陸玉涵

（江蘇省蘇州市吳江區(qū)實驗初級中學 江蘇 蘇州 215200）

歌德說過：“我們必須把科學當作藝術(shù)，然后才能從科學中得到完整的知識。 ”一語道出了科學和藝術(shù)是統(tǒng)一的。 科學是美的，而化學學科作為一門自然學科，也不例外。 化學實驗是化學學科的特征和魅力所在。 初中化學最吸引學生之處莫過于化學實驗，學生一開始對于化學的熱愛之情都是從奇妙的化學實驗開始的。 化學實驗對于提高化學教學質(zhì)量，全面落實培養(yǎng)科學素養(yǎng)的目標，具有其他化學教學內(nèi)容和形式所不能代替的特殊作用。 在教學過程中，僅按照書本現(xiàn)有的實驗，有時很難滿足學生的需求。 而通過精心設計有效的實驗，可以讓學生更好地感知實驗、獲得啟發(fā)，充分發(fā)揮實驗的教學功能，同時讓實驗成為學生發(fā)現(xiàn)化學之美的眼睛。 依據(jù)以上的原則去精心設計化學實驗， 帶領著學生進入一個美麗的化學世界，讓教學變得饒有趣味，從中去感受化學的魅力，化學的美麗。

一、精心設計實驗的原則

化學實驗設計是指在實施化學實驗之前，依據(jù)一定的化學實驗目的和要求，運用有關(guān)的化學知識與技能，對實驗的儀器、裝置、步驟和方法等在頭腦中所進行的一種規(guī)劃。

設計實驗時，一般要遵循以下的原則：

1. 科學性原則

科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與化學理論知識和化學實驗方法論相一致。 因此，在設計實驗時，切忌出現(xiàn)用錯試劑等科學性錯誤。 如鑒別Na2SO4和NaCl 溶液時，有學生認為可以用鹽酸酸化的硝酸銀溶液，很顯然，不妥當，因為鹽酸中的氯離子是干擾離子，無法得出正確的結(jié)論，而選用硝酸酸化的硝酸銀溶液或氯化鋇溶液則符合科學性原則。

2. 綠色化原則

綠色環(huán)保是中學化學教學中學生應樹立的基本化學觀念之一。 在化學實驗設計中需體現(xiàn)綠色化學的思想。 如對于一些不夠環(huán)保的實驗，可以設計合理的方案進行改進， 對廢液廢渣進行及時的處理等方式，使整個實驗過程貫穿綠色化學的思想。

3. 可行性原則

可行性是指設計化學實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行，所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學的條件下能夠得到滿足。 如氧氣和氮氣的鑒別，有學生想到了測密度的方式，雖然理論上可行，但是在現(xiàn)有中學的條件下，卻很難實施。

4. 安全性原則

安全性是指實驗設計時，應盡量避免使用有毒化學藥品和具有一定危險性的實驗操作。 但在實際教學過程中，總有一些實驗存在一定的危險性。 因此在設計實驗時，應有一定的預見性。 對該實驗可能出現(xiàn)的一些危害進行預估。 并采取適當?shù)姆绞竭M行合理的防護，防患于未然。

5. 簡約性原則

簡約性是指要盡可能采用簡單的實驗裝置，用少的實驗步驟和實驗藥品， 在較短的時間內(nèi)完成實驗。如鑒別HCl、NaOH 和NaCl 這三種溶液時， 學生想到分別用碳酸鈉、氯化鎂、硝酸銀溶液去鑒別，雖然可行，但顯得繁瑣，完全可以用一種試劑，如紫色石蕊試液就可以鑒別，符合簡約性原則。

二、精心設計實驗 多角度展示化學之美

1. 實驗取長補短，綻放現(xiàn)象之美

車爾尼雪夫斯基說：“人們在欣賞各種美的事物而產(chǎn)生美感時候，總是從直觀的形象開始的，只有通過生動具體的形象才能體會它的本質(zhì)，從而得到情感的愉悅。 ”化學實驗中常伴隨著一些現(xiàn)象，如放熱、發(fā)光、變色、放出氣體和生成沉淀等。 這些美妙現(xiàn)象，深深吸引著學生。 學生通過感知物質(zhì)及其變化的實驗現(xiàn)象，形成化學概念，認識化學理論。 美好的實驗現(xiàn)象讓學生如癡如醉，一些實驗現(xiàn)象過于激烈，卻大大刺激著學生的感官，給學生帶來不適感。 因此對于這部分實驗，可以稍加改進，保留其鮮明有趣的實驗現(xiàn)象，避免不足之處，從而使實驗現(xiàn)象顯得恰到好處，激發(fā)學生強烈的學習欲望。

