摘 要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要途徑，在全面理解化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，才能更好地展現(xiàn)化學(xué)學(xué)科魅力，才能更有助于化學(xué)教育教學(xué)，才能更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神。結(jié)合多年實(shí)踐、探索的具體案例，從化學(xué)物質(zhì)的選取及化學(xué)反應(yīng)原理的創(chuàng)新、儀器裝置的創(chuàng)新、操作技術(shù)的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新四個方面對化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容做了初步闡述，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)做了一些思考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；實(shí)踐；思考

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，這就決定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教育和教學(xué)中不可替代的地位。在當(dāng)前的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，許多老師往往把注意力集中在教材水平的探究上，即便有所改進(jìn)，學(xué)生所受到的教育仍側(cè)重于對某種儀器裝置的認(rèn)識和基本操作的掌握。實(shí)驗(yàn)本應(yīng)是化學(xué)教學(xué)的靈魂與魅力所在，但由于我們對化學(xué)教育的缺位，中考、高考中花樣翻新的種種實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)題的誘因，實(shí)施過程中許多化學(xué)教師認(rèn)為“黑板實(shí)驗(yàn)”并無不可。這樣的現(xiàn)狀使得化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革舉步維艱，更談不上對化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，盡管在這方面確有部分老師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或創(chuàng)新，其內(nèi)容仍停留在儀器裝置的改進(jìn)或創(chuàng)新的片面理解上，一些固有的思維模式束縛著廣大化學(xué)教師創(chuàng)造力的發(fā)揮，對于學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新精神的培養(yǎng)更是大打折扣。筆者結(jié)合多年的實(shí)踐，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容進(jìn)行了探索，總結(jié)了一些案例，做了一些思考。不當(dāng)之處，敬請廣大同行進(jìn)行批評、斧正。

一、化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容及案例

化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括化學(xué)物質(zhì)的選取及化學(xué)反應(yīng)原理的創(chuàng)新、儀器裝置的創(chuàng)新、操作技術(shù)的創(chuàng)新、設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新等。

1.化學(xué)物質(zhì)的選取及化學(xué)反應(yīng)原理的創(chuàng)新

學(xué)習(xí)或探究的目標(biāo)決定了化學(xué)物質(zhì)的選取和化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用，選取不同的物質(zhì)或材料、應(yīng)用不同的反應(yīng)原理，其實(shí)驗(yàn)的教育價值是不一樣的。

[案例1] 九年級化學(xué)上冊緒言課，多數(shù)老師采用演示趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如“燒不壞的手帕”，可將手帕改為紙幣，更能激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，更能鞏固和發(fā)展學(xué)生的興趣。

[案例2] 實(shí)驗(yàn)室制備氯氣，教材用濃鹽酸與二氧化錳加熱制備，可將二氧化錳改為常見氧化劑，如高錳酸鉀、氯酸鉀等，不用加熱便可直接制取。

[案例3] 實(shí)驗(yàn)室制備氨氣，教材用氯化銨和堿石灰的混合物加熱制備，應(yīng)用不同的原理有不同的制備方法，如，加熱濃氨水法、氨水加生石灰法、氮化鎂雙水解法等。

2.儀器裝置的創(chuàng)新

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所用到的相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)和物理性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的原理以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的條件，使用什么樣的裝置也就大致確定了。儀器裝置的創(chuàng)新是化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)中老師們探討得比較多的一個方面。主要包括常規(guī)儀器的多功能使用、生活替代品簡易儀器裝置的設(shè)計(jì)、微型儀器、成套儀器、新型儀器等。

[案例1] 2011年的高考，以三頸瓶為主的成套實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置頻頻出現(xiàn)在各地的高考試題中，如，江蘇高考題中用硝酸氧化淀粉水解液制備草酸的裝置（如圖1所示），再如浙江高考題中由二苯基經(jīng)乙酮氧化制二苯基乙二酮（如圖2所示），北京高考題中探究SO2與可溶性鋇的強(qiáng)酸鹽能否反應(yīng)生成白色BaSO4沉淀（如圖3所示）。

