在学科核心素养视角下的高中化学创新实验教学研究

摘 要：新课标对培养学生的学科核心素养提出了更高的要求，对高中化学实验进行改进与创新，可以全面提升学生的科学探究能力与创新思维。简单阐述高中化学创新实验的特点和原则，主要研究高中化学创新实验教学设计的策略。

关键词：学科核心素养;创新实验;教学设计策略

一、高中化学创新实验的特点

1.降低实验成本

学校能否根据新课标开设实验取决于是实验成本的高低。如果实验成本过高，学校就无法正常开设实验课，学生就没有机会亲自实验，这样不利于学生学科核心素养的提升。利用廉价易得的生活用品或废旧材料对化学实验进行创新改进，可以实现化学实验的低成本化。

2.用生活用品代替实验用品

化学实验离不开实验用品，学生平时很少接触一些实验仪器和药品，在做实验时会产生畏惧心理，生怕损坏实验仪器，所以，我们可以用日常生活用品代替实验用品，如我们把CH3COOH用白醋代替，把NaHCO3用小苏打代替，把试管用注射器代替，把集气瓶用带盖的塑料瓶代替等，这样，可以消除学生对实验的陌生感，让学生亲自体验实验的乐趣。

3.实验设计要有创新理念

创新实验设计方案要具有科学合理性。对实验进行改进和创新可以加深学生对所学知识的理解，提高学生的实验操作技能和逻辑思维能力。

二、高中化学创新实验的设计原则

1.科学性原则

对化学实验的创新一定不能违背科学性原则，实验原理要科学合理，实验内容要正确，每个实验现象要有对应的原理解释。

2.可行性原则

创新实验方案的设计要符合学校实验教学和学生的实际情况，要保证实验能够顺利进行，达到预期效果。

3.安全性原则

安全是顺利进行创新实验及避免伤害和事故的保障。实验前教师要对学生进行安全教育，让学生牢记安全规则，认识常见危险化学品标识，学会处理意外事故等。

4.简便直观性原则

实验操作要尽可能简单易行，即装置要简单，实验步骤要少，条件要易于控制，实验时间要短。实验现象要直观、明了，便于学生观察。

5.绿色化原则

绿色化原则是指从实验源头上减少和消除污染物对生态环境和生活环境的影响，让学生树立环保意识。

三、高中化学创新实验的设计策略

1.创新实验生活化策略

寻求和改进生活日用品或废旧材料来代替实验仪器，可以降低实验成本，给学生提供更多动手实验的机会，拉近学生与化学实验的距离。用廉价易得的日用品代替实验仪器的前提是不能影响实验效果。将分液漏斗用注射器代替，用注射器在密闭环境中收集气体，集气瓶用带盖的矿泉水瓶等代替，试管夹用衣夹代替，导管用输液管代替等。例如在制备SO2和探究其性质时，可以用青霉素瓶收集SO2气体，用输液管代替导管，通过挤压青霉素瓶将SO2分别通入装有品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、硫化钠溶液的试管中（试管口均塞有一团棉花）。

化学与生活息息相关，用生活日用品代替实验药品，不仅可以降低实验成本，而且可以为学生提供改进和创新实验的机会，提高学生的实际操作能力。例如，人教版必修2实验2-6，探究FeCl3和MnO2这两种催化剂对H2O2分解速率的影响，我们可以用肝脏研磨液代替MnO2，用土豆泥作另一种催化剂FeCl3，做对比实验，现象明显。

2.创新实验条件优化策略

提高实验教学的效率离不开实验条件的优化，如果控制不好实验条件，生成物产率就会降低，副产物就会增多，甚至会使实验失败。课本中的有些实验仍然有一定的不足，因此我们要对课本中的一些实验条件进行优化探究与创新，寻求实验最佳路径。例如人教版选修5乙烯的制备实验中，得到的乙烯产率通常很低，是由于浓硫酸把大量C2H5OH碳化，产生了有污染的二氧化硫，为了提高乙烯的产率，我们用五氧化二磷代替浓硫酸，并且探究得出此实验的最佳温度是85℃左右，这样有效避免了乙醇的碳化，使反应物尽可能多地转化为生成物。

