1、 優(yōu)化實驗設計 彰顯教學魅力 海鹽高級中學 李敏 摘要：以創(chuàng)新為中心，闡述了在實驗教學中通過優(yōu)化實驗情境、創(chuàng)設悖論情境、改進實驗、創(chuàng)新設計等方式優(yōu)化實驗設計的具體做法和意義。皆在彰顯實驗的魅力，激發(fā)學生積極主動性，讓每位學生參與到實驗教學中，以期提升化學實驗的教學質量。關鍵詞 優(yōu)化 實驗情境 改進 創(chuàng)新 數(shù)字化1.問題提出化學實驗在教學中有著極其重要的作用，而且隨著新課程的全面實施，其重要性越來越得到彰顯。我國著名的化學教育家戴安邦教授所說，“在化學教育中強調化學實驗，無論如何都不會過分；化學實驗室是學生學習化學最有效和收獲豐富的場所”?？v觀全國各地的化學課程教材，盡管其理念和體現(xiàn)方式上各有特

2、點，但無一不是把通過實驗學化學作為共同追求的一條線索?；瘜W教師如果能充分利用實驗這一教與學的利器，在實驗上有所創(chuàng)新和突破必能使化學課堂更具有魅力。那么，如何開展化學實驗的創(chuàng)新教學呢？通過優(yōu)化實驗設計更好的體現(xiàn)化學教學的魅力呢？以下是筆者在近兩年教學實踐中的一些做法，雖然難求全面，以其拋磚引玉。2.優(yōu)化實驗情境，激發(fā)學生學習欲望 創(chuàng)新實驗情境活動，化學課有著得天獨厚的優(yōu)勢。在課堂教學中要善于采取靈活多變的實驗方法，巧妙地安排新穎有趣的實驗活動，通過學生動手、動腦，創(chuàng)設寓教于樂的情景，激發(fā)學生的探究欲望，使其產生興趣，主動探索。2.1.創(chuàng)設趣味實驗，讓學生迸發(fā)無限激情 成功的教學需要的不是強制，而

3、是激發(fā)學生的興趣。興趣能產生激情，在興趣的催化下，學生能樹立信心，朝氣蓬勃、積極向上地學習，能更愉快地參加到知識的形成過程中去。教師就是點燃學生興趣火把的火炬手，怎樣當好這個傳遞知識圣火的火炬手呢？恰當?shù)貏?chuàng)設化學課堂情境是教師在教學時常用的方法之一，也是任何一位教師在組織教學時必備的基本功。 在化學教學中，盡量創(chuàng)設一些富有情趣的實驗情境，引起學生的視覺、聽覺、觸覺等多方感觀刺激，產生愉悅的學習情緒，從而激發(fā)學生內心的求知欲望。 案例1：化學能轉化為電能教學中可以嘗試以下的方法教學。 【課前準備】用兩個西紅柿，銅鋅兩極等制作一個水果電池 【課堂引入】你曾親身體驗趣味實驗的神奇嗎？你有積極參與趣味

4、實驗的興趣嗎？那么請你來親身體驗吧。（備注：實驗內容為學生用舌尖感受水果電池的電流）很多同學躍躍欲試，馬上有一位學生走到講臺，雖然有些緊張，但是還是很小心翼翼地將兩極導線放在舌尖感受了一下導線連接后的感覺。 【老師提問】你有什么感覺嗎？ 【學生回答】有麻麻的感覺，好象有電。 【產生疑問】這里沒有提供電的外在裝置，電是如何產生的呢？應該是生物電。 【實驗驗證】給水果電池的導線兩端連接一個二極管，結果二極管發(fā)光。（神奇的趣味實驗引入激起了學生極大的興趣，更加確定電流的產生） 【課堂投影】1780年意大利解剖學家伽伐尼在做青蛙解剖實驗 親身體驗的學生堅定的認為這一定是生物電，這與伽伐尼的想法不謀而合

5、，到底是不是呢？這讓課堂掀起一個小高潮。但當一部分學生還在爭論是不是生物電時，一部分同學已經想到了電流表來檢驗，于是在老師的引導下學生共同完成了以下的實驗： 【活動與探究】 經過教師的精心設計的、有創(chuàng)造力和想象力的趣味情境，會使一堂化學課變得“跌宕起伏”、“層層推進”，學生也樂于在和諧又充滿創(chuàng)造力的課堂里學習和探索。創(chuàng)設問題情境，切忌只注意到問題的趣味性，只把它當作課堂的擺設，這樣必定使教學過于程序化。2.2“意外”蘊含價值，探究發(fā)現(xiàn)新知教育的技巧并不在于我們能預見到課堂的所有細節(jié)，在于巧妙的在學生不知不覺中作出相應的變動。在化學實驗過程中，“意外”現(xiàn)象有時發(fā)生，教師已及時抓住，創(chuàng)設情境，引導