[案例2] 測定摩爾鹽（NH4）2Fe（S04）2·6H2O粗產(chǎn)品純度的實(shí)驗(yàn)（已知其中含有Fe2（S04）3雜質(zhì)）。方案一：抓住了NH4+，并把它轉(zhuǎn)化成了可測定的物質(zhì)NH3，然后設(shè)計(jì)了（如圖4、5所示）理想的實(shí)驗(yàn)裝置，測生成的氨氣的體積完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模环桨付和ㄟ^測氨氣的質(zhì)量來完成實(shí)驗(yàn)?zāi)康模ㄈ鐖D6所示）；方案三：還可以抓住Fe3+，用滴定法測定Fe3+的物質(zhì)的量，從而求摩爾鹽的純度。（裝置如圖7所示）

3.操作技術(shù)的創(chuàng)新

如何安全、有序地完成實(shí)驗(yàn)決定于實(shí)驗(yàn)者所應(yīng)具有的操作技術(shù)的規(guī)范程度。操作技術(shù)的創(chuàng)新包括反應(yīng)條件的控制、反應(yīng)用量的控制、表面技術(shù)應(yīng)用與控制、數(shù)字技術(shù)應(yīng)用與控制等。

[案例1] “吹出來的銀鏡”實(shí)驗(yàn)。教材銀鏡反應(yīng)實(shí)驗(yàn)采用試管水浴加熱，將試管改為圓底燒瓶，改變加熱的方式為電熱風(fēng)加熱，不但加熱的方式變得簡單，其實(shí)驗(yàn)的可視效果也大大增加。

[案例2] 鈉與氯氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。教材采用集氣瓶收集氯氣，將鈉放在石棉網(wǎng)上加熱，再將集氣瓶倒扣在石棉網(wǎng)上的操作，改用氣袋收集氯氣，把鈉放在試管中加熱，設(shè)計(jì)循環(huán)裝置不斷控制氯氣進(jìn)入試管的量，可以觀察到鈉在氯氣中燃燒和停止燃燒的現(xiàn)象，既可以增加觀賞性，又可以防止氯氣泄漏污染環(huán)境。

[案例3] 鐵與水蒸氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。影響實(shí)驗(yàn)成功率及反應(yīng)速率的因素主要是水蒸氣的流速和反應(yīng)溫度，并且二者有著十分密切的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)時要特別注意控制通過高溫加熱的裝有石棉絨和鐵粉的硬質(zhì)試管時水蒸氣的量，水蒸氣的量太少和太多反應(yīng)的效果都很差。

[案例4] 利用DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)研究濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響的實(shí)驗(yàn)。用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法，分四次（0.5 mol/L HCl、1 mol/L HCl、1.5 mol/L HCl、2 mol/L HCl分別與等量的大理石反應(yīng)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后人工記錄時間及產(chǎn)生的氣體體積的數(shù)據(jù)，后繪制四條氣體體積隨時間的變化圖象。通過先進(jìn)的DIS數(shù)字化信息系統(tǒng)把原來分四次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改為同時進(jìn)行，利用壓強(qiáng)傳感器測定反應(yīng)密閉容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化，并在電腦上同時做出四條壓強(qiáng)隨時間的變化圖象，記錄數(shù)據(jù)、圖象繪制均由計(jì)算機(jī)完成，既簡單又準(zhǔn)確。

4.設(shè)計(jì)理念的創(chuàng)新

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要全面思考，不斷實(shí)踐，不斷突破，不斷改進(jìn)，不斷完善。設(shè)計(jì)理念創(chuàng)新包括科學(xué)、安全、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效、簡便、易控、美觀、趣味化等。

[案例1] 新型簡易微型原電池的制作。設(shè)計(jì)時突破關(guān)鍵性的三個難點(diǎn)，一是解決液態(tài)電解質(zhì)流動性的問題；二是玻璃容器的局限；三是隔膜材料。設(shè)計(jì)制作時，將電解質(zhì)溶液吸附在耐酸耐堿性能強(qiáng)的濕紙巾（超市購得），用隔膜（從廢舊手機(jī)鋰電池拆卸而得）將濕紙巾包裹起來，成片狀，兩個片狀電極分別壓緊在隔膜的兩面，用導(dǎo)線連接即可構(gòu)成一個新型的微型原電池（如圖8）。這一簡易原電池的特點(diǎn)是體積小，厚度薄，結(jié)構(gòu)簡單，組裝容易、安全，原料易得，藥品用量少，同等條件下電流強(qiáng)度更大、更穩(wěn)定，適合多種原電池的組裝探究。

