朱清勇+楊寶權(quán)

摘要：介紹了江蘇省第六屆中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實驗調(diào)演比賽及觀摩活動的概況，通過分析創(chuàng)新實驗比賽的作品，認(rèn)為化學(xué)實驗的創(chuàng)新要關(guān)注文獻(xiàn)、新儀器開發(fā)、藥品條件的優(yōu)化、生活用品、新科技展示以及環(huán)境友好設(shè)計等。對當(dāng)前的實驗教學(xué)和創(chuàng)新情況做了反思，認(rèn)為實驗創(chuàng)新需服務(wù)于教學(xué)、為學(xué)生發(fā)展、力求簡約控制。

關(guān)鍵詞：實驗創(chuàng)新；核心素養(yǎng)；原則和策略

文章編號：1005–6629（2017）10–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

2017年4月26～28日，江蘇省第六屆中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實驗調(diào)演比賽及觀摩活動在徐州市成功舉辦。本次比賽共展示了江蘇省13個大市的67件創(chuàng)新實驗作品，凸顯了創(chuàng)新精神，展示了實驗之美。展演中老師們不斷閃現(xiàn)智慧的火花，完成了一個個精彩的化學(xué)實驗。展演實驗將觀眾的視角由書本知識轉(zhuǎn)向了實驗與創(chuàng)新，引領(lǐng)教師思考如何感知物質(zhì)世界，如何用實驗教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生感知物質(zhì)世界的變化、享受實驗的快樂。

積極從事化學(xué)實驗教學(xué)的教師逐漸發(fā)現(xiàn)，由于初中化學(xué)內(nèi)容少、起點(diǎn)低、啟蒙限制的要求多，致使實驗創(chuàng)新之路越走越窄。然而，現(xiàn)場觀摩此次調(diào)演后筆者對初中化學(xué)實驗創(chuàng)新有了很多新的認(rèn)識。

1 實驗創(chuàng)新的原則和策略

2012年《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》提出必須重視化學(xué)實驗，“化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)以實驗為主的科學(xué)探究活動，有助于激發(fā)學(xué)生對科學(xué)的興趣，引導(dǎo)學(xué)生在觀察、實驗和交流討論中學(xué)習(xí)化學(xué)知識，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。”化學(xué)實驗集中體現(xiàn)科學(xué)精神和態(tài)度，具有非常豐富的教育價值和內(nèi)容，利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1.1 認(rèn)識初中化學(xué)實驗的功能

“化學(xué)實驗是進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式，學(xué)生具備基本的化學(xué)實驗技能是學(xué)習(xí)化學(xué)和進(jìn)行探究活動的基礎(chǔ)和保證”[1]。初中化學(xué)實驗改進(jìn)創(chuàng)新的根本目的是服務(wù)教學(xué)、服務(wù)學(xué)生，解決實驗教學(xué)中存在的問題，讓學(xué)生動手做實驗、動腦思考、探究為什么；實驗創(chuàng)新應(yīng)該以學(xué)生的發(fā)展為本，做到教師時刻關(guān)注提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

1.2 初中實驗創(chuàng)新的方向和策略

化學(xué)實驗不僅要追求與新科技結(jié)合的科學(xué)性研究，而且也要追求與趣味性、安全性、環(huán)保性、生活性和簡約性相結(jié)合。因此，初中實驗改進(jìn)創(chuàng)新的方向是：操作創(chuàng)新、條件創(chuàng)新、儀器創(chuàng)新、遷移創(chuàng)新、展示創(chuàng)新和整合創(chuàng)新等方面。依據(jù)上述要求，具體的實驗創(chuàng)新策略如下：

1.2.1 加強(qiáng)對資料、文獻(xiàn)的查閱和研究

多查閱資料、多研究文獻(xiàn)、尊重知識產(chǎn)權(quán)是初中化學(xué)實驗創(chuàng)新的必備條件。想做一個批判的實驗創(chuàng)新的思考者，就要有獨(dú)特的實驗創(chuàng)新思考；有獨(dú)特的實驗創(chuàng)新思考，就必須多讀書，多查閱文獻(xiàn)；多讀書多查閱文獻(xiàn)才會發(fā)現(xiàn)更多的不足，避免不必要的重復(fù)，也才可能產(chǎn)生更好的創(chuàng)新靈感。