例如：鎂條燃燒實驗中鎂條燃燒產(chǎn)生的耀眼白光讓學生覺得興奮，但對眼睛刺激很大，通常觀察幾秒后，學生往往會“眼冒金星”，總覺得有些美中不足。 如何能夠設計出既能體現(xiàn)耀眼白光這一鮮明現(xiàn)象，又能緩解眼睛刺激這一弊端？ 在復習氧氣化學性質(zhì)時，采取以下的做法，收到不錯的效果。

［實驗設計一］

取一塑料瓶，在瓶塞上打上若干小孔，將鎂粉裝入其中。 在培養(yǎng)皿中放入適量酒精，點燃后，將鎂粉不斷撒落在燃著的酒精上方。 同時配以節(jié)奏分明的音樂，鎂粉在火焰上隨音樂“舞動”起來，鎂粉燃燒的耀眼白光變的柔和且對眼睛刺激較小，如同煙花綻放般的景象讓學生驚嘆， 學生深深感受到實驗現(xiàn)象之美，獲得愉悅感，從而更加投入地學習。

2. 實驗清潔環(huán)保 綻放“綠色”之美

化學與環(huán)境污染密切相關(guān)，很多環(huán)境問題的解決要靠化學方法來實現(xiàn)。 中學化學課堂是最直接的環(huán)保教育基地。 化學課本比較重視在化學教育中滲透環(huán)保綠色的理念， 教材編排中涉及許多環(huán)境污染問題，如溫室效應、可吸入顆粒物、大氣污染、酸雨等。 這些書本的“綠色”點滴貫穿著整本初中教材，讓化學學科無處不在綻放著“綠色”之美。 然而化學作為一門以實驗為基礎的學科，化學實驗過程中有時會產(chǎn)生一些有毒或者有害的物質(zhì)，這些物質(zhì)對環(huán)境及師生健康帶來了一定危害。 這給化學的美帶來一處不和諧的音符。 因此，在實驗過程中就需要通過一些有效措施對容易產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)的實驗進行完善。 使化學實驗對實驗場所和環(huán)境的污染降到最低限度。 同時讓學生感受綠色化學實驗的美好。

例如：在探究酸雨形成過程中，以往實驗是將燃燒匙內(nèi)點燃硫粉后伸入充滿氧氣的集氣瓶中，待燃燒結(jié)束后，蓋上玻璃片。用注射器抽取40mL 二氧化硫及10mL 滴有紫色石蕊試液的水溶液。 整個過程中，硫粉燃燒在敞口的集氣瓶中燃燒，勢必導致部分二氧化硫氣體外泄，整個過程不夠環(huán)保。 而針對這一缺點，利用醫(yī)用針筒對實驗進行改進，能夠有效地避免環(huán)境污染問題。

［實驗設計二］

在集氣瓶上塞上雙孔橡膠塞，分別插入燃燒匙和醫(yī)用注射器（50mL），待點燃燃燒匙內(nèi)硫粉后，迅速插入集滿氧氣的集氣瓶中， 待燃燒結(jié)束后，用醫(yī)用注射器抽取瓶內(nèi)40mL 二氧化硫氣體。拔下注射器， 針頭仍然留在雙孔橡膠塞中，并迅速用自制小橡皮塞封住注射器針頭的上端，防止瓶內(nèi)剩余氣體外逸。 隨后繼續(xù)用針筒抽取10mL 滴有紫色石蕊試液的水溶液并進行后續(xù)實驗。

此處改進，有效避免了二氧化硫氣體在敞口容器中會逃逸出一部分的缺陷。 而且對于集氣瓶中剩余的二氧化硫氣體，可用注射器向其中注入氫氧化鈉溶液吸收。 這樣一來，二氧化硫氣體由于是在密閉容器中，且剩余氣體及時處理，可將污染將至最低。整個實驗無處不在體現(xiàn)著環(huán)保綠色之美。

