高中化学实验教学常教常新的点滴做法
2022-06-08
摘要：通过优化高中化学教材上的部分实验，使化学实验更加生活化、定量化，同时根据教学和学生的需要设计一些探究性实验，使学生的学习方式由被动接受转为主动体验和探索，从而培养学生的探究意识、科学素养和创新能力。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：实验教学；高中化学
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0038?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
化学是一门以实验为基础的学科，化学规律是通过对实验现象的发现、探究和反复验证形成的。在教学中笔者进行了大胆的探索与实践，通过适当优化实验方案和内容，充分挖掘实验功能，使实验教学变新、变活，激发了学生的学习热情，培养了学生的探究意识，提升了学生的创新能力。
1 经典实验生活化
1.1 案例1
苏教版《化学1》专题1“常见物质的检验”中钾元素的焰色反应实验是一个经典的实验。教材中一直是用洁净的铂丝（或铁丝）蘸取金属盐溶液后，在无色火焰上烧的方法来观察焰色，实验现象不明显。现对该实验进行生活化处理。生活化一：将粗铁丝的一端砸成薄薄的勺状（掏耳勺状），再用钢钉打几个很小的孔，另一端插入木柄中。用铁丝勺盛装少量固体钾盐在酒精灯火焰上烧，现象非常明显。生活化二：用洗净的香水瓶盛装钾盐的乙醇溶液直接喷在酒精灯火焰上方，即使不用蓝色钴玻璃也能观察到明显的实验现象[1]。
1.2 案例2
《实验化学（选修）》专题6“镀锌铁皮锌层厚度的测定”实验中，教材上的设计是将铁皮放在石棉网上用酒精灯小火烘干。学生质疑在加热的过程中铁皮会被空气中的氧气氧化，从而导致镀层测定出现误差。学生提出可不可以改用吸收金属钠表面的煤油的方式用滤纸吸干后再风干一段时间，经过实验发现风干时间较长（约1分钟）[2]，也不是最好的办法。酒精是日常生活中接触较多的有机物，不导电、不会引起金属腐蚀、具有较强的溶解性和挥发性，常用于精密电器元件的清洗。如果用无水乙醇淋洗铁皮或将铁皮浸在无水乙醇中稍微搅拌后，拿出擦干，瞬间即干燥了。
把化学实验与生产生活紧密地联系在一起，使实验教学生活化，更能让学生感受到化学的魅力，更有利于学生了解生产生活，了解社会。
2 定性实验定量化
2.1 案例3
苏教版《化学2》专题2“化学反应中的能量变化”实验2中，用手触摸烧杯外壁，感受氯化铵晶体与氢氧化钡晶体混合反应的热量变化。学生能明显地感受到烧杯外壁很凉，触觉告诉他们该反应为吸热反应。如何让学生在视觉上也感受到吸热反应呢？应用J01310型数字测温仪同步显示混合反应的温度变化（如图1），给学生以视觉震撼。触觉、视觉双管齐下更有利于学生理解该反应为吸热反应。本实验如果在透明的塑料袋中操作既能体现减少体系与外界的热交换，还可以减少氨气的逸出，使实验更加绿色化。
2.2 案例4
苏教版《实验化学（选修）》教材在“牙膏和火柴头中某些成分的检验”课题中，利用火柴头的燃烧实验检验硫元素。笔者在开展含硫火柴头燃烧实验的教学时，基于操作安全简捷、药品用量少、实验绿色化等角度的考量，对该实验进行了再创新。利用点火器点燃固定好的火柴（如图2），产生的二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色，充分振荡效果更佳。同时利用该装置密闭性好的优点，改加一定量且过量的酸性高锰酸钾溶液，然后用点火器点燃固定好的火柴，待燃烧产生的二氧化硫被充分吸收后，用一定浓度的草酸钠溶液滴定至终点，根据高锰酸钾和草酸钠的量可以求出火柴头中硫元素的质量。仪器常规、操作简单、现象明显、环保、数据准确，具有一定的推广价值。
近年高考题频繁出现定性、定量相结合的实验案例，例如：2012浙江理综26题、2012福建理综25题、2013福建理综25题、2013安徽理综27题等。因此，挖掘教材中定性与定量实验融合的案例培养学生的定性思想，以提高学生分析问题、解决问题的综合能力，从而更有信心地应对高考的检验。伴随着实验从定性到定量的优化，学生对知识的理解也从量变升华为质变。
