鄭灷 潘紅

【摘要】實驗是化學的靈魂，實驗的創(chuàng)新和改進不僅能激發(fā)學生學習化學的興趣，也能最大程度地增強教學效果。本文從原實驗不足、改進方法、應用實例與創(chuàng)新特色四方面介紹了基于對比實驗的創(chuàng)新設計——多功能試管夾。

【關鍵詞】對比實驗;實驗創(chuàng)新;化學學科;核心素養(yǎng)

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。實驗教學在中學化學教學中占據(jù)舉足輕重的地位，是落實學生化學學科核心素養(yǎng)的實踐基礎。同時，化學學科吸引學生的無窮“魅力”就體現(xiàn)在“千變萬化”的化學實驗現(xiàn)象及隱藏其背后的化學反應原理。

作為中學化學教師，我們“都知道中學化學實驗在中學化學教學和中學生化學學科素養(yǎng)形成方面的重要地位與作用，以及中學化學實驗教學的不可替代性”。筆者通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，在現(xiàn)行人教版高中化學教材中，對比實驗在高中化學實驗中占據(jù)較大比例，但是其常規(guī)的演示操作存在一定的不足。本文將從原實驗不足、改進方法、應用實例與創(chuàng)新特色等四個方面向大家介紹一種基于對比實驗的創(chuàng)新設計——多功能試管夾的自制教具及在高中化學對比實驗中的廣泛應用。

一、原實驗不足

1.操作難度大

常規(guī)的對比演示實驗對教師的要求其實不低，教師不僅手要足夠大到能同時拿得了多支試管，還要注意面對學生演示時的操作規(guī)范。除了徒手夾持多支試管不穩(wěn)固之外，在對比實驗過程中教師穩(wěn)定地同時振蕩所有試管也有一定的難度，客觀上也給演示實驗帶來一定的危險性。

2.教學效果差

常規(guī)的對比演示實驗并不能達到良好的教學效果。為了使實驗現(xiàn)象更加明顯，教師會使用白色背景板，因此，課堂上就會出現(xiàn)教師一手夾持多支試管，另一只手拿著背景板，從而無法實現(xiàn)準確指明對應試管的一幕。此外，單純靠語言“標定”左右兩側也會因為教師與學生方向不同而使學生產(chǎn)生混亂。有些教師還會通過在試管上部貼上標簽，試圖幫助學生“精準定位”所指試管，但是這樣做的弊端也很突出：一方面，試管是曲面，標簽的文字容量比較小;另一方面，在操作過程中為了讓學生看清試管中的現(xiàn)象，教師都會夾持試管的上方以保持穩(wěn)固，而標簽又會被教師的手擋住，形同虛設，學生自然很難將對比因素與試管一一對應起來。

二、改進方法

基于以上對常規(guī)演示實驗的不足分析，多功能試管夾的制作思路便逐漸清晰。

1.安全性改進

多功能試管夾利用在泡沫塑料上打孔，以及該材料對試管的摩擦力可以實現(xiàn)對多支試管的有效固定，此外，在試管上部再加裝橡皮筋，可以使試管的固定得到加強。不僅如此，由于試管夾中孔與孔之間的距離是參照試管架對應的位置而定的，因此，多功能試管夾的取用和放置也既方便又安全。

2.教學效果改進

利用小木條和紙板制作的標簽固定在多功能試管夾的后部，在對比實驗中教師能真正實現(xiàn)實驗多個試管“標簽化”區(qū)分，學生自然能一目了然。除此之外，多功能試管夾還能實現(xiàn)穩(wěn)定地同步振蕩多支試管的操作，而“多余”的孔位也能靈活根據(jù)實驗要求，進行試管或者其它設備的加裝，實現(xiàn)實驗教學多功能化。

三、應用實例

例如，針對不同分散系中是否存在丁達爾效應的對比實驗，多功能試管夾上可以加裝側板和激光筆。

1.溶液、膠體與濁液同時被激光照射對比實驗

關于丁達爾效應，教材中的實驗只是簡單對比了分別用激光照射Fe（OH）3膠體和CuSO4溶液的現(xiàn)象，但利用多功能試管夾可以實現(xiàn)溶液、膠體與濁液同時被激光照射之后的比較。側板的作用在于讓學生清楚觀察激光是否可以透過不同的分散系。