3.實驗微量高效 綻放簡約之美

著名心理學家、教育家布魯納認為：任何學科的內(nèi)容都可以用更為經(jīng)濟、富有活力的簡約方法表達出來，從而使學習者易于掌握。 陶行知曾說過：“凡做一事，要用最簡單、最省力、最省錢、最省時的法子，去收獲最大的效果。 ”一些化學實驗耗時較長，用量較多。若實驗能夠盡可能采用簡單的實驗裝置，用較少的實驗步驟和實驗藥品，在較短的時間內(nèi)完成實驗，以簡馭繁，省時高效，有效提高了課堂教學的質(zhì)量。 實驗過程中讓學生感受化學實驗的簡約之美。

例如：要證明濃硫酸的吸水性，一種實驗方法是將濃硫酸置于敞口容器中，先稱量開始的質(zhì)量，放置一段時間后，再稱量一次質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量變大了，可以間接證明濃硫酸具有吸水性。 但是由于濃硫酸具有強烈的腐蝕性，放于敞口容器中，存在的一定的危險性。另外吸收了水分之后的濃硫酸仍然是一份濃度較高的酸，還需進行后續(xù)的廢液處理，整個過程顯得繁瑣耗時，課堂教學受到限制。 而對該實驗采取微量化處理，則可以讓實驗過程變得簡潔高效。

［實驗設計三］

取一支溫度計，將其底部溫度計水銀泡蘸取濃硫酸，在一個充滿空氣的大燒杯中不斷甩動，發(fā)現(xiàn)溫度計溫度在上升。 由于濃硫酸溶于水會放出大量的熱，而空氣中有水蒸氣，濃硫酸吸收了空氣中的水分后放出熱，間接證明濃硫酸具有吸水性。

該實驗微量簡潔，不僅節(jié)約藥品、節(jié)約時間、而且安全可靠。 簡潔卻可以說明問題。 這也是我們不斷追求“大道至簡”的教學境界。

4.實驗推理嚴謹 綻放邏輯之美

新課程標準倡導學生初步養(yǎng)成勤于思考、敢于質(zhì)疑、嚴謹求實等科學品質(zhì)。 具有依據(jù)已有的知識和經(jīng)驗對猜想或者假設做初步論證的意識。 化學實驗過程中必然存在著大量的推理論證過程。 在實驗過程中，設計環(huán)環(huán)緊扣的實驗步驟，引導學生進行嚴謹?shù)耐评碚撟C，層層分析推進，幫助學生建立起恰當?shù)乃季S模式，形成正確的結(jié)論。 化學實驗推理過程借助邏輯推理方法進行，既在邏輯思維過程中，根據(jù)現(xiàn)實材料按邏輯思維的規(guī)律和規(guī)則形成概念，作出判斷和進行推理。 實驗過程中，類比論證過程嚴絲合縫，讓化學實驗產(chǎn)生一種嚴謹?shù)倪壿嬛馈?/p>

例如：氫氧化鈉溶液和二氧化碳反應沒有明顯現(xiàn)象。學生無法判斷該反應是否進行。一般直接告知。但這種灌輸式的教學方法顯然不利于學生科學素養(yǎng)的形成。 而通過設計環(huán)環(huán)緊扣的實驗，可以很好地解決灌輸式教學的弊端，對新知識的產(chǎn)生和理解有著很強的說服力，同時對培養(yǎng)學生分析問題解決問題的科學探究能力大有益處。

［實驗設計四］

取兩個軟塑料瓶（可選用礦泉水瓶），集滿二氧化碳。 準備兩個橡皮塞，塞子上分別插入一個醫(yī)用注射器， 醫(yī)用注射器內(nèi)吸入一定量稀鹽酸 （后續(xù)實驗備用）。 分別倒入適量氫氧化鈉溶液，迅速塞上帶有醫(yī)用注射器的橡皮塞，振蕩軟塑料瓶。發(fā)現(xiàn)塑料瓶變癟。引導學生思考為何振蕩后瓶子變癟？

