呂琳　寧雪婷　吳娜蘋　吳星

摘要：文章以化學(xué)阻燃劑實(shí)驗(yàn)的開發(fā)為例，闡明了應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能以及該類物質(zhì)體系的選擇、實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)和教學(xué)策略等問題。

關(guān)鍵詞：應(yīng)用型；化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)；化學(xué)阻燃劑實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)開發(fā)

文章編號：1005－6629(2013)7－0061－03

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

新知識觀認(rèn)為，知識是在一定的情景中產(chǎn)生，在一定的情景中加以應(yīng)用，毫無疑問，知識的學(xué)習(xí)也離不開情景。因此，以中學(xué)化學(xué)課程的化學(xué)知識在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用為切入口設(shè)計(jì)并進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)(應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn))，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且可加深學(xué)生對物質(zhì)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價值的認(rèn)識，引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)性質(zhì)和用途之間復(fù)雜的關(guān)系，甚至還可以通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生感悟?qū)嶒?yàn)方法與實(shí)際操作之間的差距。

但筆者通過對中學(xué)化學(xué)教師的教學(xué)觀摩和中學(xué)生的訪談，發(fā)現(xiàn)許多教師更強(qiáng)調(diào)在實(shí)驗(yàn)中對物質(zhì)性質(zhì)的探究，而將物質(zhì)的應(yīng)用作為附屬品一帶而過，因而導(dǎo)致學(xué)生對物質(zhì)的認(rèn)識僅停在學(xué)科層面，而對物質(zhì)在人類生活、生產(chǎn)中發(fā)揮的巨大作用認(rèn)識膚淺，這是與基礎(chǔ)教育階段化學(xué)學(xué)習(xí)的目的不相吻合的。

資料顯示，目前人們對應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的研發(fā)較少，這可能與人們對該類實(shí)驗(yàn)隱含的教學(xué)功能認(rèn)識不夠有關(guān)。另一方面，也與應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)涉及的知識點(diǎn)多、有些實(shí)驗(yàn)藥品或材料在中學(xué)難以獲得、涉及生產(chǎn)工藝等客觀因素有關(guān)。為此，筆者以高中化學(xué)必修模塊元素化合物知識為基礎(chǔ)，以化學(xué)阻燃劑的實(shí)驗(yàn)開發(fā)為例，探討了該類實(shí)驗(yàn)開發(fā)和教學(xué)過程中的一些策略，以期望更多的研究者積極探討這一課題。

1化學(xué)阻燃劑實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的設(shè)計(jì)

中學(xué)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系通常由實(shí)驗(yàn)問題或任務(wù)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)方案、實(shí)施要求等幾個部分組成，為此，筆者從以上幾個方面將我們開發(fā)的“化學(xué)阻燃劑”實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系呈現(xiàn)出來，以此作為闡述中學(xué)應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)和教學(xué)策略的載體。

1.1實(shí)驗(yàn)背景及問題的提出

預(yù)防火災(zāi)發(fā)生、保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)是我們生活中的一項(xiàng)基本要求，為此，在工業(yè)上廣泛使用著各種改善可燃、易燃材料燃燒性能的技術(shù)。其中在纖維、塑料及各類裝修材料中人們常采用添加阻燃劑的手段，而使用的阻燃劑如氫氧化鋁、氫氧化鎂、聚磷酸鹽等物質(zhì)我們并不陌生。它們因?yàn)榫哂性诟邷叵履軌蚍纸猱a(chǎn)生不燃?xì)怏w以及產(chǎn)物具有覆蓋阻燃等性質(zhì)而成為常用的無機(jī)阻燃劑。請根據(jù)你已學(xué)的知識以及上文中的信息分析上述三種物質(zhì)阻燃的原理。

1.2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

我們分析的三種物質(zhì)的阻燃原理是否科學(xué)，可通過實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)加以驗(yàn)證。當(dāng)然，從實(shí)驗(yàn)中我們還可期望在其他方面有所收獲。為此，可確定如下的實(shí)驗(yàn)探究目的：

(1)驗(yàn)證氫氧化鋁、氫氧化鎂、磷酸銨等物質(zhì)是否具有阻燃功能；

(2)探究上述三種物質(zhì)的阻燃機(jī)理，分析反應(yīng)過程中發(fā)生的主要化學(xué)變化；

(3)感悟在生產(chǎn)中人們是怎樣利用物質(zhì)性質(zhì)來造福人類的，感悟科學(xué)實(shí)驗(yàn)與科學(xué)技術(shù)之間的關(guān)系。