1.2.2 開發(fā)新的化學(xué)儀器，創(chuàng)新重組實驗裝置

化學(xué)實驗的創(chuàng)新改進(jìn)常常是“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”，我們可以通過對常規(guī)儀器重組來實現(xiàn)實驗改進(jìn)，也可以通過開發(fā)新儀器來進(jìn)行實驗創(chuàng)新。例如初中滬教版教材蠟燭及其燃燒的探究實驗[2]，周海華老師多次創(chuàng)新后的自制玻璃儀器[圖1（3）]使實驗現(xiàn)象更明顯，實驗成功率更高。首先在鐵架臺上放一支蠟燭，并將自制氣體檢驗器固定在鐵架臺上，使自制儀器下端玻璃管口離蠟燭的距離約2cm，點(diǎn)燃蠟燭，觀察到下端管壁出現(xiàn)大量水霧并逐漸消失，而在自制儀器上端球體B處外管內(nèi)壁周圍出現(xiàn)大量水珠；從支管口A處注入澄清石灰水，觀察石灰水逐漸渾濁，塞上橡皮塞振蕩，渾濁現(xiàn)象更為明顯；再從裝置C管處點(diǎn)燃一支蠟燭，熄滅蠟燭后在C管上端用火柴點(diǎn)白煙，發(fā)現(xiàn)蠟燭又復(fù)燃。當(dāng)然，他用漏斗和干燥管組合而改進(jìn)的裝置[圖1（4）]成功率也很高，真是讓人有豁然開朗之感。

1.2.3 尋求實驗藥品與實驗條件的最佳組合

實驗創(chuàng)新改進(jìn)可以通過選擇實驗藥品的種類、用量和濃度使其簡約化；也能改變實驗條件來尋找和藥品的最佳組合來優(yōu)化實驗。凌晨老師對鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗進(jìn)行了改進(jìn)（如圖2），嘗試?yán)梦镔|(zhì)分解產(chǎn)生高溫水蒸氣，與試管中的鐵粉發(fā)生反應(yīng)。通過對比實驗探究，發(fā)現(xiàn)利用氫氧化鋁提供高溫水蒸氣進(jìn)行實驗很成功，而利用粉筆加熱其主要成分CaSO4·2H2O分解生成高溫水蒸氣更加簡易有效。

1.2.4 巧用生活用品，創(chuàng)新化學(xué)實驗

實驗裝置的創(chuàng)新可以利用生活用品和生活廢棄品。生活用品能直接組合使用，也能改良后使用，可以加裝化學(xué)儀器使用，也可借鑒開發(fā)適合化學(xué)實驗的儀器。

本次實驗比賽筆者發(fā)現(xiàn)很多生活用品如電子點(diǎn)火槍、充電寶、USB數(shù)據(jù)線、2B鉛筆芯、注射器等在實驗改進(jìn)中使用確有奇效。如潘玲玲老師設(shè)計的一套安全爆炸改進(jìn)裝置，可用來完成面粉、汽油、氫氣等可燃物的爆炸實驗（見圖3），其中用電子點(diǎn)火槍和塑料杯組成爆炸裝置很有特色：簡易、安全、可靠；再如朱雷老師利用充電寶、廢棄USB數(shù)據(jù)線、2B鉛筆芯改進(jìn)的電解水裝置更顯神奇（見圖4），能讓學(xué)生明白只要善于發(fā)現(xiàn)、善于創(chuàng)造，化學(xué)無處不在。