僅僅看到瓶子變癟說明氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學反應，缺少說服力，學生心存疑惑。 因為二氧化碳能溶于水，可能是因為二氧化碳的溶解而導致瓶子變癟。 此時，正是引導學生進行邏輯推理的大好時機。 如何證明不僅僅是因為二氧化碳溶于水導致的瓶子變癟呢？

這時，可以用控制變量法的思想，再用一個一模一樣的軟塑料瓶，集滿二氧化碳，加入等體積的水，振蕩后發(fā)現(xiàn)瓶子只是稍變癟。 從這一對比實驗，可以初步判斷氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學反應，有較強說服力。 這時，學生勢必想要知道既然氫氧化鈉和二氧化碳發(fā)生了化學反應，那么主要產(chǎn)物又是什么呢？

通過學生已有經(jīng)驗，氫氧化鈣和二氧化碳反應能夠生成碳酸鈣和水的事實， 學生猜測可能是碳酸鈉。那么如何證明產(chǎn)物是碳酸鈉呢？ 可給予信息提示：稀鹽酸和碳酸鈉反應會產(chǎn)生二氧化碳氣體。 根據(jù)這一信息提示，繼續(xù)實驗：將一開始注射器中準備好的稀鹽酸推入瓶中，發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)液體迅速冒出氣泡，可得到結(jié)論：氫氧化鈉溶液和二氧化碳反應有碳酸鈉生成。

整個推理和實驗過程，不僅有利于學生新知識的建立和理解，依據(jù)已有知識，借助邏輯推理方法設計探究性實驗。 學生感受科學實驗的嚴謹和艱辛，這比教師的直接講授有效得多，同時化學實驗推理的邏輯之美與魅力此刻盡現(xiàn)。

5. 實驗合理防護 綻放安全之美

化學實驗過程中， 一些化學藥品及實驗操作等具有一定的危險性。因此，必須要樹立安全責任重于泰山安全意識。另外，正因為一些化學實驗存在危險性，一部分學生會對化學實驗存在恐懼心理。而這樣的心理不利于學生認真觀察實驗。因此，在設計實驗時，進行正面引導，預知可能出現(xiàn)的一些危險情況，實驗過程中提前做好合理的防護措施， 將可能出現(xiàn)的危險防患于未然。危險是可以預防的，只要積極地進行防護， 那么一些危險性的實驗也可以順利地進行，消除了學生想做實驗而不敢做實驗的矛盾心理，感受到安全之美。

例如：金屬活動性順序中，為了說明不是所有的金屬都是可以順利地將鹽溶液中的金屬置換出來的，同時感受一些金屬的化學性質(zhì)非?；顫姷男再|(zhì)，可通過補充鈉和硫酸銅溶液反應這一實驗來說明。但是該反應劇烈， 反應過程中可能會有一些堿液濺出，甚至會有火花產(chǎn)生。學生對于這樣劇烈的現(xiàn)象非常期待，但又害怕其中的堿液會濺出，想湊近觀察但因為恐懼心理卻又保持著一定的距離， 因此很難順利地觀察到這個實驗過程。 但是，只要稍加防護，就完全可以消除學生的這種恐懼心理， 可以大大降低危險性。

［實驗設計五］

實驗時， 在燒杯中放入一定量的硫酸銅溶液，切取一小塊鈉投入其中， 迅速在燒杯上方罩一個大漏斗。 可以有效避免溶液從燒杯中濺出，而且，還能觀察到從漏斗的尖嘴口冒出的白霧，間接說明此反應的劇烈程度。

精心設計的化學實驗， 無處不在體現(xiàn)理性思維與感性認知的和諧統(tǒng)一， 潛移默化中培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)。增進對化學學科的美好情感，領略化學學科之美！

［1］ 劉知新主編.化學教學論［M］.北京：高等教育出版社，2004

［2］ 王祖浩. 全日制義務教育化學課程標準解讀 ［M］. 武漢：湖北教育出版社，2005

［3］ 楊秋霞. 淺談新課程理念下的初中化學實驗教學的改進［J］.學周刊.2011，（3）：166

［4］ 張偉林. 初中化學實驗教學改進探索［J］. 教學與管理，2011，（10）：71-72

［5］ 孟玉潔. 初中化學實驗的微型化改進［J］. 西北成人教育學報，2012，（6）：111-112

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