1.3實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

根據(jù)自己的假設(shè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)。也可以通過資料查閱，分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可能需要關(guān)注的一些細(xì)節(jié)問題。如果你沒有思路，下列實(shí)驗(yàn)方案可供你參考：

(1)阻燃劑的制備：稱取2g氯化鎂、氯化鋁放入兩燒杯中，分別加入蒸餾水，制成飽和溶液，再分別逐滴滴加濃氨水，攪拌，待不再生成沉淀后，將反應(yīng)體系在酒精燈上加熱至沸后冷卻，過濾，制得氫氧化鎂、氫氧化鋁待用。

取10mL濃磷酸于小燒杯之中，緩慢滴入濃氨水。由于反應(yīng)過程中會放出大量熱量，建議邊滴加邊用玻璃棒攪拌，并將燒杯浸入水槽中冷卻。當(dāng)觀察到燒杯中有晶體析出時停止滴加，并加熱煮沸半分鐘到一分鐘，趕走未反應(yīng)的氨水，并形成比粘稠的熱飽和磷酸銨鹽溶液，冷卻待用。

(2)涂抹阻燃材料：取4塊5cm×5cm的紗布，其中3塊分別均勻涂抹自制的氫氧化鋁、氫氧化鎂、磷酸銨，并用吹風(fēng)機(jī)風(fēng)干。

(3)阻燃效果及機(jī)理的驗(yàn)證：A.將未作處理的紗布用坩堝鉗夾住放于酒精燈火焰中，發(fā)現(xiàn)其迅速燃燒。B.分別將經(jīng)過處理的涂抹氫氧化鋁、氫氧化鎂的紗布用坩堝鉗夾住放于酒精燈火焰上方灼燒，并將干燥的表面皿倒扣于紗布上方，10余秒后紗布仍然完好，表面皿上有水蒸氣。離開火焰后，可觀察到紗布上有白色凝固狀物質(zhì)。C.將涂抹聚磷酸鹽的紗布放于火焰中灼燒，并在紗布上方倒扣貼有濕潤紅色石蕊試紙的表面皿，灼燒10余秒后紗布仍完好，表面皿中石蕊試紙變藍(lán)。

1.4思考與反思

結(jié)合下列問題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的探究，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后解答下列問題：

(1)在紗布上涂抹了阻燃劑后，為何要用吹風(fēng)機(jī)將其吹干?

(2)上述實(shí)驗(yàn)探究中，涉及到哪些化學(xué)知識的應(yīng)用?

(3)阻燃劑利用了物質(zhì)的不穩(wěn)定性，通過該實(shí)驗(yàn)，你對物質(zhì)不穩(wěn)定性有了哪些新的認(rèn)識?

(4)如果將實(shí)驗(yàn)成果應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過程，你覺得還應(yīng)考慮哪些因素?

2中學(xué)應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)策略的探討

宋心琦教授在“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革建議之一”一文中提出了化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系三要素：作為實(shí)驗(yàn)對象的物質(zhì)體系、適當(dāng)?shù)膬x器裝置和必要的安全措施、合理的實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范的操作技術(shù)。為此，筆者嘗試著從這三個方面探討中學(xué)應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)開發(fā)的策略。

2.1物質(zhì)體系的選擇策略

應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)是以物質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用為特征的，而物質(zhì)的應(yīng)用極其廣泛，且涉及到很多知識的綜合應(yīng)用和復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，如果不加選擇，往往逾越學(xué)生的認(rèn)知能力。為此，要結(jié)合學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和未來發(fā)展的需要，篩選出學(xué)生在日常生活中所見、所聞的物質(zhì)功能作為探究點(diǎn)。首先，筆者之所以選擇阻燃劑進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)開發(fā)，是因?yàn)榉阑饻缁鸬姆椒ㄊ侵袑W(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)容之一，也是生活中的需求之一，且目前阻燃技術(shù)高度發(fā)展，因此，選擇“阻燃”這一物質(zhì)功能，不僅能激發(fā)學(xué)生探究的欲望，而且學(xué)生在今后的工作或生活中都有可能有所應(yīng)用。