3.创新实验装置改进策略

化学实验追求的原则之一是操作简便，简化實验操作的有效方法就是对实验装置进行改进，我们可以将物质的制备装置、物质性质的检验装置及尾气吸收装置连接在一起，从而避免药品的浪费和实验操作的复杂性，如课本在研究SO2的性质时，SO2是实验前制好的，实验时再将集气瓶中的SO2通入品红溶液、酸性KMnO4溶液中，这样操作过程复杂，因此我们将制取SO2装置和性质检验装置整合在一起。又如在进行FeCl3的水解实验时，我们往往加热蒸干其溶液，耗时长，我们将粉笔浸泡在FeCl3溶液中，取出后晾干（提前准备），用酒精灯加热粉笔，粉笔表面很快变成红褐色，说明有Fe（OH）3生成，继续加热粉笔表面变黑，这种黑色物质是究竟是什么呢？由此激发了学生探究的热情，有利于培养学生的科学探究精神。

在对实验效果无影响的前提下，我们应尽可能使实验装置简约化。如课本的焰色反应实验，每次实验前都要将铁丝或铂丝用稀盐酸清洗，并且灼烧至无色，再蘸取试样进行灼烧观察现象，如此重复操作麻烦又费时，于是，我们进行改进，在铁丝下端缠一小棉花团，多个缠在铁丝上的小棉花团分别蘸取不同待测试液（将各种试样溶解在酒精和水体积比为7∶1的溶液中），将铁丝挂在铁杆上，同时点燃，观察现象，火焰颜色对比明显。还有另一种改进方法，就是将各待测液装入化妆用的小喷瓶中，将待测液喷在酒精灯的火焰上观察颜色。

4.创新实验绿色化策略

创新实验要以绿色环保为宗旨，即在实验过程中要尽可能减少有毒、有污染物质的排放。丰富多彩的化学实验现象可以激发学生的学习兴趣，但是，化学实验同时伴随着一些不安全因素，这让学生对实验产生惧怕心理。我们在对实验进行创新时，一定要朝着对师生有利的方向发展。

选用微型实验仪器进行实验，可以大大减少实验药品的用量并取得良好的实验效果。如课本中的电解和电镀实验通常在烧杯中进行，电解和电镀废液的不合理排放会污染环境，如果我们用微型的六孔井穴板代替烧杯，金属和电解液的用量会减少至实验改进前的1/10。又如Cu和稀HNO3的反应，我们往往采用试管作反应容器，用酒精灯直接加热，但由于NO易被空气中的氧气氧化为红棕色的NO2，所以很难看到无色的NO生成。为了产生明显的现象且减少NO2的污染，我们将稀硝酸装在青霉素瓶子里，试管用事先装有环状细铜丝的注射器代替，然后用注射器吸入3 mL热的稀硝酸，注射器内溶液逐渐变蓝，同时产生无色气泡。将铜和稀硝酸的反应装置微型化，使实验现象更加明显，实验污染更少。

全封闭实验装置代替半封闭实验装置，可以减少有污染物质的排放，给师生营造健康安全的实验环境。如课本中将浓硫酸加入盛放乙醇的烧杯中，浓硫酸使乙醇脱水碳化，形成“黑面包”，同时产生大气污染物SO2，“黑面包——碳”也可能滴落在实验桌上，污染实验台。我们可以改进实验装置，将一根铁丝通过瓶盖上的小孔伸入容积比较大的玻璃瓶中，进行搅拌，在瓶盖上放一团用浓NaOH浸泡过的棉花，吸收SO2气体。改进后的装置，用廉价易得的铁丝和玻璃瓶分别代替了玻璃棒和烧杯，节约了资源，降低了实验费用。

