許乃義

摘要：通過(guò)對(duì)“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定”等幾則創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)案例的分析，從實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念及“生態(tài)化”、“定量化”、“習(xí)題化”等角度對(duì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新進(jìn)行反思。提出將實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的成果應(yīng)用于課堂教學(xué)時(shí)，教師應(yīng)從培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)及訓(xùn)練學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作技能等目標(biāo)出發(fā)，牢固樹(shù)立“以學(xué)生發(fā)展為本”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念。

關(guān)鍵詞：化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)；實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新；氧氣體積分?jǐn)?shù)；課堂教學(xué)

文章編號(hào)：1005-6629（2018）1-0059-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1問(wèn)題的提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在“課程內(nèi)容”中對(duì)“認(rèn)識(shí)空氣”有如下活動(dòng)與探究建議：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。現(xiàn)行滬科版和人教版教材均采用如圖1裝置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證“空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”。

在教學(xué)實(shí)踐中，教師發(fā)現(xiàn)用圖l裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，存在如下幾點(diǎn)不足：（1）紅磷要在集氣瓶外先點(diǎn)燃，導(dǎo)致有少量五氧化二磷擴(kuò)散在空氣中污染空氣可能危害人體健康；（2）紅磷點(diǎn)燃后伸入集氣瓶的過(guò)程中，因?yàn)橛胁糠旨瘹馄績(jī)?nèi)的空氣向外擴(kuò)散，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確；（3）導(dǎo)管內(nèi)原有空氣和殘留在導(dǎo)管中的水可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

基于上述不足之處，通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，發(fā)現(xiàn)對(duì)該實(shí)驗(yàn)可從以下三個(gè)方面作探究改進(jìn)：（1）使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確；（2）使實(shí)驗(yàn)更加綠色化；（3）使實(shí)驗(yàn)操作更加簡(jiǎn)便、快捷。

本文擬結(jié)合“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定”等幾則實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的典型案例的分析，談?wù)剬⒒瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的成果應(yīng)用于課堂教學(xué)的一些思考和建議。

2典型案例分析

2.1用現(xiàn)代化的數(shù)字傳感技術(shù)改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)已悄然走進(jìn)中學(xué)化學(xué)課堂，在一次省級(jí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新調(diào)演比賽中，有近四分之一的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新用到了數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芸焖?、?zhǔn)確、實(shí)時(shí)地采集數(shù)據(jù)，并能自動(dòng)記錄和處理數(shù)據(jù)，這是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)所不具備的。

某次市級(jí)初中化學(xué)評(píng)優(yōu)課活動(dòng)中，一位老師用數(shù)字傳感器代替圖1實(shí)驗(yàn)，快速、準(zhǔn)確地測(cè)出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，“節(jié)省”了寶貴的課堂教學(xué)時(shí)間。但這樣對(duì)圖1實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)并沒(méi)有得到評(píng)委們的認(rèn)可，因?yàn)閳D1實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)僅是實(shí)驗(yàn)?zāi)康闹唬硗?，還應(yīng)該讓學(xué)生領(lǐng)悟化學(xué)家們測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的分析，還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度等。用數(shù)字傳感技術(shù)直接告訴學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)果，顯然不能達(dá)到這樣的教學(xué)目標(biāo)。

2.2可燃物的點(diǎn)燃方法

目前，對(duì)可燃物點(diǎn)燃方法的改進(jìn)主要有以下2種：

這兩種改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)是：提高了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，又可以避免五氧化二磷的擴(kuò)散，使得實(shí)驗(yàn)更加綠色化。但圖2實(shí)驗(yàn)很明顯受環(huán)境影響較大，如果是陰天或雨天，實(shí)驗(yàn)就做不了；另外集氣瓶不是均勻受熱，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中集氣瓶還可能會(huì)爆裂。圖3實(shí)驗(yàn)對(duì)電壓的控制等操作比較復(fù)雜，且讓電熱棒冷卻至室溫需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，課堂上的寶貴時(shí)間是否允許值得商榷。

2.3裝置

常見(jiàn)的對(duì)裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)如下：

改進(jìn)后裝置與圖1裝置相比，磷的燃燒自始至終都在密閉容器內(nèi)發(fā)生，克服了圖1實(shí)驗(yàn)的不足，且將注射器、破裂的試管用于實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生做家庭小實(shí)驗(yàn)的取材等是很好的啟發(fā)。但筆者通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：圖4和圖5實(shí)驗(yàn)由于注射器活塞與筒壁間摩擦力的作用，實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往偏小，改進(jìn)后三套裝置由于連接處較多，在保證氣密性良好的操作上遠(yuǎn)沒(méi)有圖1實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單。

