例谈化学实验创新的途径和价值

(江苏省仪征市实验中学东区校，211400）

摘要：中学化学实验创新应具有“大教学”视野；应重在解释原理、突破难点；应促进学生的深度理解和思维发散；其方向是简约化和绿色化。

关键词：实验创新 跨学科 简约化 绿色化

《义务教育化学课程标准（2011版）》明确提出：“教学中创设以实验为主的科学探究活动，有助于激发学生对科学的兴趣，引导学生在观察、实验和交流讨论中学习化学知识，提高学生的科学探究能力。”为展示近年来中学化学实验教学的成果，进一步探索中学化学实验教学的方向，江苏省中小学教研室于2017年4月27~28日在徐州市举办了第六届中学化学创新实验调演暨实验观摩活动。笔者有幸全程观摩了本次调演的所有参赛实验。基于这次观摩，结合平时的教学实践，笔者对实验创新也产生了一些新的思考。

一、实验创新应具有“大教学”视野

2014年江苏省《关于深化教育领域综合改革的实施意见》对基础教育明确提出了“创新人才培养模式”的改革任务，要求全省中小学建立、健全有利于实施素质教育的体制、机制，切实增强学生的社会责任感、创新精神和实践能力。人才培养模式的创新归根结底是教学的创新。各个学科的教学都有培养创新精神的义务和功能，只是优势和特色不同。创新精神的培育应该建立在各个学科基础之上，整合各个学科的知识与能力。在化学实验创新中，要充分考虑化学与语文、数学、物理、生物等学科知识的关联性，应具有“大教学”视野，发展学生的跨学科综合素养。

例如，张建林等老师设计的“基于智能实验系统测定中和热”创新实验（如图1），利用传感器、3D打印、二维码远程控制等设备和技术，实现了智能化的理念，现场评委专家和观摩教师都有脑洞大开之感，感叹“化学实验可以如此高大上啊”，该实验设计也获得了本次创新实验比赛一等奖第一名。

化学实验是学生参加科学实践活动的重要渠道，因而，实验创新对发展学生的核心素养具有极其重要的价值，在培养创新人才方面具有深刻的意义，是培养学生能力和价值观的最佳途径之一。

二、实验创新应重在解释原理、突破难点

实验创新设计的重要价值是实现实验功能增值，突破课堂教学难点，最关键的是对实验内涵的挖掘和对原理的深刻解剖。进行实验创新设计首先要深入研究实验设计的意图，即所要达到的教学目标，其次要找准现有实验存在的问题，如直观性、可操作性、功能价值等，根据存在的问题明确实验改进的方向和思路。

例如，许亮亮老师设计的“过氧化氢制取氧气”创新实验（如图2），采用海藻酸钠附着不同催化剂的样品（Fe2O3、S），能比较直观地观察催化剂的状态，对于学生理解催化剂的难点帮助很大。可以快捷回收的海藻酸钠微球也便于学生小组合作探究完成实验。

深化教育改革、培养创新人才的观念从理论到制度的转变，再从制度到心理的转变，需要不断地研究、实践、再研究、再实践，其实施的过程必须逐步完成，必须凝结沉淀在化学课堂教学中，才能真正得到落实。

三、实验创新应促进学生的深度理解和思维发散

实验的改进和创新要立足于教材且高于教材。实验创新不能孤立为教师的个人活动，而要积极吸引学生参与进来，从而激发他们的创新思维。在实验创新中，实验内容、实验步骤的与众不同，得到的比较好的实验效果，可以培养学生的科学态度，加深他们对科学的深度理解。

例如，严俊等老师设计的“氢氧化钠性质探究”创新实验（如图3、图4）。A中氢氧化钠溶液和二氧化碳反应形成负压，打开止水夹K1，红色液体由C倒吸入A，再打开止水夹K2，风哨鸣叫，B中稀盐酸倒吸入A和C。这里利用压强的变化，让实验变得自动化；通过调节药品的浓度、用量或导管伸入液面下的深度，可观察到不同的现象（可以控制浓度，使最后A中液体呈现红色而C中液体呈现无色）。关注变换输出的趣味设计呈现了精彩的化学，提高了学生的学习兴趣，促进了学生的深度理解和思维的发散，也培养了他们的创新能力和实践精神。

只有将科学精神和科学态度的培养落实到实验改进中，学生通过模仿、体会和领悟，点点滴滴，潜移默化，才能形成他们受益终身的科学精神、科学态度和科学的行为习惯。以实验创新为基础的科学探究是真实促进学生深度理解、发散思维的学习过程，也能够培养和发展学生终身学习的能力。

四、实验创新的方向是简约化和绿色化

（一）实验操作(器材)简约化

通常教学实验内容时，教师要在课前把相关实验器材从实验室拿到办公室，再从办公室搬到教室。如果实验器材过于繁杂，对教师来说就不够便捷。只有让实验器材“轻装上阵”，即简约化，教师才会更愿意进行实验教学。

例如，我在做“氧气的化学性质演示”实验时，通常只准备6%过氧化氢溶液和二氧化锰，仅使用一个集气瓶在课堂中现场制取氧气，然后探究氧气的化学性质。这里，集气瓶既是氧气发生器，也是氧气收集器，并且能将木炭燃烧、蜡烛燃烧、铁丝燃烧、硫黄燃烧等“氧气的化学性质演示”实验集成到同一个实验环境中，充分体现了化学实验的简约化。

（二）实验设计绿色化

为了应对日益突出的环境问题，绿色化学越来越被人们所重视。目前绿色化学研究的方向主要是实现化学反应的分子中原子全部转化为产物，实现零排放——这就是理想的绿色化学反应。初中化学实验设计绿色化能够在减少污染，直至杜绝污染的同时，培养学生的科学素养和环保意识。

例如，梁峰丽老师设计的“二氧化硫性质探究”一体化创新实验（如图5），利用医用输液袋利于密封存储气体、便于抽取气体样品的优点，实验探究二氧化硫的漂白性、氧化性、溶解性和还原性。该实验在保护环境的前提下系统展现了二氧化硫的性质，并且联系生活实际模拟了酸雨的形成过程，从而充分体现了绿色化学的设计理念，增强了学生的环保意识，激发了学生的学习兴趣，也培养了他们的思维能力和创新能力。

最后需要指出，化学实验创新是化学教师对化学实验的深刻理解、对化学教育的特有感悟、也是对科学精神的不懈追求；但是同时，笔者也认为，教材实验都是经过教育专家和学者综合多方因素，经过很长时间的实践论证，蕴含着特定的人文底蕴和科学精神，因此不能改变教材中的经典实验的原理和本质，很多实验只宜在某些细节方面稍做改进。

本文系扬州市教育科学规划立项课题“小组合作下的初中化学综合实践活动研究”（编号：G/16/P/230）的阶段性研究成果。

参考文献：

［1］ 师保国.核心素养的“教”与“评”——以创新素养为例［J］.人民教育，2017（3）.

［2］ 李德前.例谈初中化学实验创新的思维方法［J］.化学教学，2013（3）.

［3］ 朱清勇.创新设计实验 呈现奇妙化学［J］.化学教与学，2016（2）.