3 抽象问题直观化
3.1 案例5
苏教版《化学1》专题2“氧化还原反应”中电子的转移对刚入学的高一学生来说非常抽象，难理解。笔者在教学中借助“问题解决”栏目中分析“Zn+CuSO4= Cu+ZnSO4电子转移的方向和数目”这一问题设计一个Zn-Cu-CuSO4（aq）原电池，并连接小灯泡（或音乐卡）和电流计，通过小灯泡发光（或音乐卡放音乐）和电流计指针偏转得出有电流形成，从而让学生真实地感受到了电子的转移。同时还可以根据电流表指针偏转的方向得出电子转移的方向，一举两得，教学中的难点轻松化解。
3.2 案例6
很多学生对“液态氯化氢中无自由移动的离子，不能导电”一直没有真正理解，只是死记硬背地记住而已，不利于以后的学习。用演示实验便可让学生理解液态氯化氢中确实没有自由移动的离子。但常压下氯化氢是气态的，液态氯化氢较难获得，演示实验也不方便。
液态醋酸与液态氯化氢性质相近，可以用液态醋酸代替液态氯化氢做演示实验。在两个小烧杯中分别盛放少量冰醋酸，将石墨电极插入液态冰醋酸后接通电源，小灯泡不亮，关闭电源，向其中一个烧杯中加入少量水稀释并搅拌后接通电源，稀释过的装置中原先不亮的小灯泡会变亮。通过对液态氯化氢与冰醋酸的类比可以得出结论：液态氯化氢中无自由移动的离子，不能导电；在水分子的作用下氯化氢才能电离出自由移动的氢离子和氯离子，才能导电。将此实验略做改进，向冰醋酸中逐渐加入水并搅拌小灯炮会逐渐变亮，再逐渐加水至过量，又会变暗，直至熄灭（小烧杯中溶液要不断更换）。引导学生分析整个不亮-亮-不亮的过程，得出溶液中的离子浓度从小到大再变小的结论，对学生学习电解质导电等问题有极大的帮助。 随着社会的不断发展，中学化学实验引入了数字化实验系统（DIS）。DIS是由“传感器+数据采集器+实验软件+计算机”构成的新型实验系统（如图3），该系统中的电导率传感器可用于测量溶液的导电能力，数据采集器将数据发送至软件平台，最终以动态图片的形式显示出来。前20s冰醋酸的电导率为0，说明冰醋酸不导电，随着加水稀释，电导率先增大，后减小，随着不断用注射器抽出稀释后的醋酸溶液最终电导率也基本为0（如图4）。该实验将电导率随溶液稀释以图像的形式真实、直观地展现出来，让学生对冰醋酸的导电以及以醋酸为代表的弱电解质的电离有了更为深刻的理解[3]。
用适合的化学实验把学生在学习化学过程中遇到的抽象问题通过实验现象、实验数据、图像等直观地表达出来是学生走出理解的误区的最好选择。
4 疑难问题探究化
自从本校开设选修课以来教师有了更多和学生探究化学奥妙的时间和场所，对化学实验感兴趣的学生也有了发挥的空间。很多疑难问题都可以利用选修课进行深入探究，师生都受益匪浅。
2013年浙江省高中生化学竞赛试题第7题：用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中，正确的有（ ）。
（1）该溶液的pH可能增大
（2）该溶液的pH可能减小
（3）该溶液的pH可能不变
（4）该溶液的浓度可能增大
（5）该溶液的浓度可能不变
（6）该溶液的浓度可能减小
A.三种 B.四种 C.五种 D.六种
答案为D。选项（6）中该溶液的浓度可能减小，学生没有考虑到，导致失分。笔者利用选修课和学生一起探讨，并引导学生进行了较为深入的实验研究。A同学经过冥思苦想提出：应该是电解亚硫酸钠溶液，阴极产生氢气，阳极产生氧气，溶质由亚硫酸钠变为硫酸钠，浓度减小。其他同学也比较认同A同学的看法，A同学很得意。首先笔者表扬A同学对电解知识掌握得不错，也具有很强的分析能力。接下来我们一起准备好实验用品并开始实验（亚硫酸钠接近饱和）。通电后阴极很快产生了大量气体，但阳极让大家有点意外，基本没有气泡产生。笔者没有做任何解释，而是让学生自己分析。过了一会儿B同学抢着回答：我们忽略了亚硫酸根的强还原性，一定是亚硫酸根先放电变成了硫酸根，其他同学也豁然开朗。A同学没有了刚才的得意，笔者不但没有批评他的骄傲，反而鼓励他继续思考，并引导学生设计实验检验电解产物。