5.创新实验内容整合策略

为了节约实验时间，提高实验教学效率，我们可以将多个（两个或两个以上）实验整合到一起做。课本中的实验往往根据内容的不同分开进行，虽然实验现象明显，有利于提高学生的注意力，但课堂时间毕竟有限，且将实验分开进行需要更多的实验药品，会对学校造成经济负担，因此，师生要共同努力对实验进行创新与整合，充分发挥学生的创新能力，培养学生的科学素养，同时提高教师的专业素质。如我们可以将物质的制备及其性质的检验实验整合到一起，也可以将同种物质的不同性质实验或对比物质不同性质的实验组合在一起来做。由于整合实验操作比较复杂，现象多，因此学生的注意力一定要高度集中。

将同一物质的不同性质的实验整合，寻找最少的实验时间和实验药品的用量等，可以培养学生的综合素养。如人教版必修1在研究SO2的化学性质时，先用浓硫酸和亚硫酸钠制了多瓶SO2，然后一个个来探究SO2与Na2S溶液，SO2与品红溶液，SO2与酸性高锰酸钾的反应，需要大量的药品和时间。我们对此实验进行了改进，把可乐瓶的上部分减去，然后将药丸板放到可乐瓶中，将Na2SO3固体、Na2S溶液、品红溶液、酸性KMnO4溶液分别放到药丸板凹槽中，可乐瓶上的口用多层保鲜膜包住，最后用注射器将浓硫酸加入盛有Na2SO3固体的凹槽中，产生的SO2与其他物质进行反应，最后用NaOH溶液来吸收尾气。这样将SO2的漂白性、氧化性和还原性同时检验了，提高了实验效率。

为了比较物质间的不同化学反应，我们往往设计平行实验，进行平行实验不利于节约资源和时间，并且学生很难保证实验同时进行，这对实验结果也有一定的影响，无法达到预期效果。弥补平行实验的不足可以采用创新整合实验方案的方法，如人教版必修1研究Na2CO3和NaHCO3受热分解情况的实验，采用分别加热这两种物质，分解产物用澄清石灰水检验的方法。对该实验进行如下改进：将装有Na2CO3的小试管套入装有NaHCO3的大试管中，用两个导管分别将两试管与盛放澄清石灰水的两个试管相连接，加热大试管。实验改进以后，增加了现象差距的明显程度，此实验的结论是Na2CO3的热稳定性强于NaHCO3。

6.创新实验运用策略

将学生的生活融入化学创新实验中，可以使学生对化学产生更加浓厚的学习兴趣，产生热爱生活、创造美好生活的愿望，培养学生的社会责任感。

学校教育的最终目标是学以致用，理论联系实际，学会用创新实验解决生活问题、解释生活现象等。如学生可以运用NaHCO3和稀盐酸反应的实验原理，利用生活日用品（各种饮料瓶）自制灭火器，先在可乐瓶（带盖）中加入一定量干燥的小苏打粉末，然后将装有食醋的小塑料管固定在可乐瓶中，最后倾斜可乐瓶，让二者充分反应，这样学生就体验到了创新实验的真正乐趣。有些神奇的生活现象中蕴藏着化学实验原理，如Fe2+和Fe3+之间的相互转化及Fe3+的特性实验能够解释一些生活现象，比如苹果咬了一口放置后会“生锈”，我们自己榨的苹果汁看起来有些发黄，而我们买的苹果汁是浅绿色，这里面隐藏着什么样的秘密呢？这只是蕴藏了简单的化学创新实验原理，空气中的O2很容易将苹果中的Fe2+氧化为黄色的Fe3+，而市售的蘋果汁配方中含有维生素C，维生素C具有还原性，可以抑制Fe2+被氧化。总之，将化学创新实验与学生的实际生活联系起来，有利于学生了解生活，懂得生活。

注：本文系甘肃省教育科学2019年度“十三五”规划课题《在化学学科核心素养背景下利用现代信息技术优化高中化学实验教学的策略与研究》（课题编号：GS[2019]GHB0467号）阶段性研究成果。

作者简介：李敏娅，女，一级教师，高中化学教学，甘肃省白银市，甘肃省白银市会宁县第五中学。

编辑 王彦清