实验创新的成果应用于课堂教学的实践与反思

许乃义

摘要：通过对“空气中氧气体积分数的测定”等几则创新实验案例的分析，从实验创新理念及“生态化”、“定量化”、“习题化”等角度对实验创新进行反思。提出将实验创新的成果应用于课堂教学时，教师应从培养学生化学学科核心素养及训练学生化学实验基本操作技能等目标出发，牢固树立“以学生发展为本”的实验创新理念。

关键词：化学课程标准；实验创新；氧气体积分数；课堂教学

文章编号：1005-6629（2018）1-0059-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1问题的提出

《义务教育化学课程标准》在“课程内容”中对“认识空气”有如下活动与探究建议：通过实验探究空气中氧气的体积分数。现行沪科版和人教版教材均采用如图1装置实验验证“空气中氧气的体积分数”。

在教学实践中，教师发现用图l装置进行实验时，存在如下几点不足：（1）红磷要在集气瓶外先点燃，导致有少量五氧化二磷扩散在空气中污染空气可能危害人体健康；（2）红磷点燃后伸入集气瓶的过程中，因为有部分集气瓶内的空气向外扩散，导致实验结果不准确；（3）导管内原有空气和残留在导管中的水可能影响实验结果的准确性。

基于上述不足之处，通过查阅相关文献资料，发现对该实验可从以下三个方面作探究改进：（1）使实验结果更加准确；（2）使实验更加绿色化；（3）使实验操作更加简便、快捷。

本文拟结合“空气中氧气体积分数的测定”等几则实验改进的典型案例的分析，谈谈将化学实验创新的成果应用于课堂教学的一些思考和建议。

2典型案例分析

2.1用现代化的数字传感技术改进传统实验

数字化实验已悄然走进中学化学课堂，在一次省级实验创新调演比赛中，有近四分之一的实验创新用到了数字化實验，数字化实验能快速、准确、实时地采集数据，并能自动记录和处理数据，这是传统实验所不具备的。

某次市级初中化学评优课活动中，一位老师用数字传感器代替图1实验，快速、准确地测出空气中氧气的体积分数，“节省”了宝贵的课堂教学时间。但这样对图1实验的创新设计并没有得到评委们的认可，因为图1实验为验证性实验，通过实验得出空气中氧气的体积分数仅是实验目的之一，另外，还应该让学生领悟化学家们测定空气中氧气含量的实验原理，通过对实验误差的分析，还能培养学生科学、严谨的实验态度等。用数字传感技术直接告诉学生实验结果，显然不能达到这样的教学目标。

2.2可燃物的点燃方法

目前，对可燃物点燃方法的改进主要有以下2种：

这两种改进优点是：提高了测定结果的准确性，又可以避免五氧化二磷的扩散，使得实验更加绿色化。但图2实验很明显受环境影响较大，如果是阴天或雨天，实验就做不了；另外集气瓶不是均匀受热，实验过程中集气瓶还可能会爆裂。图3实验对电压的控制等操作比较复杂，且让电热棒冷却至室温需要耗费一定的时间，课堂上的宝贵时间是否允许值得商榷。

2.3装置

常见的对装置的改进设计如下：

改进后装置与图1装置相比，磷的燃烧自始至终都在密闭容器内发生，克服了图1实验的不足，且将注射器、破裂的试管用于实验，对学生做家庭小实验的取材等是很好的启发。但笔者通过实践发现：图4和图5实验由于注射器活塞与筒壁间摩擦力的作用，实验结果往往偏小，改进后三套装置由于连接处较多，在保证气密性良好的操作上远没有图1实验简单。

2.4用其他可燃物代替红磷

这种改进方法用铜和白磷代替红磷最为常见。用铜代替红磷的优点是克服了五氧化二磷可能产生的危害。但笔者通过实践发现：铜与氧气的反应消耗氧气速度要比磷燃烧慢很多，从“向课堂45分钟要效率”角度出发，显然用红磷比铜好。由于白磷着火点只有40℃，克服了图1实验在集气瓶外点燃红磷的缺点，但白磷有毒且易自燃，所以无论是取白磷的过程，还是对实验结束后剩余白磷的处理等，远没有红磷简单；另从学生角度出发，做图1实验时，学生刚接触化学不久，用白磷做实验，还可能引起学生对化学实验的恐惧感。综合以上各因素，这也许是图1实验选用红磷作可燃物的原因。

3几点思考

3.1牢固树立以“以学生发展为本”的实验创新理念

“让学生有更多的机会主动体验科学探究的过程，在知识的形成、相互联系和应用过程中养成科学的态度，学习科学方法，在‘做中学的探究实践中培养学生的创新精神和实践能力”，是新课程倡导的基本理念之一。化学实验是学生进行科学探究的重要方式，通过实验课教学所掌握的化学实验技能是学生学习化学和进行探究活动的基础和保证，也是学生获取知识、发展化学能力的源泉。按照实验目的，可将实验分为验证性实验、探究性实验和应用性实验，不同类型的实验，有不同的教学功能。对“空气中氧气体积分数的测定”这类验证性实验进行实验创新，教师应牢固树立“以学生发展为本”的实验创新理念，发挥其最大教学功能。