第二天A同学像发现新大陆一样跑来说：“老师，这个对的，继续电解，亚硫酸钠全都转化为硫酸钠以后两极不就都有气体了吗？”经过实验，果然如此，不过再结合题意似乎有点牵强。经过多次查阅资料和分析讨论后大家根据气体产物共同分析有可能是过氧化氢溶液，实验探究又开始了。电解30%的过氧化氢溶液，通电后两极都立即产生大量气泡，阴极氢离子得电子生成氢气，那么阳极呢？阳极会是氧气吗？数字化实验系统（DIS）的研究手段又一次派上用场，不过这一次用的是O2传感器。先将O2传感器探头放置在空气中，待软件平台上的数据相对稳定后将探头移近橡胶管（如图5），慢慢打开止气夹观察软件平台上的数据变化，停止电解再观察软件平台上的数据变化，最后将O2传感器探头重新放置在空气中，再次观察软件平台上的数据变化（如图6）。通过对比得出阳极有氧气产生的结论。
下一个问题，过氧化氢的浓度如何变化呢？师生共同设计了利用高锰酸钾滴定的方法测定电解前后过氧化氢溶液的浓度变化。最后得出总的结论：用惰性电极电解过氧化氢溶液时，两极只有H2和O2生成。电解一段时间后，该溶液的浓度减小。再下一个问题，电解过氧化氢溶液阴阳两极电极反应是如何书写呢？探究还将继续。
著名化学家傅鹰说过：“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。”选修课班额小，上课地点灵活，有利于通过实验探究平时教学中的疑难问题，是必修课的有益补充，又能因材施教让化学尖子生吃得更好，吃得更饱。
总之，创新是当代教育的主旋律，教师对科学事实的执着探寻和灵活变通也会潜移默化地带动出具有创新精神的学生。在实验教学中，无论是原有实验，还是改进实验；无论是必修课，还是选修课；无论是普通模式，还是优化模式，都应使学生的学习方式由被动接受转为主动体验和探索，使学生真正成为实验教学的主角，使化学实验教学达到提高学生科学素养和创新能力的目的，这才是新课改的最终目的。
参考文献：
[1]李平.拼搏进取，不断开创化学实验研究的新局面[J].化学教学，2013，（9）：3～6.
[2]赵琦.《实验化学》中的问题释疑[J].中学化学教学参考，2012，（12）：42～43.
[3]江军.微型数字化探究苯酚与溴水反应类型[J].教学仪器与实验，2009，（11）：14～16.
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关键词：实验教学；高中化学
文章编号：1005?C6629（2014）7?C0038?C03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
化学是一门以实验为基础的学科，化学规律是通过对实验现象的发现、探究和反复验证形成的。在教学中笔者进行了大胆的探索与实践，通过适当优化实验方案和内容，充分挖掘实验功能，使实验教学变新、变活，激发了学生的学习热情，培养了学生的探究意识，提升了学生的创新能力。
1 经典实验生活化
1.1 案例1
苏教版《化学1》专题1“常见物质的检验”中钾元素的焰色反应实验是一个经典的实验。教材中一直是用洁净的铂丝（或铁丝）蘸取金属盐溶液后，在无色火焰上烧的方法来观察焰色，实验现象不明显。现对该实验进行生活化处理。生活化一：将粗铁丝的一端砸成薄薄的勺状（掏耳勺状），再用钢钉打几个很小的孔，另一端插入木柄中。用铁丝勺盛装少量固体钾盐在酒精灯火焰上烧，现象非常明显。生活化二：用洗净的香水瓶盛装钾盐的乙醇溶液直接喷在酒精灯火焰上方，即使不用蓝色钴玻璃也能观察到明显的实验现象[1]。
1.2 案例2
《实验化学（选修）》专题6“镀锌铁皮锌层厚度的测定”实验中，教材上的设计是将铁皮放在石棉网上用酒精灯小火烘干。学生质疑在加热的过程中铁皮会被空气中的氧气氧化，从而导致镀层测定出现误差。学生提出可不可以改用吸收金属钠表面的煤油的方式用滤纸吸干后再风干一段时间，经过实验发现风干时间较长（约1分钟）[2]，也不是最好的办法。酒精是日常生活中接触较多的有机物，不导电、不会引起金属腐蚀、具有较强的溶解性和挥发性，常用于精密电器元件的清洗。如果用无水乙醇淋洗铁皮或将铁皮浸在无水乙醇中稍微搅拌后，拿出擦干，瞬间即干燥了。