其次，由于學(xué)生已有的化學(xué)知識和認(rèn)知能力有限，選擇的承載該功能的物質(zhì)應(yīng)該是中學(xué)階段涉及到的常見物質(zhì)。如工業(yè)中使用的阻燃劑種類繁多，依應(yīng)用方式可分為添加型阻燃劑和反應(yīng)型阻燃劑，添加型阻燃劑又包括無機(jī)阻燃劑、鹵系阻燃劑(有機(jī)氯化物和有機(jī)溴化物)、磷系阻燃劑(赤磷、磷酸銨鹽、磷酸酯及鹵代磷酸酯等)和氮系阻燃劑等。此外，具有抑煙作用的鉬化合物、錫化合物和鐵化合物等亦屬阻燃劑的范疇。對于中學(xué)生來說，無機(jī)阻燃劑中常用的氫氧化鋁、氫氧化鎂、磷酸鹽、硅酸鈉等都是學(xué)生學(xué)習(xí)到的物質(zhì)，其他類型的阻燃劑中學(xué)階段沒有接觸或試劑難以獲取，且在實(shí)驗(yàn)過程中有安全隱患，所以，本課題選擇了三種無機(jī)阻燃劑進(jìn)行探究。

再次，選擇的物質(zhì)其性質(zhì)和發(fā)生的主要反應(yīng)應(yīng)為中學(xué)階段的核心知識，同時，涉及的反應(yīng)影響因素應(yīng)較少或容易控制。如筆者選擇的無機(jī)阻燃劑其阻燃機(jī)理簡單：這些物質(zhì)的填充可使可燃物的濃度下降；在受熱時易分解，分解過程中會吸熱，以抑制燃燒物溫度的升高；分解放出的水汽(聚磷酸銨分解時還會釋放出大量的還原性氣體氨氣)稀釋了可燃?xì)怏w和氧氣的濃度，可有效阻燃。氫氧化鋁、氫氧化鎂分解后產(chǎn)生的氧化鋁、氧化鎂能形成一層保護(hù)膜，隔絕氧氣，阻止燃燒繼續(xù)?？梢姡瑹o機(jī)阻燃劑實(shí)驗(yàn)涉及到的反應(yīng)和原理均為中學(xué)階段學(xué)習(xí)到的主要知識點(diǎn)，通過該實(shí)驗(yàn)，能引導(dǎo)學(xué)生綜合利用物質(zhì)的穩(wěn)定性、吸熱作用、覆蓋作用、燃燒原理等知識來解決實(shí)際問題，加深理解化學(xué)性質(zhì)、作用機(jī)理與物質(zhì)用途之間的關(guān)系。

2.2實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)策略

應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)與一般化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)具有共同之處，均包括問題的提出，假設(shè)的形成，變量的選擇，實(shí)驗(yàn)和非實(shí)驗(yàn)變量的控制、因變量的測量和記載的方法以及結(jié)果的統(tǒng)計(jì)、分析、呈現(xiàn)等要素，它給研究者展示了如何進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的概貌。但中學(xué)應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)也具有自身的特點(diǎn)，筆者以阻燃劑的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為例，說明在進(jìn)行該類實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時可采用的策略及應(yīng)注意的事項(xiàng)。

2.2.1充分體現(xiàn)“性質(zhì)決定應(yīng)用”的思想

要充分體現(xiàn)應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能，避免將這類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)滑入到性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的類型中，在進(jìn)行該類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)時，應(yīng)在情境創(chuàng)設(shè)、提出問題、形成假設(shè)等環(huán)節(jié)，充分體現(xiàn)“性質(zhì)決定應(yīng)用”的思想。如上述阻燃劑實(shí)驗(yàn)中，筆者在實(shí)驗(yàn)情境中說明了阻燃劑的作用，并提出“請根據(jù)你已學(xué)的知識以及上文中的信息分析上述三種物質(zhì)阻燃的原理”的學(xué)習(xí)要求問題，就體現(xiàn)了該設(shè)計(jì)意圖。

2.2.2綜合考慮多種因素選擇合適的實(shí)驗(yàn)儀器、藥品和實(shí)驗(yàn)過程

因物質(zhì)實(shí)際應(yīng)用過程復(fù)雜，往往需要多種物質(zhì)協(xié)同作用，需要特殊的制作工藝，需要苛刻的反應(yīng)條件，而應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)既要使實(shí)驗(yàn)過程與工業(yè)生產(chǎn)相類似，又要易于學(xué)生操作、材料易得、操作簡單、現(xiàn)象明顯，為此需要綜合考慮科學(xué)性、學(xué)生的認(rèn)知能力、學(xué)校實(shí)驗(yàn)資源等因素變革和簡化實(shí)驗(yàn)過程。

如在阻燃劑的實(shí)驗(yàn)開發(fā)中，筆者選擇了紗布作為實(shí)驗(yàn)載體，是因?yàn)榧啿紝儆谝兹嫉拿?、麻織品，比較稀疏，易滲透阻燃物質(zhì)，能較好地模仿添加型阻燃劑的阻燃過程。實(shí)驗(yàn)過程則以比較實(shí)驗(yàn)法為主，能簡單明了地驗(yàn)證紗布在涂抹氫氧化鋁、氫氧化鎂等物質(zhì)后可否有效防止燃燒，以及比較出幾種物質(zhì)阻燃機(jī)理的異同。

