摘 要：新課標(biāo)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提出了更高的要求，對(duì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，可以全面提升學(xué)生的科學(xué)探究能力與創(chuàng)新思維。簡(jiǎn)單闡述高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和原則，主要研究高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的策略。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);創(chuàng)新實(shí)驗(yàn);教學(xué)設(shè)計(jì)策略

一、高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)

1.降低實(shí)驗(yàn)成本

學(xué)校能否根據(jù)新課標(biāo)開設(shè)實(shí)驗(yàn)取決于是實(shí)驗(yàn)成本的高低。如果實(shí)驗(yàn)成本過(guò)高，學(xué)校就無(wú)法正常開設(shè)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生就沒有機(jī)會(huì)親自實(shí)驗(yàn)，這樣不利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。利用廉價(jià)易得的生活用品或廢舊材料對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)，可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的低成本化。

2.用生活用品代替實(shí)驗(yàn)用品

化學(xué)實(shí)驗(yàn)離不開實(shí)驗(yàn)用品，學(xué)生平時(shí)很少接觸一些實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生畏懼心理，生怕?lián)p壞實(shí)驗(yàn)儀器，所以，我們可以用日常生活用品代替實(shí)驗(yàn)用品，如我們把CH3COOH用白醋代替，把NaHCO3用小蘇打代替，把試管用注射器代替，把集氣瓶用帶蓋的塑料瓶代替等，這樣，可以消除學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的陌生感，讓學(xué)生親自體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的樂(lè)趣。

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要有創(chuàng)新理念

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案要具有科學(xué)合理性。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新可以加深學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和邏輯思維能力。

二、高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)原則

1.科學(xué)性原則

對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新一定不能違背科學(xué)性原則，實(shí)驗(yàn)原理要科學(xué)合理，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要正確，每個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要有對(duì)應(yīng)的原理解釋。

2.可行性原則

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要符合學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生的實(shí)際情況，要保證實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行，達(dá)到預(yù)期效果。

3.安全性原則

安全是順利進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)及避免傷害和事故的保障。實(shí)驗(yàn)前教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育，讓學(xué)生牢記安全規(guī)則，認(rèn)識(shí)常見危險(xiǎn)化學(xué)品標(biāo)識(shí)，學(xué)會(huì)處理意外事故等。

4.簡(jiǎn)便直觀性原則

實(shí)驗(yàn)操作要盡可能簡(jiǎn)單易行，即裝置要簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)步驟要少，條件要易于控制，實(shí)驗(yàn)時(shí)間要短。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要直觀、明了，便于學(xué)生觀察。

5.綠色化原則

綠色化原則是指從實(shí)驗(yàn)源頭上減少和消除污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境和生活環(huán)境的影響，讓學(xué)生樹立環(huán)保意識(shí)。

三、高中化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)策略

1.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)生活化策略

尋求和改進(jìn)生活日用品或廢舊材料來(lái)代替實(shí)驗(yàn)儀器，可以降低實(shí)驗(yàn)成本，給學(xué)生提供更多動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，拉近學(xué)生與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的距離。用廉價(jià)易得的日用品代替實(shí)驗(yàn)儀器的前提是不能影響實(shí)驗(yàn)效果。將分液漏斗用注射器代替，用注射器在密閉環(huán)境中收集氣體，集氣瓶用帶蓋的礦泉水瓶等代替，試管夾用衣夾代替，導(dǎo)管用輸液管代替等。例如在制備SO2和探究其性質(zhì)時(shí)，可以用青霉素瓶收集SO2氣體，用輸液管代替導(dǎo)管，通過(guò)擠壓青霉素瓶將SO2分別通入裝有品紅溶液、酸性高錳酸鉀溶液、硫化鈉溶液的試管中（試管口均塞有一團(tuán)棉花）。

化學(xué)與生活息息相關(guān)，用生活日用品代替實(shí)驗(yàn)藥品，不僅可以降低實(shí)驗(yàn)成本，而且可以為學(xué)生提供改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力。例如，人教版必修2實(shí)驗(yàn)2-6，探究FeCl3和MnO2這兩種催化劑對(duì)H2O2分解速率的影響，我們可以用肝臟研磨液代替MnO2，用土豆泥作另一種催化劑FeCl3，做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯。