6、學生觀察和探究解密。 我們做實驗有時會出現(xiàn)一些意外現(xiàn)象，但實驗意外現(xiàn)象常常蘊含科學價值，我們不能視而不見，也不能盲目自圓其說，搪塞混過場，要及時組織學生進行探究，透過現(xiàn)象找出產生異?，F(xiàn)象的原因，自主發(fā)現(xiàn)和建構新知識，這也是培養(yǎng)學生探究能力、鍛煉科學思維的最佳時機和途徑。 案例2：蘇教版必修1“二氧化硫的性質和應用”一節(jié)中“二氧化硫的還原性”的講授是重點也是難點，由于二氧化硫易被空氣氧化，實驗容易失敗。蘇教版必修1有關二氧化硫的實驗如下：【實驗演示】取一只試管并加入5ml二氧化硫溶液，滴加氯化鋇溶液【實驗現(xiàn)象】有白色沉淀生成。 理論上認為，SO2的水溶液H2SO3的酸性比鹽酸弱，SO2不可能與B

7、aCl2溶液發(fā)生復分解反應生成沉淀。那么為何會生成沉淀？沉淀是什么？【活動探究】師生討論分析，設計探究活動： 【實驗演示】將實驗所得到的白色沉淀離心分離后，加入足量的稀鹽酸溶液，沉淀不溶解，也無氣體產生，再將其加入到足量的稀硝酸溶液中依然無明顯現(xiàn)象。 【實驗分析】根據(jù)沉淀的顏色及其既不溶于稀鹽酸也不溶于稀硝酸可以判斷，此沉淀不是BaSO3，但與BaSO4的性質相同。若是BaSO4，那是如何產生的？ 【提出猜想】：猜想一：在二氧化硫溶液中，滴加氯化鋇溶液時生成了BaSO3沉淀。猜想二：在二氧化硫溶液中，滴加氯化鋇溶液時生成了BaSO4沉淀。 【探究新知】驗證上述猜想是否合理，做如下實驗進行驗證：

8、 將0.1mol/L 、1 mol/L、 5 mol/L的BaCl2溶液煮沸，冷卻，并及時滴加苯進行液封，使與空氣隔絕，然后分別通入制備的SO2氣體，三溶液中扔出現(xiàn)了渾濁現(xiàn)象，但渾濁程度很輕微。分析：輕微的渾濁可能是SO2中殘留有少量空氣。 【猜測驗證】繼續(xù)猜測驗證：反應開始前，先向二氧化硫的制取裝置中通入足量純凈的二氧化碳氣體，將裝置內的空氣排盡，然后將SO2通入BaCl2溶液中，BaCl2溶液不再產生渾濁現(xiàn)象?！镜贸鼋Y論】將SO2通入BaCl2溶液，出現(xiàn)白色沉淀是BaSO4。而在通常實驗過程中，很難做到將反應體系與空氣隔絕，也不可能阻止氧氣溶解在溶液中，因此向BaCl2溶液中通入SO2時，

9、會產生渾濁。 這些案例中教師針對教學預設的意外，發(fā)現(xiàn)學生質疑中可貴的探究意識，及時鼓勵，并啟發(fā)學生拓展探究，教學獲得了預設外的生成。學生在學習過程中思維活躍，不斷迸發(fā)靈感的火花，從而感悟學習的快樂。2.3. 創(chuàng)設悖論情境，引發(fā)學生的認知沖突  “悖論”的本質是心理矛盾?；瘜W教學中制造“悖論”是指針對學生的已有認知，設置問題或實驗情景，在學生作出預期后，引導學生變換思考角度、方法或進行實驗，得出不同于預期的結論，于是引發(fā)認知沖突，激發(fā)深入探究的興趣和熱忱。運用化學實驗是創(chuàng)設悖論情境的一條有效途徑。  案例3：硫酸的制備和性質教學中，提問學生：“銅能與酸發(fā)生反應嗎？”【導致悖論