1.2.5 整合新科技，創(chuàng)新實驗課程

創(chuàng)新實驗，可以將物理、數(shù)學(xué)、計算機(jī)、生物等各學(xué)科知識與化學(xué)實驗相融合，并加以綜合運(yùn)用。特別是基于網(wǎng)絡(luò)信息或生產(chǎn)生活事件為靈感來源的實驗創(chuàng)新，可將高新技術(shù)和各種文本、視頻等資料遷移到化學(xué)實驗中，而遷移的高新科技成果可以是3D打印、手持技術(shù)、自動化控制設(shè)備等。張建林等老師合作完成的創(chuàng)新實驗“基于智能實驗系統(tǒng)的中和熱測定”（如圖5），融合3D打印、手機(jī)智能控制、數(shù)據(jù)傳感器和日用雙層保溫玻璃杯為一體的創(chuàng)新實驗展示，師生共同開發(fā)的教師演示版本和觸摸屏控制的學(xué)生實驗版本等裝置的設(shè)計，實現(xiàn)了化學(xué)實驗的自動化、現(xiàn)代化和數(shù)據(jù)化。創(chuàng)新設(shè)計的自動化的化學(xué)實驗裝置，既省時高效，又安全環(huán)保。此實驗設(shè)計得到了評委專家的交口稱贊，被評為本次實驗創(chuàng)新調(diào)演的一等獎第一名?，F(xiàn)場觀摩的老師也都覺得很震撼，有腦洞大開之感：“化學(xué)實驗居然可以這么做??！”endprint

1.2.6 關(guān)注環(huán)境友好，設(shè)計創(chuàng)新實驗

關(guān)注環(huán)境友好是化學(xué)實驗發(fā)展的必然趨勢，也是化學(xué)實驗創(chuàng)新的立足點(diǎn)之一。針對教材中污染大、現(xiàn)象不明顯、操作復(fù)雜、不利于發(fā)展學(xué)生探究能力等弊端的實驗，實驗設(shè)計時需體現(xiàn)環(huán)境友好理念。目前關(guān)注環(huán)境友好化學(xué)產(chǎn)業(yè)正在全世界興起：合成方法應(yīng)具原子經(jīng)濟(jì)性，如原子能100%轉(zhuǎn)化就是理想的綠色化學(xué)；盡量不產(chǎn)生對環(huán)境有害的物質(zhì)，在源頭杜絕污染。初中化學(xué)實驗設(shè)計體現(xiàn)環(huán)境友好理念正是本著減少污染努力向杜絕污染方向發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和環(huán)保意識。例如實驗室制氧氣實驗：過氧化氫工業(yè)成本低且產(chǎn)物無污染，優(yōu)勢明顯。在學(xué)生實驗時，將教材上高錳酸鉀改成過氧化氫制氧氣正是基于體現(xiàn)環(huán)境友好理念。再如本次比賽梁峰麗老師設(shè)計的二氧化硫性質(zhì)一體化實驗（如圖6），通過醫(yī)用輸液袋利于密封存儲氣體、便于抽取氣體樣品的優(yōu)點(diǎn)，實驗探究二氧化硫的漂白性、氧化性、溶解性和還原性，在保護(hù)環(huán)境的前提下系統(tǒng)學(xué)習(xí)了二氧化硫的性質(zhì)，并聯(lián)系實際模擬了酸雨的形成過程。一體化的封閉設(shè)計呈現(xiàn)了精彩的化學(xué)，也充分體現(xiàn)了環(huán)境友好理念。

2 實驗創(chuàng)新設(shè)計注意點(diǎn)

當(dāng)然本次實驗創(chuàng)新調(diào)演中也存在許多值得反思與商榷之處，如追求實驗裝置的整體設(shè)計、定性實驗的過度定量化、手持技術(shù)在實驗中泛化應(yīng)用等。因此，筆者對實驗創(chuàng)新設(shè)計有三點(diǎn)建議：實驗創(chuàng)新設(shè)計需服務(wù)于教學(xué)、為學(xué)生的發(fā)展、力求簡約控制。

2.1 實驗創(chuàng)新設(shè)計服務(wù)于教學(xué)，重在原理解釋、難點(diǎn)突破

化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計的重要價值是實現(xiàn)實驗功能增值，突破課堂教學(xué)難點(diǎn)，最關(guān)鍵的是對實驗內(nèi)涵的挖掘和對原理的深刻解剖。進(jìn)行化學(xué)實驗創(chuàng)新設(shè)計首先要深入研究實驗設(shè)計的意圖，所要達(dá)到的教學(xué)目標(biāo)，其次要找準(zhǔn)現(xiàn)有實驗存在的問題，如直觀性、可操作性、功能價值等，根據(jù)存在的問題明確實驗改進(jìn)的方向、思路。