[案例2] CO還原CuO的環(huán)保型實(shí)驗(yàn)。如圖9所示，用膠頭滴管將適量NaOH溶液加入尾氣袋，將適量澄清石灰水加入具支試管中，同時連接玻璃導(dǎo)管及單孔橡皮塞，把氧化銅玻璃管和具支試管固定在鐵架臺上，用橡皮管將氧化銅玻璃管、具支試管、尾氣袋連接，最后將CO氣袋一端與氧化銅玻璃管連接，另一端與尾氣袋末端連接。

設(shè)計(jì)特點(diǎn)：CO氣體排出反應(yīng)和回收使用操作簡單，安全性高；整套裝置密閉、循環(huán)，未反應(yīng)的CO氣體可回收利用，利于環(huán)保，經(jīng)濟(jì)效益高；玻璃導(dǎo)管內(nèi)附著的氧化銅層表面積大，CO氣體還原效果較好；實(shí)驗(yàn)完畢，玻璃導(dǎo)管如銅棒，可見度大，便于觀察；CO還原CuO的時間約1～2分鐘，所需時間短，速度快，實(shí)驗(yàn)高效。循環(huán)設(shè)計(jì)源于綠色化學(xué)理念，氧化銅管制作應(yīng)用了表面化學(xué)反應(yīng)原理，操作技術(shù)易于控制。

二、化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的思考

1.化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是化學(xué)物質(zhì)的選取及化學(xué)反應(yīng)原理的創(chuàng)新

但這一內(nèi)容往往被多數(shù)化學(xué)老師忽視，多數(shù)老師的視野仍停留在教材和教參上，因而儀器裝置的創(chuàng)新仍是當(dāng)前化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的主流。不過我們有理由相信，隨著新課程的實(shí)施和推進(jìn)，隨著化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的進(jìn)一步深化，當(dāng)我們從化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)評價中走出來時，越來越多的化學(xué)老師將會把目光集中到化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的源頭上來。

2.操作技術(shù)創(chuàng)新給廣大化學(xué)教師和化學(xué)實(shí)驗(yàn)人員的專業(yè)素養(yǎng)提出了全面的要求

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)或教學(xué)中，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)老師重視了實(shí)驗(yàn)操作步驟規(guī)范化的講解，忽視了實(shí)驗(yàn)過程中操作的靈活性、應(yīng)變性、控制性、系統(tǒng)性要求。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理念創(chuàng)新給廣大化學(xué)教師和化學(xué)實(shí)驗(yàn)人員專業(yè)帶來了不斷的思考

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時要更多地關(guān)注實(shí)驗(yàn)的科學(xué)與安全、節(jié)能與環(huán)保、經(jīng)濟(jì)與高效、簡便與易控、美觀與趣味等，盡可能將我們的思維緊緊地與科學(xué)教育、安全教育、環(huán)保教育、品德教育、審美教育、興趣培養(yǎng)聯(lián)系起來，落實(shí)好綠色化學(xué)、表面化學(xué)等化學(xué)學(xué)科理念和化學(xué)學(xué)科新技術(shù)的教育。

4.與高考的關(guān)系

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是提高化學(xué)教育教學(xué)水平和質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié)，同時也是我們每個化學(xué)教師或化學(xué)實(shí)驗(yàn)人員在化學(xué)教學(xué)中都應(yīng)該不斷實(shí)踐和不斷思考的問題。我國著名化學(xué)家戴安邦先生曾經(jīng)說過：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式?！蔽覀冊趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中，不僅要重視演示實(shí)驗(yàn)的示范作用，更要重視實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

（作者單位 貴州省畢節(jié)市金沙縣逸夫中學(xué)）