个实验不同角度的数据分析、不同组实验的数据分析，提升学生对实验数据和图像分析、处理能力，帮助学生从定性和定量的角度深层次地理解概念的内涵。

教师对于本节课的引入用了一支彩虹管，很吸引学生眼球；借助了卡通动画解决了化学变化宏观表现出放热的现象与微粒结合的主动性中的相关性；利用数字化实验采集酸碱溶液混合时pH和温度数据并同步显示动态图像，得到了“反应放热与微粒重组关系”的实证。

本节课的最大特点是把看似简单的教学内容，基于证据进行细化、深化，分层展开新课教学。课堂中教师运用教学新理念，借用实验新技术，关注学生实际情况，创造性地使用教材，突破性地进行教学，反映出授课教师的良好教学功力，必将对全市初中化学教学起到积极的导向作用。

（二）以“揭秘原电池”为例

敬业中学的B老师执教“揭秘原电池”一课，从儿时最爱的玩具——小车引入，让学生动手实验使小车跑起来，激发学生探究的兴致和欲望。新课通过学生对原电池的拆卸和重装活动，观察、描述、分析和归纳，分层有序地揭秘出电池里有什么，电流从何而来，正负极如何确定，剖析出铜锌原电池的工作原理。整个过程教师让学生在做中学，获得更多的体验，在思考讨论中水到渠成地形成原电池的概念。接着以铜锌原电池为模型，放手让学生尝试设计组装其他原电池，由例及类，并顺势介绍形形色色的电池。学生由此开拓视野，学习透过宏观现象追寻微观本质的化学思维方法。教师最后简要介绍中国创造世界首列氢燃料电车前不久已在唐山正式运营，让学生感受原电池的应用前景。教师适时地进行爱国主义教育，宣传化学学科价值。

这节课中教师借用玩具小车作为线索，明白学生需要什么，把握了学生心理；用“神秘的液体”吸引学生，学生有兴趣，想尝试，探究竟；动手、动脑、动嘴，师生互动、生生互动，观察、思考、模仿，课堂上学生始终处于一种积极的思维状态，得到的不只是知识，还有对这门课的热爱。

课题原电池是教材中的明星内容，现实中既实用，又具有启发性，是促使学生喜欢化学的值得推荐的素材之一。对电源的研究既古老又现代，虽说它在教材中所占篇幅很小，作为教师要充分挖掘教材资源，用好教材，活用教材。

怎样让学生喜欢化学呢？我们的教学一定要以生为本，从学生已有的知识和经验出发，想学生所需。课堂一定要转型，转型的方式之一可以借助实验，利用新技术演示、改进和创新实验，充分发挥好化学实验在化学教学中的功能。用什么观念去设计课呢？那就是培养科学思维，启迪学生的智慧。因为喜欢的持久性在于会思考。

（三）以“物质在溶解过程中的变化”为例

复旦附中青浦分校的C老师执教“物质在溶解过程中的变化”一课，以硫酸铜中铜离子的颜色为问题线索，围绕颜色变化这一宏观现象背后的深层原因，作为激发学生兴趣和思维挑战的种子，从微观、实验和逻辑推理等多角度寻找证据。

在解释生活中常见现象的过程中，不知不觉中让学生重新认识了物质的溶解过程。通过实验异常现象的分析，揭示溶解产生热效应的原因，溶解的最大限度是饱和溶液，通过案例事实感受溶解平衡的存在，了解溶解和结晶这一动态平衡关系，以及条件对溶解平衡的影响。

本节课所授内容要想在教学中出彩有一定难度，但C老师做到了。教学中的六个环节过程通顺流畅，得益于教师对教材的理解和把握，得益于对学生认知脉胳的理解和把握。较好地用学生以前所学知识活化今天所学内容，问题指向明确，数字化实验运用巧妙，教学立意立足于学生的素养。教学设计有思想，问题设置有质量，过程推进环环相扣，具有逻辑性和严谨性。

从学生无疑处设疑，引发认知冲突；有意设置矛盾，引发学生思考。整节课紧紧围绕硫酸铜的溶解和结晶，分析透彻到位，思维有深度。学生的课堂参与更多的是深层次的思维活动，演绎符合学生的认知规律。