把化学实验与生产生活紧密地联系在一起，使实验教学生活化，更能让学生感受到化学的魅力，更有利于学生了解生产生活，了解社会。
2 定性实验定量化
2.1 案例3
苏教版《化学2》专题2“化学反应中的能量变化”实验2中，用手触摸烧杯外壁，感受氯化铵晶体与氢氧化钡晶体混合反应的热量变化。学生能明显地感受到烧杯外壁很凉，触觉告诉他们该反应为吸热反应。如何让学生在视觉上也感受到吸热反应呢？应用J01310型数字测温仪同步显示混合反应的温度变化（如图1），给学生以视觉震撼。触觉、视觉双管齐下更有利于学生理解该反应为吸热反应。本实验如果在透明的塑料袋中操作既能体现减少体系与外界的热交换，还可以减少氨气的逸出，使实验更加绿色化。
2.2 案例4
苏教版《实验化学（选修）》教材在“牙膏和火柴头中某些成分的检验”课题中，利用火柴头的燃烧实验检验硫元素。笔者在开展含硫火柴头燃烧实验的教学时，基于操作安全简捷、药品用量少、实验绿色化等角度的考量，对该实验进行了再创新。利用点火器点燃固定好的火柴（如图2），产生的二氧化硫使酸性高锰酸钾溶液褪色，充分振荡效果更佳。同时利用该装置密闭性好的优点，改加一定量且过量的酸性高锰酸钾溶液，然后用点火器点燃固定好的火柴，待燃烧产生的二氧化硫被充分吸收后，用一定浓度的草酸钠溶液滴定至终点，根据高锰酸钾和草酸钠的量可以求出火柴头中硫元素的质量。仪器常规、操作简单、现象明显、环保、数据准确，具有一定的推广价值。
近年高考题频繁出现定性、定量相结合的实验案例，例如：2012浙江理综26题、2012福建理综25题、2013福建理综25题、2013安徽理综27题等。因此，挖掘教材中定性与定量实验融合的案例培养学生的定性思想，以提高学生分析问题、解决问题的综合能力，从而更有信心地应对高考的检验。伴随着实验从定性到定量的优化，学生对知识的理解也从量变升华为质变。
3 抽象问题直观化
3.1 案例5
苏教版《化学1》专题2“氧化还原反应”中电子的转移对刚入学的高一学生来说非常抽象，难理解。笔者在教学中借助“问题解决”栏目中分析“Zn+CuSO4= Cu+ZnSO4电子转移的方向和数目”这一问题设计一个Zn-Cu-CuSO4（aq）原电池，并连接小灯泡（或音乐卡）和电流计，通过小灯泡发光（或音乐卡放音乐）和电流计指针偏转得出有电流形成，从而让学生真实地感受到了电子的转移。同时还可以根据电流表指针偏转的方向得出电子转移的方向，一举两得，教学中的难点轻松化解。
3.2 案例6
很多学生对“液态氯化氢中无自由移动的离子，不能导电”一直没有真正理解，只是死记硬背地记住而已，不利于以后的学习。用演示实验便可让学生理解液态氯化氢中确实没有自由移动的离子。但常压下氯化氢是气态的，液态氯化氢较难获得，演示实验也不方便。
液态醋酸与液态氯化氢性质相近，可以用液态醋酸代替液态氯化氢做演示实验。在两个小烧杯中分别盛放少量冰醋酸，将石墨电极插入液态冰醋酸后接通电源，小灯泡不亮，关闭电源，向其中一个烧杯中加入少量水稀释并搅拌后接通电源，稀释过的装置中原先不亮的小灯泡会变亮。通过对液态氯化氢与冰醋酸的类比可以得出结论：液态氯化氢中无自由移动的离子，不能导电；在水分子的作用下氯化氢才能电离出自由移动的氢离子和氯离子，才能导电。将此实验略做改进，向冰醋酸中逐渐加入水并搅拌小灯炮会逐渐变亮，再逐渐加水至过量，又会变暗，直至熄灭（小烧杯中溶液要不断更换）。引导学生分析整个不亮-亮-不亮的过程，得出溶液中的离子浓度从小到大再变小的结论，对学生学习电解质导电等问题有极大的帮助。 随着社会的不断发展，中学化学实验引入了数字化实验系统（DIS）。DIS是由“传感器+数据采集器+实验软件+计算机”构成的新型实验系统（如图3），该系统中的电导率传感器可用于测量溶液的导电能力，数据采集器将数据发送至软件平台，最终以动态图片的形式显示出来。前20s冰醋酸的电导率为0，说明冰醋酸不导电，随着加水稀释，电导率先增大，后减小，随着不断用注射器抽出稀释后的醋酸溶液最终电导率也基本为0（如图4）。该实验将电导率随溶液稀释以图像的形式真实、直观地展现出来，让学生对冰醋酸的导电以及以醋酸为代表的弱电解质的电离有了更为深刻的理解[3]。
