基于对比实验的创新设计

郑灷 潘红

【摘要】实验是化学的灵魂，实验的创新和改进不仅能激发学生学习化学的兴趣，也能最大程度地增强教学效果。本文从原实验不足、改进方法、应用实例与创新特色四方面介绍了基于对比实验的创新设计——多功能试管夹。

【关键词】对比实验;实验创新;化学学科;核心素养

化学是一门以实验为基础的自然科学。实验教学在中学化学教学中占据举足轻重的地位，是落实学生化学学科核心素养的实践基础。同时，化学学科吸引学生的无穷“魅力”就体现在“千变万化”的化学实验现象及隐藏其背后的化学反应原理。

作为中学化学教师，我们“都知道中学化学实验在中学化学教学和中学生化学学科素养形成方面的重要地位与作用，以及中学化学实验教学的不可替代性”。笔者通过统计发现，在现行人教版高中化学教材中，对比实验在高中化学实验中占据较大比例，但是其常规的演示操作存在一定的不足。本文将从原实验不足、改进方法、应用实例与创新特色等四个方面向大家介绍一种基于对比实验的创新设计——多功能试管夹的自制教具及在高中化学对比实验中的广泛应用。

一、原实验不足

1.操作难度大

常规的对比演示实验对教师的要求其实不低，教师不仅手要足够大到能同时拿得了多支试管，还要注意面对学生演示时的操作规范。除了徒手夹持多支试管不稳固之外，在对比实验过程中教师稳定地同时振荡所有试管也有一定的难度，客观上也给演示实验带来一定的危险性。

2.教学效果差

常规的对比演示实验并不能达到良好的教学效果。为了使实验现象更加明显，教师会使用白色背景板，因此，课堂上就会出现教师一手夹持多支试管，另一只手拿着背景板，从而无法实现准确指明对应试管的一幕。此外，单纯靠语言“标定”左右两侧也会因为教师与学生方向不同而使学生产生混乱。有些教师还会通过在试管上部贴上标签，试图帮助学生“精准定位”所指试管，但是这样做的弊端也很突出：一方面，试管是曲面，标签的文字容量比较小;另一方面，在操作过程中为了让学生看清试管中的现象，教师都会夹持试管的上方以保持稳固，而标签又会被教师的手挡住，形同虚设，学生自然很难将对比因素与试管一一对应起来。

二、改进方法

基于以上对常规演示实验的不足分析，多功能试管夹的制作思路便逐渐清晰。

1.安全性改进

多功能试管夹利用在泡沫塑料上打孔，以及该材料对试管的摩擦力可以实现对多支试管的有效固定，此外，在试管上部再加装橡皮筋，可以使试管的固定得到加强。不仅如此，由于试管夹中孔与孔之间的距离是参照试管架对应的位置而定的，因此，多功能试管夹的取用和放置也既方便又安全。

2.教学效果改进

利用小木条和纸板制作的标签固定在多功能试管夹的后部，在对比实验中教师能真正实现实验多个试管“标签化”区分，学生自然能一目了然。除此之外，多功能试管夹还能实现稳定地同步振荡多支试管的操作，而“多余”的孔位也能灵活根据实验要求，进行试管或者其它设备的加装，实现实验教学多功能化。

三、应用实例

例如，针对不同分散系中是否存在丁达尔效应的对比实验，多功能试管夹上可以加装侧板和激光笔。

1.溶液、胶体与浊液同时被激光照射对比实验

关于丁达尔效应，教材中的實验只是简单对比了分别用激光照射Fe（OH）3胶体和CuSO4溶液的现象，但利用多功能试管夹可以实现溶液、胶体与浊液同时被激光照射之后的比较。侧板的作用在于让学生清楚观察激光是否可以透过不同的分散系。

2.溶液、胶体与浊液中分散质粒子大小比较实验

在《胶体》这一节中，很多学生没有办法对三种分散系的本质区别——分散质粒子直径大小不同有深刻的理解。这时，教师可以利用多功能试管夹，让学生对比光线“同时”及“分别”通过3种不同分散系的现象，从而解释3种不同分散系中分散质粒子的大小，将“宏观辨识与微观探析”结合起来，让微观世界具象化。

3.教材中CuSO4溶液对实验效果的影响探究

教材中所用的溶液为CuSO4溶液，而大部分教师用的激光笔都是红色，蓝色溶液对红色激光有一定的吸收作用。教师可以利用多功能试管夹引导学生进行溶液颜色对实验效果影响的探究实验，这样不仅能加强化学与物理学科之间的联系，还能让学生辩证地看待实验方案并提出改进方案，渗透对学生独立思考、敢于质疑和勇于创新的科学精神的培养。

4.不同种类胶体对实验效果的影响探究

教材中只采用了胶粒带正电的Fe（OH）3胶体做实验，但教师也可以利用多功能试管夹对比不同种类的胶体（如AgI胶体）对实验效果的影响，丰富学生对胶体种类的认识。

四、创新特色

1.废物再利用，绿色化学观

多功能试管夹的主要材料是废泡沫与废纸板。对废弃物的充分利用不仅能使学生认识到环境保护和资源合理利用的重要性，也能培养其可持续发展的意识、绿色化学的观念和“科学态度与社会责任”的学科核心素养。

2.可塑性强，可推广性强

由于多功能试管夹用的是泡沫材料，所以可塑性强，孔的数目与间距尽在教师的掌握之中。教师可以通过改变标签贴纸的文字内容让实验更有针对性，可以根据场地的不同更换背景板颜色以达到良好的教学效果，也可以根据实验要求的不同对多功能试管夹进行加装与拆卸。

制作多功能试管夹的其它材料也易得，都是实验室常见的物品，比如检验氧气的小木条，固定激光笔的铝丝等。其制作过程也很简单，关键是本身质量很轻，因此携带也很便捷。

3.可微型化，开发学生分组实验

该器材可以实现微型化，并推广到学生分组实验中。这样一来，不仅可以使学生在展示实验成果时保持思路清晰，还可以优化教学效果。通过推广到学生实验中，也适应了当前重视实验教学的教育环境。

4.适用实验范围广

据初步统计，多功能试管夹可以应用于高中教材的18个对比实验中，如下表1所示。

五、反思

在实际教学中采用多功能试管夹虽然能在很大程度上优化教学效果，但是在演示过程中滴加液体时可能会因为视线被标签挡住而使操作者对不准试管口，从而导致试剂污染泡沫材料的情况，因此制作时要粘贴具有防水作用的贴纸对泡沫进行保护。

在多次的试验当中，笔者发现并不是所有的泡沫材料都适合用于制作多功能试管夹，一般家用电器的泡沫材料比较硬，而且采用具有三角结构的泡沫会使多功能试管夹的稳固性更好。如果是为了长期使用，可以利用亚克力材料进行制作。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中明确提出了化学课程的基本理念：开展以化学实验为主的多种探究活动，激发学生学习化学的兴趣，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。广大中学化学教师要充分认识化学实验的独特价值，通过改进实验操作或设计创新实验教具，从而使实验教学时刻保持活力与生机，增强学生科学探究的兴趣，从而更好地发挥培养学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养的作用。

参考文献：

[1]杨明生，关强.中学化学实验教学研究的现状分析报告[J].化学教育，2012，33（1）：57-59.

[2]教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.