现象与过程可视化目标下的高中化学实验探究

张德文

摘要：本文基于高中化学课程标准与相关要求，结合教学实践对现象与过程可视化的实验设计做简要分析。

关键词：高中化学;现象与过程可视化;实验探究

通过改变观察方式，呈现出清晰的化学反应过程，在细微的实验细节中感受真實且又丰富的化学内涵，最终获得感性经验，这便是化学实验现象与过程可视化方法的应用目的。

一、现象与过程可视化实验设计特征

1、实验原理与学生认知相符

实验原理是化学实验教学中的重要组成，其旨在帮助学生获得基础学科知识的同时，在头脑中形成对实验整体流程的认识和掌握，尤其是各实验环节中涉及到的知识结构，清晰地了解和把握化学反应的微观历程与实验现象所发生的本质。因此在强调实验现象与过程可视化的实验教学中，所需要用到的实验原理与相关知识必须要与学生的实际认知水平相符，这样才能够确保学生按部就班地顺利就行，而不会造成较大的学习负担。

2、有效促进教学目标的实现

新课程改革后对于教学目标的要求从最初的掌握基础学科知识与技能，转变成为了三维目标，加上之后凝练的五个教育目标维度，现在的化学课程更加强调核心素养目标的实现。在此基础上，现象与过程可视化方法在化学实验中的运用目的也就愈发清晰，即为了实现化学课程的核心素养目标，也因此设计实验所首要考察的就是实验设计对于教学目标的实现是否有积极意义。

3、实验简单易操作

根据不同课程内容和实验要求，教师需要为学生选择不同的观察和实验他就模式，如果观察的是一些反应速率较快或较慢的可视性差的实验，则需要改变素材的播放速度，这样便能够使实验细节更加清晰地呈现在课堂之中。进而教师在演示完成后，还需要为学生提供关键的截图，以形成细节与步骤的整合，便于学生收纳。

二、现象与过程可视化实验设计实践分析

1、产生沉淀的化学实验现象与过程可视化设计

在高中化学课程内容中，制备Fe（OH）2沉淀是一个比较重要的探究性实验，目的是为了探究Fe（OH）2易被空气中的O2氧化的性质，但是在实验过程中很难清晰观察到理论意义上应当产生的白色沉淀现象，而是直接观察到了灰绿色的沉淀。这个演示过程对于整体教学来说是分厂不利的，极易造成学生对物质性质的认知偏差，并且加上Fe（OH）2在空气中难以被氧化成Fe（OH）3，所以由灰绿色变的Fe（OH）2沉淀变为红褐色Fe（OH）3的沉淀过程所需要时间较长，因此不利于进行演示实验和观察。那么如果用现象与过程可视化的方法将实验的完整过程进行提前拍摄，并对视频中的关键操作步骤进行截图处理，便可以使学生更加清晰地观察到Fe（OH）2沉淀的变化过程，为课堂教学提供极大便利。首先，在试管中加入适量的NaOH溶液（2mol/L），在酒精灯上加热至沸腾后迅速滴加三滴煤油，以隔绝空气;接着，称取2g FeSO4固体，并加入适量的蒸馏水，将其配置成为一定浓度的FeSO4溶液，再向其中加入适量铁屑，以防止氧化。最后用拍摄仪器进行拍摄，将长头胶头滴管吸取新配制好的FeSO4溶液，箭头滴管深入煤油液面以下，靠近试管底部，轻轻滴加液体后观察现象，待溶液中Fe（OH）2变为灰绿色即可。最后，处理视频，将视频减速至可以清晰观察到白色沉淀产生，然后截图。

2、钠与水反应实验现象与过程可视化设计

钠与水反应实验是体现金属钠化学性质的重要试验，该部分内容对于之前的实验与理论知识既可以起到补充作用，还能够为后续的深入学习奠定基础。考虑到钠与水反应的过程剧烈且迅速，所以导致学生在还没来得及观察时就已经结束，要想根据反应现象来归纳Na的化学性质十分困难。因此，利用微距镜头来进行拍摄，不仅具有安全性，而且能够在截图之后反复观察，确保实验现象的清晰直观。

本次实验的原理是：Na原子最外层电子数为1，因此判断其化学性质比较活泼;再从Na元素的化合价来看，Na与水反应产生NaOH，化合价升高，在统一反应体系中化合价优生又将，通过分析H+是+1价，可以得电子形成H2，O则是-2价，不再得电子，所以产生H2。化学反应方程式为2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;离子反应方程式为2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑。Na与水反应的实验现象通常会表述为“浮、熔、游、响、红”等，即密度比水小，熔点比较低，反应中会生成气体，推动钠小球的游动，放出大量的热。

实验步骤，从试剂瓶中取出一小块Na，用滤纸吸掉表面煤油。用镊子夹取Na块放入到盛有水的小试管中，反复聚焦拍摄仪器保证画面清晰，反应结束后停止录制，然后将视频慢放16倍，截图明显现象处作为教学素材。传统实验中，由于Na与水的反应剧烈，因此学生很难清晰看到反应的过程，而通过拍摄视频慢放截图的方法则能够将完整且清晰的实验现象保存下来。除此之外，本次可视化实验由于操作较为简单，还可以设计成为学生分组合作实验，以锻炼学生的实验操作能力。

三、现象与可视化实验运用策略

1、情景素材

课堂教学效果的改善首先要从培养和提高学生学习兴趣入手，而既要做到传递知识，又要兼顾技能训练，以及科学方法和态度的培养，教师就必须要为学生精心准备良好的素材。例如，在探究浓H2SO4性质时，由于传统实验过程具有一定危险性，所以教师大多会采用演示的方式来进行呈现。那么如果选择用少量的药品进行反应，再结合微距镜头来拍摄和捕捉实验现象，即可节省较多的课堂教学时间，而且学生也很容易能够观察到完整的实验过程和细节信息。

2、重要补充

新课程标准中要求了在对学生进行分组实验时，要考虑到小组成员的分配与上课时间的安排，尤其对于演示实验来说，教师更要提前做好充分准备。例如，在观察活泼金属与较不活泼金属离子之间的置换反应，通过拍摄和改变播放倍数来呈现出实验现象的动态过程。过程中还可以利用到可视化方法来对“银树、锡树或是铅树”的生长过程进行观察。再如，CuSO4溶液与NaOH溶液滴加顺序的不同所生成的产物不同，也可以用拍摄的手段来进行探究，让学生感受其中所蕴含的化学原理。

3、作为素材

化学实验资源是实施课程实验的必要条件，考虑到目前大多数课堂实验探究的内容主要是演示、自主和家庭趣味实验，所以可以适当地选择现象与过程可视化实验方法来有效培养学生的实验探究能力。例如，在上述案例中提到的Fe（OH）2沉淀生成探究中，由于其不稳定的特性，容易被氧气直接氧化成为灰绿色，但利用过程可视化的方法却能够清晰地捕捉到其在空气中发生颜色变化的过程，无疑是极佳的实验资源。

综上所述，高中化学教学应该将重点放在过程中，结合具体课程内容来深入思考，充分认识到实验现象与教学方法的优势和不足，将更多地实验原理与方法进行结合，最终建立起共享的资源库，而随着技术的发展，实验设备也会更加精密，教学也会更加便捷，在积极响应培养学生核心素养的号召之下，真正使其感受到化学的魅力与内涵。

参考文献：

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