10、】學生異口同聲回答：“不會。”然后非常自信的闡述不會發(fā)生反應的理由是活潑性順序表中金屬銅排在氫后面。到底會不會發(fā)生反應？讓事實說話。【實驗驗證】向大試管中加入一定量的濃硫酸，再放入銅片，用帶導管的橡皮塞塞住試管口，導管另一段通向品紅溶液，開始加熱，仔細觀察實驗現(xiàn)象，實驗結果令學生既驚訝又困惑。對于溶液呈現(xiàn)藍色，產生能使品紅褪色的二氧化硫氣體，感到驚訝，對已學知識與眼前實驗事實的沖突感到困惑?！?#160;消除悖論】請大家先寫出銅與濃硫酸反應的化學方程式： Cu+2H2SO4(濃)=CuSO4+ SO2+2H2O。 之前我們所學的金屬與酸反應置換出氫氣的反應中，金屬充當還原劑，酸中的氫離子充當氧

11、化劑；而上述方程式中我們發(fā)現(xiàn)充當氧化劑的是濃硫酸中的+6價硫元素并不是氫離子。因為濃硫酸中硫酸大部分是以分子狀態(tài)存在，硫元素以最高+6價存在具有強的氧化性，所以使上述反應能夠得以實現(xiàn)。  巧妙地運用實驗來導致悖論，則能有效地打破學生原有認知結構的平衡，進而產生強烈的學習動機。對于此類知識，學生在學習新知識之前，頭腦里并非一片空白，而是具有了形形色色的。3.改進實驗方式，創(chuàng)新超越，提升實驗教學質量3.1缺陷在所難免, 改進追求完美在化學實驗教學中，我們經常遇到困惑：有些有毒氣體的性質實驗仍然沒有在封閉體系中進行，難免毒氣外逸，有礙師生身體健康；有些實驗現(xiàn)象不明顯，成功率不高，易產生失敗

12、的尷尬；有些實驗裝置復雜，所需的實驗儀器和藥品太多，不僅在課堂上開展學生的探究活動難實施，就是演示實驗的課前準備工作也嫌煩等等。面對這些困惑，我們不唯書，不回避，把它當作培養(yǎng)師生創(chuàng)新能力的資源，引導教師和學生進行大膽改進，反復實驗，追尋化學實驗的佳境。案例4：焰色反應實驗的新做法【原實驗的缺點】 由于鉑絲能蘸取的溶液很少，焰色反應很快消失，學生不易看清，特別是用藍色鈷玻璃觀察鉀的焰色更困難。【改進后的實驗操作】1.把濾紙切割成2×8 cm的紙條，把各種鹽用水與甲醇按1:2比例配制成飽和溶液；2.把濾紙浸透鹽溶液，用鑷子夾持含有不同鹽溶液的濾紙在酒精燈火焰上點燃，能觀察到相當明顯的現(xiàn)象

13、。【實驗優(yōu)點】 準備簡單、操作簡便；沒有酒精燈火焰的干擾，現(xiàn)象明顯，觀察范圍廣，不用藍色鈷玻璃就可明顯觀察到鉀的紫色焰色。案例5：乙醇與金屬鈉反應實驗【原有實驗】由于教師考慮到學生的安全，切取的鈉塊較小，大試管中的空氣很難全部排出，氫氣的驗純需要較長的時間，鈉塊太小產生的氫氣量較少則導致實驗失敗?！靖倪M實驗】取一支50ml的注射器，拔下注射器活塞，將一塊綠豆粒大小的金屬鈉放入其中，之后輕拉活塞，使乙醇進入注射器中，可以觀察到鈉與乙醇發(fā)生反應，有大量氣泡產生，快速將注射器內不純凈的氣體排出，再迅速倒轉注射器，反應產生的氣體可以將乙醇排出，待鈉消失后再排出多余的乙醇，輕推活塞，點燃產生的氣體，在火

14、焰上方罩一干冷的燒杯。【實驗優(yōu)點】改進之后的實驗減少了鈉的用量，無需驗純，點燃時現(xiàn)象非常明顯。而且手持注射器在班級教室里巡回展示時間長，作為定性和定量分析均可采用。通過這樣的實驗設計，驗證了乙醇與金屬鈉的反應并對比了鈉與水反應的劇烈程度。3.2創(chuàng)新實驗設計 體現(xiàn)學科內涵 筆者有幸參加了2015年11月浙江省實驗技能大賽，經過不斷地時實踐和探索，巧妙設計了“氨的制取與性質綠色一體化實驗”，獲得評委的一致好評和肯定，喜獲本屆賽事的一等獎。本實驗現(xiàn)象明顯，生動有趣，啟迪了學生的創(chuàng)新思維，培養(yǎng)學生發(fā)散能力級綜合實驗的能力。實驗設計如下：案例6：氨的制取與性質綠色一體化實驗設計 氨氣的性質實驗是中學化學