用适合的化学实验把学生在学习化学过程中遇到的抽象问题通过实验现象、实验数据、图像等直观地表达出来是学生走出理解的误区的最好选择。
4 疑难问题探究化
自从本校开设选修课以来教师有了更多和学生探究化学奥妙的时间和场所，对化学实验感兴趣的学生也有了发挥的空间。很多疑难问题都可以利用选修课进行深入探究，师生都受益匪浅。
2013年浙江省高中生化学竞赛试题第7题：用惰性电极电解某溶液时，发现两极只有H2和O2生成。则电解一段时间后，下列有关该溶液（与电解前同温度）的说法中，正确的有（ ）。
（1）该溶液的pH可能增大
（2）该溶液的pH可能减小
（3）该溶液的pH可能不变
（4）该溶液的浓度可能增大
（5）该溶液的浓度可能不变
（6）该溶液的浓度可能减小
A.三种 B.四种 C.五种 D.六种
答案为D。选项（6）中该溶液的浓度可能减小，学生没有考虑到，导致失分。笔者利用选修课和学生一起探讨，并引导学生进行了较为深入的实验研究。A同学经过冥思苦想提出：应该是电解亚硫酸钠溶液，阴极产生氢气，阳极产生氧气，溶质由亚硫酸钠变为硫酸钠，浓度减小。其他同学也比较认同A同学的看法，A同学很得意。首先笔者表扬A同学对电解知识掌握得不错，也具有很强的分析能力。接下来我们一起准备好实验用品并开始实验（亚硫酸钠接近饱和）。通电后阴极很快产生了大量气体，但阳极让大家有点意外，基本没有气泡产生。笔者没有做任何解释，而是让学生自己分析。过了一会儿B同学抢着回答：我们忽略了亚硫酸根的强还原性，一定是亚硫酸根先放电变成了硫酸根，其他同学也豁然开朗。A同学没有了刚才的得意，笔者不但没有批评他的骄傲，反而鼓励他继续思考，并引导学生设计实验检验电解产物。第二天A同学像发现新大陆一样跑来说：“老师，这个对的，继续电解，亚硫酸钠全都转化为硫酸钠以后两极不就都有气体了吗？”经过实验，果然如此，不过再结合题意似乎有点牵强。经过多次查阅资料和分析讨论后大家根据气体产物共同分析有可能是过氧化氢溶液，实验探究又开始了。电解30%的过氧化氢溶液，通电后两极都立即产生大量气泡，阴极氢离子得电子生成氢气，那么阳极呢？阳极会是氧气吗？数字化实验系统（DIS）的研究手段又一次派上用场，不过这一次用的是O2传感器。先将O2传感器探头放置在空气中，待软件平台上的数据相对稳定后将探头移近橡胶管（如图5），慢慢打开止气夹观察软件平台上的数据变化，停止电解再观察软件平台上的数据变化，最后将O2传感器探头重新放置在空气中，再次观察软件平台上的数据变化（如图6）。通过对比得出阳极有氧气产生的结论。
下一个问题，过氧化氢的浓度如何变化呢？师生共同设计了利用高锰酸钾滴定的方法测定电解前后过氧化氢溶液的浓度变化。最后得出总的结论：用惰性电极电解过氧化氢溶液时，两极只有H2和O2生成。电解一段时间后，该溶液的浓度减小。再下一个问题，电解过氧化氢溶液阴阳两极电极反应是如何书写呢？探究还将继续。
著名化学家傅鹰说过：“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。”选修课班额小，上课地点灵活，有利于通过实验探究平时教学中的疑难问题，是必修课的有益补充，又能因材施教让化学尖子生吃得更好，吃得更饱。
总之，创新是当代教育的主旋律，教师对科学事实的执着探寻和灵活变通也会潜移默化地带动出具有创新精神的学生。在实验教学中，无论是原有实验，还是改进实验；无论是必修课，还是选修课；无论是普通模式，还是优化模式，都应使学生的学习方式由被动接受转为主动体验和探索，使学生真正成为实验教学的主角，使化学实验教学达到提高学生科学素养和创新能力的目的，这才是新课改的最终目的。
参考文献：
[1]李平.拼搏进取，不断开创化学实验研究的新局面[J].化学教学，2013，（9）：3～6.
[2]赵琦.《实验化学》中的问题释疑[J].中学化学教学参考，2012，（12）：42～43.
[3]江军.微型数字化探究苯酚与溴水反应类型[J].教学仪器与实验，2009，（11）：14～16.