2.4用其他可燃物代替紅磷

這種改進(jìn)方法用銅和白磷代替紅磷最為常見(jiàn)。用銅代替紅磷的優(yōu)點(diǎn)是克服了五氧化二磷可能產(chǎn)生的危害。但筆者通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：銅與氧氣的反應(yīng)消耗氧氣速度要比磷燃燒慢很多，從“向課堂45分鐘要效率”角度出發(fā)，顯然用紅磷比銅好。由于白磷著火點(diǎn)只有40℃，克服了圖1實(shí)驗(yàn)在集氣瓶外點(diǎn)燃紅磷的缺點(diǎn)，但白磷有毒且易自燃，所以無(wú)論是取白磷的過(guò)程，還是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后剩余白磷的處理等，遠(yuǎn)沒(méi)有紅磷簡(jiǎn)單；另從學(xué)生角度出發(fā)，做圖1實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生剛接觸化學(xué)不久，用白磷做實(shí)驗(yàn)，還可能引起學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的恐懼感。綜合以上各因素，這也許是圖1實(shí)驗(yàn)選用紅磷作可燃物的原因。

3幾點(diǎn)思考

3.1牢固樹(shù)立以“以學(xué)生發(fā)展為本”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念

“讓學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)主動(dòng)體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程，在知識(shí)的形成、相互聯(lián)系和應(yīng)用過(guò)程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，在‘做中學(xué)的探究實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力”，是新課程倡導(dǎo)的基本理念之一?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的重要方式，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)所掌握的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)和進(jìn)行探究活動(dòng)的基礎(chǔ)和保證，也是學(xué)生獲取知識(shí)、發(fā)展化學(xué)能力的源泉。按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蓪?shí)驗(yàn)分為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)，不同類型的實(shí)驗(yàn)，有不同的教學(xué)功能。對(duì)“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定”這類驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，教師應(yīng)牢固樹(shù)立“以學(xué)生發(fā)展為本”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念，發(fā)揮其最大教學(xué)功能。

3.2實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要防止過(guò)度“生態(tài)化”

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的生態(tài)化是指在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過(guò)程中運(yùn)用生活化素材優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的無(wú)害化、綠色化。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）將可能產(chǎn)生有害物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)由敞口體系改為封閉體系，如圖2等。（2）“集成化”處理實(shí)驗(yàn)。如將圖1實(shí)驗(yàn)燒杯中的水換成硫酸銅溶液，利用硫酸銅與五氧化二磷的反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)五氧化二磷的“零排放”，還可以利用硫酸銅溶液的藍(lán)色更方便地讀取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。（3）“微量化”處理藥品用量。如圖5，和圖1相比，反應(yīng)容器變小了，藥品用量自然就少了。無(wú)論采取何種形式，其根本宗旨都是為燒杯A了實(shí)現(xiàn)“綠色化學(xué)”，減少環(huán)境污染，保護(hù)人體健康。

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》要求通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生“樹(shù)立綠色化學(xué)思想，形成環(huán)境保護(hù)的意識(shí)”。在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的過(guò)程中，教師對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“生態(tài)化”改進(jìn)值得鼓勵(lì)，但這類實(shí)驗(yàn)改進(jìn)應(yīng)把握好度。再如探究“微粒的運(yùn)動(dòng)”實(shí)驗(yàn)，滬科版教材采用如圖7方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，部分教師對(duì)此實(shí)驗(yàn)作了如圖8的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。endprint

與圖7實(shí)驗(yàn)相比，圖8實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)如下：（1）試劑“微量化”處理，節(jié)約了藥品用量；（2）實(shí)驗(yàn)由敞口體系改為封閉體系，避免氨氣污染環(huán)境。但圖8實(shí)驗(yàn)的“可視化”程度明顯降低，另外改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的安全性也不能完全保證。在某次市級(jí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽中，有選手用圖8裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)生了橡皮塞沖出試管口的安全事故。筆者認(rèn)為，學(xué)生通過(guò)正確操作偶爾聞一下氨氣、氯化氫、氯氣等刺激性氣體的氣味也是必要的，由于學(xué)生聞過(guò)氯氣等氣體的氣味，當(dāng)遇到類似氣體泄漏事故時(shí)，便能第一時(shí)間判斷是何種氣體，對(duì)他們進(jìn)一步采取防范措施提供有益幫助。