2.溶液、膠體與濁液中分散質粒子大小比較實驗

在《膠體》這一節(jié)中，很多學生沒有辦法對三種分散系的本質區(qū)別——分散質粒子直徑大小不同有深刻的理解。這時，教師可以利用多功能試管夾，讓學生對比光線“同時”及“分別”通過3種不同分散系的現(xiàn)象，從而解釋3種不同分散系中分散質粒子的大小，將“宏觀辨識與微觀探析”結合起來，讓微觀世界具象化。

3.教材中CuSO4溶液對實驗效果的影響探究

教材中所用的溶液為CuSO4溶液，而大部分教師用的激光筆都是紅色，藍色溶液對紅色激光有一定的吸收作用。教師可以利用多功能試管夾引導學生進行溶液顏色對實驗效果影響的探究實驗，這樣不僅能加強化學與物理學科之間的聯(lián)系，還能讓學生辯證地看待實驗方案并提出改進方案，滲透對學生獨立思考、敢于質疑和勇于創(chuàng)新的科學精神的培養(yǎng)。

4.不同種類膠體對實驗效果的影響探究

教材中只采用了膠粒帶正電的Fe（OH）3膠體做實驗，但教師也可以利用多功能試管夾對比不同種類的膠體（如AgI膠體）對實驗效果的影響，豐富學生對膠體種類的認識。

四、創(chuàng)新特色

1.廢物再利用，綠色化學觀

多功能試管夾的主要材料是廢泡沫與廢紙板。對廢棄物的充分利用不僅能使學生認識到環(huán)境保護和資源合理利用的重要性，也能培養(yǎng)其可持續(xù)發(fā)展的意識、綠色化學的觀念和“科學態(tài)度與社會責任”的學科核心素養(yǎng)。

2.可塑性強，可推廣性強

由于多功能試管夾用的是泡沫材料，所以可塑性強，孔的數(shù)目與間距盡在教師的掌握之中。教師可以通過改變標簽貼紙的文字內容讓實驗更有針對性，可以根據(jù)場地的不同更換背景板顏色以達到良好的教學效果，也可以根據(jù)實驗要求的不同對多功能試管夾進行加裝與拆卸。

制作多功能試管夾的其它材料也易得，都是實驗室常見的物品，比如檢驗氧氣的小木條，固定激光筆的鋁絲等。其制作過程也很簡單，關鍵是本身質量很輕，因此攜帶也很便捷。

3.可微型化，開發(fā)學生分組實驗

該器材可以實現(xiàn)微型化，并推廣到學生分組實驗中。這樣一來，不僅可以使學生在展示實驗成果時保持思路清晰，還可以優(yōu)化教學效果。通過推廣到學生實驗中，也適應了當前重視實驗教學的教育環(huán)境。

4.適用實驗范圍廣

據(jù)初步統(tǒng)計，多功能試管夾可以應用于高中教材的18個對比實驗中，如下表1所示。

五、反思

在實際教學中采用多功能試管夾雖然能在很大程度上優(yōu)化教學效果，但是在演示過程中滴加液體時可能會因為視線被標簽擋住而使操作者對不準試管口，從而導致試劑污染泡沫材料的情況，因此制作時要粘貼具有防水作用的貼紙對泡沫進行保護。

在多次的試驗當中，筆者發(fā)現(xiàn)并不是所有的泡沫材料都適合用于制作多功能試管夾，一般家用電器的泡沫材料比較硬，而且采用具有三角結構的泡沫會使多功能試管夾的穩(wěn)固性更好。如果是為了長期使用，可以利用亞克力材料進行制作。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中明確提出了化學課程的基本理念：開展以化學實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學習方式的轉變，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力。廣大中學化學教師要充分認識化學實驗的獨特價值，通過改進實驗操作或設計創(chuàng)新實驗教具，從而使實驗教學時刻保持活力與生機，增強學生科學探究的興趣，從而更好地發(fā)揮培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”的化學學科核心素養(yǎng)的作用。

參考文獻：

[1]楊明生，關強.中學化學實驗教學研究的現(xiàn)狀分析報告[J].化學教育，2012，33（1）：57-59.

[2]教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.