2.2.3盡量體現(xiàn)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)的全過程

在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，如果僅僅注重驗(yàn)證某種物質(zhì)是否具有某種用途，還沒有充分發(fā)揮“通過實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)化學(xué)”的功能。為此，設(shè)計(jì)者可盡量體現(xiàn)應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)的全過程，讓學(xué)生通過這類實(shí)驗(yàn)的探究，初步了解實(shí)際應(yīng)用過程中需要經(jīng)歷的環(huán)節(jié)。

如阻燃劑實(shí)驗(yàn)方案中三種物質(zhì)均自制，并通過加熱(對應(yīng)于工業(yè)生產(chǎn)中的水熱處理)、固液分離等過程制成阻燃性氫氧化鎂、氫氧化鋁。如有可能，方案中還可增加干燥、表面處理(研磨)等環(huán)節(jié)，以促使晶體各晶面均有不同程度的生長，促使生成表面積小、晶型較好的氫氧化鎂、氫氧化鋁，從而提高阻燃效果。通過這一制取過程，學(xué)生會意識到一種物質(zhì)的應(yīng)用需要考慮許多因素，需要多種生產(chǎn)工藝的配合。

3中學(xué)化學(xué)應(yīng)用型教學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略的探討

實(shí)驗(yàn)開發(fā)的目的是要服務(wù)于教學(xué)，因此，需要我們深入研究應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)問題。筆者認(rèn)為，應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)既可作為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，也可作為學(xué)生的自主探究課題，實(shí)驗(yàn)形式取決于教學(xué)目的和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。但不管何種形式，教師的啟發(fā)引導(dǎo)最為關(guān)鍵。為此在教學(xué)中要注意以下問題：

3.1注重實(shí)驗(yàn)情境創(chuàng)設(shè)

應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的情境創(chuàng)設(shè)必不可少，通過情境一方面可提供給學(xué)生有關(guān)這一課題的生產(chǎn)或生活背景知識，為實(shí)驗(yàn)探究以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的解釋提供一些素材；另一方面，情境中展示的物質(zhì)生動有趣的應(yīng)用事例，會激發(fā)學(xué)生探究的欲望。

3.2注重提出問題環(huán)節(jié)

正如前文分析的那樣，應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)涉及的因素較多，為此，教師應(yīng)該通過提出問題的手段，將學(xué)生的思維集中于某些方面，而不會去注意一些生產(chǎn)或生活的細(xì)節(jié)。當(dāng)學(xué)生利用已有的知識經(jīng)驗(yàn)在解釋問題的過程中發(fā)生障礙時，即產(chǎn)生認(rèn)知沖突，并進(jìn)一步產(chǎn)生學(xué)生自身需要解決的問題，這些問題是引發(fā)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)在發(fā)動機(jī)制。

3.3靈活機(jī)動處理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

由于應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，在此環(huán)節(jié)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況靈活采用一種或多種方法進(jìn)行：既可以學(xué)生自主設(shè)計(jì)，也可以師生共同討論而形成，也可以引導(dǎo)學(xué)生理解已設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案。如果一味地采用一種方式，有可能逾越了學(xué)生的認(rèn)知能力，或影響了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

3.4注重引導(dǎo)學(xué)生加深理解化學(xué)知識以及與技術(shù)之間的關(guān)系

引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)知識、方法和思想是應(yīng)用型教學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要功能。為此，在教學(xué)過程中，教師不僅要引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，還要引導(dǎo)學(xué)生加深對物質(zhì)性質(zhì)與用途之間關(guān)系的理解，學(xué)會利用化學(xué)知識解釋實(shí)驗(yàn)中觀察到的各種現(xiàn)象，弄清物質(zhì)之所以具有這種用途的機(jī)理，感悟化學(xué)知識與生產(chǎn)生活和高新科技的相關(guān)性。

4結(jié)語

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》在“課程性質(zhì)”部分強(qiáng)調(diào)“高中化學(xué)課程應(yīng)有助于學(xué)生進(jìn)一步了解化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)，增進(jìn)對物質(zhì)世界的認(rèn)識；有利于學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的基本方法，加深對科學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識；更深刻地認(rèn)識科學(xué)、技術(shù)和社會之間的相互關(guān)系”。應(yīng)用型化學(xué)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開發(fā)在這方面具有獨(dú)特的功能，值得我們不斷開發(fā)和研究。