3.3提倡定性實(shí)驗(yàn)與定量實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)新方法

定量實(shí)驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系中的重要組成部分，它能有效地引導(dǎo)學(xué)生從量的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、性質(zhì)及其變化規(guī)律。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)大多是定性實(shí)驗(yàn)，定量實(shí)驗(yàn)很少。對(duì)教材部分定性實(shí)驗(yàn)作定量研究，對(duì)初中學(xué)生形成“認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用”的觀念有很大的啟發(fā)作用。

如圖1實(shí)驗(yàn)可補(bǔ)充以下兩個(gè)定量研究：（1）計(jì)算實(shí)驗(yàn)所需紅磷的量；（2）測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)束后集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)。

做圖1實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了說(shuō)明集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣已被“完全消耗”，教師在實(shí)際操作時(shí)，取紅磷的量比實(shí)際需要的量要多很多，從節(jié)約藥品的角度，教師可作如下定量研究：根據(jù)集氣瓶的體積，通過(guò)化學(xué)方程式估算出大約需要的紅磷的量，再用托盤天平稱量。

對(duì)于圖1實(shí)驗(yàn)，在條件允許的情況下，還可用數(shù)字傳感器測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)束后集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣體積分?jǐn)?shù)。通過(guò)測(cè)量讓學(xué)生明白：即使紅磷過(guò)量，也不能完全消耗集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣。這一定量研究有助于培養(yǎng)學(xué)生“變化觀念與平衡思想”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.4慎用“實(shí)驗(yàn)題”創(chuàng)新教材實(shí)驗(yàn)

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》在“教材編寫(xiě)建議”中指出：教材編寫(xiě)過(guò)程中必須充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)方面的獨(dú)特作用。教材實(shí)驗(yàn)是學(xué)科專家們根據(jù)“課標(biāo)”的要求，緊緊圍繞初中化學(xué)核心知識(shí)精心選擇的，能提供給學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)知識(shí)的直觀性，為學(xué)生的科學(xué)探究提供直接或間接的證據(jù)?？紤]到初中生的實(shí)際，教材實(shí)驗(yàn)裝置往往比較簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)所需儀器也是初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中比較常見(jiàn)且易于操作的。

在某次市級(jí)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新比賽活動(dòng)中，有選手用如圖9、圖10裝置對(duì)“驗(yàn)證二氧化碳的性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)（圖10中a、c為用紫色石蕊試液浸泡過(guò)的濾紙條，b為用紫色石蕊試液浸泡過(guò)的濾紙條且經(jīng)過(guò)晾干處理）。

通過(guò)選手邊演示邊介紹得知：他們對(duì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的“靈感”均來(lái)自于對(duì)一些“實(shí)驗(yàn)題”的改編。這類“實(shí)驗(yàn)題”往往是對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“集成化”、“綜合化”的加工和處理，能全面考查學(xué)生對(duì)教材實(shí)驗(yàn)的掌握情況，但如將這些實(shí)驗(yàn)直接應(yīng)用于課堂教學(xué)，無(wú)疑脫離了實(shí)際，使原本簡(jiǎn)單易操作的教材實(shí)驗(yàn)變得比較復(fù)雜，且學(xué)生的注意力和思維的重心可能會(huì)被引到對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置的構(gòu)造及實(shí)驗(yàn)原理的分析上，反而忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，這顯然違背實(shí)驗(yàn)教學(xué)的初衷。

4結(jié)語(yǔ)

從培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”這一學(xué)科核心素養(yǎng)角度出發(fā)，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“簡(jiǎn)易化”、“生態(tài)化”、“可視化”、“數(shù)字化”、“趣味化”等實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，化學(xué)實(shí)驗(yàn)才會(huì)更加充滿活力，保持其在化學(xué)教學(xué)中的獨(dú)特魅力。在實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新過(guò)程中，教師應(yīng)處理好實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的關(guān)系，如將實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的成果應(yīng)用于課堂教學(xué)，則一定要牢固樹(shù)立“以學(xué)生發(fā)展為本”的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新理念。endprint