课的总体突出了一个“通”字：前后知识、新旧知识的贯通，师生之间、生生之间的沟通，学生与知识的联通，实验与知识之间的融通。在化学发展进程中实验始终处于主导地位，笔者相信在教学转型中化学实验必将也处于主导地位。

总体上来看，以上三节展示课有下列三个共同点：一是实验改进有创新；二是实验教学设计有立意；三是实验教学立足于学生的发展。以上三节展示课所采用的实验教学模式为探究性实验的教学模式，即按“实验—问题—讨论—结论”或“问题—讨论—实验—结论”的程序进行教学。与传统的验证性实验相比，采用探究性实验教学模式，更能促进学生学会如何自主地提出问题，如何设计实验，如何进行观察实验，如何用学过的知识来解决问题或发现新的规律，同时也更能激发学习的动机。

由于探究性实验的过程不确定性和结果的不确定性，能极大地激发学生的内部动机，使他们初步尝试到科学探究的乐趣，受到科学方法的训练，培养其独立性和创造性，有利于提高学生的化学学科核心素养。

三、化学实验作品的特点趋势呈现

中学化学教学要对学生进行科学道德教育，课改新教材中实验药品的限量使用、封闭反应体系、应用现代科学技术手段进行实验探究、模拟实验等，体现了重视实验绿色化思想和可持续发展的教育理念。

为了更好地发挥实验功能，推进教学转型，还需要对化学教学中的实验本身进行创新，从而为教学中实验功能的发挥提供充足的资源保障。创新实验作品，做到实验材料廉价易得，实验装置简单，实验操作方便，实验步骤少，实验时间短，有一些实验还特别地生动、有趣。

（一）强化创新意识

从教学需求出发，合理选择切入点，并在查阅文献，充分了解同行研究进展的基础上开始实验创新，既避免了重复研究，也有利于提升研究的品质。例如，华东师范大学附属东昌中学某位教师的作品，通过常用的仪器获得液体薄膜，从而使高锰酸根离子电迁移的实验效果又快又好。

（二）关注学生有实践和体验的机会

让化学实验成为促进学生实践和体验的工具，或将实验小型化，或采用日常生活中容易获取的材料开展实验，降低开展实验的门槛。例如，万源城协和双语学校的教师利用密封塑料袋和电子秤，实现婴幼儿补钙剂中微量钙含量的测定，增添了新的家庭定量小实验。

（三）关注实验效率

课堂教学中实验的应用往往需要实验时间短、操作简单、现象明显，需要教师进行大胆探索。例如，西郊学校的教师利用干冰喷雾的迅速降温作用，使二氧化氮气体颜色迅速变浅至几乎无色。

（四）重视数字化技术的应用

很多教师关注利用数字化实验来揭示化学变化中的量变情况，有的还借助日常使用的手机及相关的APP开展化学实验，有的将最新的数字化实验技术尝试应用于化学教学的应用。例如，格致中学的教师利用“Ti创新者系统”，实现指定pH溶液的自动化配制，开拓了自动化实验的新思路。

实验作品创新微型化、绿色化和数字化，表现在将普通实验改为微型化实验，将开放式实验改为封闭式实验，将常规实验改为数字化实验，将成功率不高的实验改为易操作、现象明显的实验等。教师借助实验探头、密封袋、医用针筒、家用真空盒、袋装茶叶袋、单向阀、琼脂、比重计、丁烷燃烧灯、石英管等材料或工具改进和创新实验。

实验作品的创新旨在引领教师强化实验观念，重视对化学实验的研究和创新，积极发挥实验在教学中的功能和作用，进而激发学生对化学的兴趣，培养学生动手动脑的习惯，促进学生能力的发展，促进中学化学教学转型。通过展评活动发掘一些优秀作品，并对优秀作品通过专家打磨，集众人之长，得到进一步优化和完善，进而推广使用。

综上所述，化学实验是一种学习方式，有助于激发学生学习化学的兴趣，有助于体验科学探究的过程，有助于培养科学精神和问题意识，是提升实验能力的最佳途径。可见，教师通过化学实验教学可以培养学生的创新意识、实验能力、科学方法和合作精神。