3.2实验创新要防止过度“生态化”

实验创新的生态化是指在实验创新过程中运用生活化素材优化实验，实现化学实验的无害化、绿色化。主要表现在以下几个方面：（1）将可能产生有害物质的实验由敞口体系改为封闭体系，如图2等。（2）“集成化”处理实验。如将图1实验烧杯中的水换成硫酸铜溶液，利用硫酸铜与五氧化二磷的反应，实现五氧化二磷的“零排放”，还可以利用硫酸铜溶液的蓝色更方便地读取实验数据。（3）“微量化”处理药品用量。如图5，和图1相比，反应容器变小了，药品用量自然就少了。无论采取何种形式，其根本宗旨都是为烧杯A了实现“绿色化学”，减少环境污染，保护人体健康。

《义务教育化学课程标准》要求通过化学实验，使学生“树立绿色化学思想，形成环境保护的意识”。在实验创新的过程中，教师对教材实验进行“生态化”改进值得鼓励，但这类实验改进应把握好度。再如探究“微粒的运动”实验，沪科版教材采用如图7方法进行实验，部分教师对此实验作了如图8的实验改进。endprint

与图7实验相比，图8实验优点如下：（1）试剂“微量化”处理，节约了药品用量；（2）实验由敞口体系改为封闭体系，避免氨气污染环境。但图8实验的“可视化”程度明显降低，另外改进后实验的安全性也不能完全保证。在某次市级实验创新比赛中，有选手用图8装置进行实验，发生了橡皮塞冲出试管口的安全事故。笔者认为，学生通过正确操作偶尔闻一下氨气、氯化氢、氯气等刺激性气体的气味也是必要的，由于学生闻过氯气等气体的气味，当遇到类似气体泄漏事故时，便能第一时间判断是何种气体，对他们进一步采取防范措施提供有益帮助。

3.3提倡定性实验与定量实验相结合的实验新方法

定量实验是化学实验课程体系中的重要组成部分，它能有效地引导学生从量的角度认识物质的组成、性质及其变化规律。初中化学实验大多是定性实验，定量实验很少。对教材部分定性实验作定量研究，对初中学生形成“认识定量研究对化学科学发展的重大作用”的观念有很大的启发作用。

如图1实验可补充以下两个定量研究：（1）计算实验所需红磷的量；（2）测量实验结束后集气瓶内的氧气体积分数。

做图1实验时，为了说明集气瓶内的氧气已被“完全消耗”，教师在实际操作时，取红磷的量比实际需要的量要多很多，从节约药品的角度，教师可作如下定量研究：根据集气瓶的体积，通过化学方程式估算出大约需要的红磷的量，再用托盘天平称量。

对于图1实验，在条件允许的情况下，还可用数字传感器测量实验结束后集气瓶内的氧气体积分数。通过测量让学生明白：即使红磷过量，也不能完全消耗集气瓶内的氧气。这一定量研究有助于培养学生“变化观念与平衡思想”这一化学学科核心素养。

3.4慎用“实验题”创新教材实验

《义务教育化学课程标准》在“教材编写建议”中指出：教材编写过程中必须充分体现实验在培养学生科学素养方面的独特作用。教材实验是学科专家们根据“课标”的要求，紧紧围绕初中化学核心知识精心选择的，能提供给学生感性认识，增强知识的直观性，为学生的科学探究提供直接或间接的证据。考虑到初中生的实际，教材实验装置往往比较简单，实验所需仪器也是初中化学实验室中比较常见且易于操作的。

在某次市级实验创新比赛活动中，有選手用如图9、图10装置对“验证二氧化碳的性质”实验进行创新改进（图10中a、c为用紫色石蕊试液浸泡过的滤纸条，b为用紫色石蕊试液浸泡过的滤纸条且经过晾干处理）。

通过选手边演示边介绍得知：他们对实验改进的“灵感”均来自于对一些“实验题”的改编。这类“实验题”往往是对教材实验进行“集成化”、“综合化”的加工和处理，能全面考查学生对教材实验的掌握情况，但如将这些实验直接应用于课堂教学，无疑脱离了实际，使原本简单易操作的教材实验变得比较复杂，且学生的注意力和思维的重心可能会被引到对实验装置的构造及实验原理的分析上，反而忽略了对实验现象的观察，这显然违背实验教学的初衷。

4结语

从培养学生“实验探究与创新意识”这一学科核心素养角度出发，对教材实验进行“简易化”、“生态化”、“可视化”、“数字化”、“趣味化”等实验创新，化学实验才会更加充满活力，保持其在化学教学中的独特魅力。在实验创新过程中，教师应处理好实验教学与实验创新的关系，如将实验创新的成果应用于课堂教学，则一定要牢固树立“以学生发展为本”的实验创新理念。endprint