15、教材中既有趣又值得回味的實驗，在高中化學教學中具有重要地位。教材中的實驗，操作起來不方便，耗時，噴泉實驗不易成功。由此本人經過多次嘗試，圍繞綠色一體化理念探究更加高效、環(huán)保、節(jié)能、優(yōu)化的“氨的制取與性質”。實驗儀器裝置圖及儀器的組裝說明：A：氨的制備和性質檢驗一體化，并實現(xiàn)了對殘余氨的綠色化處理； B：氨的收集和氨易溶于水顯堿性性質檢驗；氨的噴泉引發(fā)和維持的一體化；C：氣密性判斷和氨氣吸收制備氨的飽和食鹽水以及廢液的接收功能； D：1、證明：（NH3）<(空氣)；NH3與水反應有堿生成；2、尾氣的吸收。K1、K2、K3封口器 （生活中的必備品）實驗創(chuàng)新的優(yōu)點：綠色化、一體化、生活化、通用

16、化。本實驗還可以綜合拓展，利用飽和食鹽水吸收多余氨氣，然后通入過量的二氧化碳，模擬侯氏制堿法，通過親身體驗，使學生更好理解侯氏制堿法的原理以及離子反應的本質。本實驗裝置具有通用性，還可以做多種常見氣體的制備和噴泉的形成實驗。例如：氯氣、二氧化硫、二氧化碳、二氧化氮制備以及它們的噴泉實驗?！就卣箤嶒灐浚合虬钡娘柡褪雏}水中不斷通入CO2，注意觀察現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象：約6分鐘溶液逐漸變渾濁，約10分鐘呈現(xiàn)乳濁狀，再過30分鐘試管底部有細小的晶體析出。6分鐘24小時30分鐘10分鐘 上述實驗充分體現(xiàn)了綠色化學的理念，物質的制備和性質檢驗實驗綠色化、一體化，有助于增進學生的環(huán)保意識。不僅實驗裝置簡單，操作簡

17、便、而且實驗現(xiàn)象明顯、成功率高,是一種無污染、經濟易行的綠色化學實驗。3.3讓實驗插上數(shù)字的翅膀實驗需要量化，手段需要現(xiàn)代。借助數(shù)字化實驗儀器所具有的準確性、精確性、實時性和可視性等強大功能，人們對化學原理的認知可以更科學，實驗現(xiàn)象的展示可以更便捷，實驗的教育性的發(fā)揮可以更充分。在定性實驗中引入了定量要素，從原有關注實驗現(xiàn)象轉變成關注實驗過程與原理。它可以將短時間完成的化學反應的實驗數(shù)據(jù)記錄下來仔細分析，測出來的數(shù)據(jù)以數(shù)字、圖表形式，更客觀、真實地展現(xiàn)實驗過程。因此學生可以探究的問題范圍和深度都大大拓展，這對提高學生的探究能力很有益處。案例7：探究苯酚與溴水反應的類型問題的提出：蘇教版有機化學

18、基礎(選修)P73“酚的性質和應用”分析教材推薦的上述3種探究手段,在傳統(tǒng)的教學中采用第一種探究手段時,可以將這兩種溶液的反應設計在一個閉合電路中。如圖1所示,通過觀察燈泡在反應過程中的明亮程度來推斷反應溶液中是否有電解質在逐漸生成。但此實驗中生成物氫溴酸會被電解成極易揮發(fā)的溴和氫氣,且燈泡亮度變化不明顯,效果不佳。當采用第二種探究手段時,即用pH試紙測定反應前后溶液的pH值,通過比較反應前后溶液的pH值變小,說明反應溶液中有H+生成,也可以推測出該反應是取代反應。但此實驗只知道反應前后溶液的pH值變化情況,不能很好地體現(xiàn)該反應發(fā)生的過程,失去了探究該反應過程的意義。那是不是就沒有更好的探究手段了呢? 采用數(shù)字化實驗技術來設計該探究實驗，通過電導率傳感器實時測量稀苯酚溶液與濃溴水反應過程中溶液的電導率，借助軟件直接繪制出反應過程中溶液的電導率變化曲線，從而為推測出苯酚與溴水反應是取代反應還是加成反應提