2.2 實驗創(chuàng)新設(shè)計要促進(jìn)深度理解、發(fā)散思維

創(chuàng)新實驗設(shè)計，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，“初步學(xué)會設(shè)計實驗方案”、“能在教師指導(dǎo)下或通過合作，根據(jù)具體問題創(chuàng)新設(shè)計簡單的化學(xué)實驗方案”，是2012年《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂稿》對初中學(xué)生實驗設(shè)計與創(chuàng)新精神培養(yǎng)的要求。實驗創(chuàng)新要立足于教科書又要超出教科書，化學(xué)實驗創(chuàng)新不要孤立為教師的個人活動，要積極吸引學(xué)生參與進(jìn)來，從而激發(fā)他們的創(chuàng)新思維[3]。師生都應(yīng)發(fā)散思維、敢想敢做。實驗創(chuàng)新中，從實驗內(nèi)容、實驗步驟的創(chuàng)新設(shè)計，得到最佳的實驗效果的過程，可以使學(xué)生感受到科學(xué)精神的陶冶，加深對科學(xué)的深度理解，促進(jìn)學(xué)生終身發(fā)展的核心素養(yǎng)的形成。

2.3 實驗創(chuàng)新設(shè)計應(yīng)追求實驗的簡約控制

化學(xué)實驗創(chuàng)新的高層次的功能是引導(dǎo)學(xué)生建立化學(xué)學(xué)科思想觀念：如簡約操作控制、系列設(shè)計、微型設(shè)計思想等。

首先是實驗操作簡約、實驗現(xiàn)象可再現(xiàn)。在實驗教學(xué)時，只有簡約設(shè)計實驗器材輕裝上陣，教師才更有意愿去進(jìn)行實驗教學(xué)。如在做氧氣的化學(xué)性質(zhì)演示實驗時，通常準(zhǔn)備6%過氧化氫溶液和二氧化錳，僅用一個集氣瓶就可在課堂現(xiàn)制氧氣、探究氧氣的化學(xué)性質(zhì)。集氣瓶是氧氣發(fā)生器也是收集器，將氧氣的性質(zhì)實驗?zāi)咎咳紵?、蠟燭燃燒、鐵絲燃燒等集成簡約化。通過添加6%過氧化氫溶液完成系列氧氣的性質(zhì)實驗，充分呈現(xiàn)奇妙的化學(xué)世界[4]。

其次是實驗微型設(shè)計思想。實驗微型設(shè)計以微型簡約、綠色安全等實驗設(shè)計原則為指導(dǎo)，用微量的試劑在微型儀器中進(jìn)行實驗，在保證實驗現(xiàn)象明顯的前提下，對原有實驗加以改進(jìn)和創(chuàng)新。本次展演中嚴(yán)曉玲老師設(shè)計的氫氣可燃性和還原性實驗（見圖7），微型高效，綠色安全的思想得以充分體現(xiàn)。

化學(xué)實驗創(chuàng)新是化學(xué)教師對化學(xué)實驗的深刻理解，也是對科學(xué)精神和核心素養(yǎng)的不懈追求?；瘜W(xué)實驗創(chuàng)新過程中化學(xué)教師要有數(shù)據(jù)意識和批判意識，要防止偽科學(xué)；化學(xué)教師要充分理解裝置和理解操作，防止將實驗復(fù)雜化；化學(xué)教師要有工匠精神和熟練操作意識，要防止輕視操作的現(xiàn)象?？傊?，化學(xué)實驗創(chuàng)新任重而道遠(yuǎn)！

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：2，11.

[2]王祖浩，吳星等.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（上冊）[M].上海：上海教育出版社，2016：9～10，55～56.

[3]李德前.例談初中化學(xué)實驗創(chuàng)新的思維方法[J].化學(xué)教學(xué)，2013，（3）：65～68.

[4]朱清勇.創(chuàng)新設(shè)計實驗呈現(xiàn)奇妙化學(xué)[J].化學(xué)教與學(xué)，2016，（2）：81～83.endprint