2.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化策略

提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率離不開實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化，如果控制不好實(shí)驗(yàn)條件，生成物產(chǎn)率就會(huì)降低，副產(chǎn)物就會(huì)增多，甚至?xí)箤?shí)驗(yàn)失敗。課本中的有些實(shí)驗(yàn)仍然有一定的不足，因此我們要對(duì)課本中的一些實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行優(yōu)化探究與創(chuàng)新，尋求實(shí)驗(yàn)最佳路徑。例如人教版選修5乙烯的制備實(shí)驗(yàn)中，得到的乙烯產(chǎn)率通常很低，是由于濃硫酸把大量C2H5OH碳化，產(chǎn)生了有污染的二氧化硫，為了提高乙烯的產(chǎn)率，我們用五氧化二磷代替濃硫酸，并且探究得出此實(shí)驗(yàn)的最佳溫度是85℃左右，這樣有效避免了乙醇的碳化，使反應(yīng)物盡可能多地轉(zhuǎn)化為生成物。

3.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)策略

化學(xué)實(shí)驗(yàn)追求的原則之一是操作簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作的有效方法就是對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，我們可以將物質(zhì)的制備裝置、物質(zhì)性質(zhì)的檢驗(yàn)裝置及尾氣吸收裝置連接在一起，從而避免藥品的浪費(fèi)和實(shí)驗(yàn)操作的復(fù)雜性，如課本在研究SO2的性質(zhì)時(shí)，SO2是實(shí)驗(yàn)前制好的，實(shí)驗(yàn)時(shí)再將集氣瓶中的SO2通入品紅溶液、酸性KMnO4溶液中，這樣操作過(guò)程復(fù)雜，因此我們將制取SO2裝置和性質(zhì)檢驗(yàn)裝置整合在一起。又如在進(jìn)行FeCl3的水解實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們往往加熱蒸干其溶液，耗時(shí)長(zhǎng)，我們將粉筆浸泡在FeCl3溶液中，取出后晾干（提前準(zhǔn)備），用酒精燈加熱粉筆，粉筆表面很快變成紅褐色，說(shuō)明有Fe（OH）3生成，繼續(xù)加熱粉筆表面變黑，這種黑色物質(zhì)是究竟是什么呢？由此激發(fā)了學(xué)生探究的熱情，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究精神。

在對(duì)實(shí)驗(yàn)效果無(wú)影響的前提下，我們應(yīng)盡可能使實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)約化。如課本的焰色反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)前都要將鐵絲或鉑絲用稀鹽酸清洗，并且灼燒至無(wú)色，再蘸取試樣進(jìn)行灼燒觀察現(xiàn)象，如此重復(fù)操作麻煩又費(fèi)時(shí)，于是，我們進(jìn)行改進(jìn)，在鐵絲下端纏一小棉花團(tuán)，多個(gè)纏在鐵絲上的小棉花團(tuán)分別蘸取不同待測(cè)試液（將各種試樣溶解在酒精和水體積比為7∶1的溶液中），將鐵絲掛在鐵桿上，同時(shí)點(diǎn)燃，觀察現(xiàn)象，火焰顏色對(duì)比明顯。還有另一種改進(jìn)方法，就是將各待測(cè)液裝入化妝用的小噴瓶中，將待測(cè)液噴在酒精燈的火焰上觀察顏色。

4.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)綠色化策略

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)要以綠色環(huán)保為宗旨，即在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要盡可能減少有毒、有污染物質(zhì)的排放。豐富多彩的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但是，化學(xué)實(shí)驗(yàn)同時(shí)伴隨著一些不安全因素，這讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生懼怕心理。我們?cè)趯?duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新時(shí)，一定要朝著對(duì)師生有利的方向發(fā)展。

選用微型實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以大大減少實(shí)驗(yàn)藥品的用量并取得良好的實(shí)驗(yàn)效果。如課本中的電解和電鍍實(shí)驗(yàn)通常在燒杯中進(jìn)行，電解和電鍍廢液的不合理排放會(huì)污染環(huán)境，如果我們用微型的六孔井穴板代替燒杯，金屬和電解液的用量會(huì)減少至實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前的1/10。又如Cu和稀HNO3的反應(yīng)，我們往往采用試管作反應(yīng)容器，用酒精燈直接加熱，但由于NO易被空氣中的氧氣氧化為紅棕色的NO2，所以很難看到無(wú)色的NO生成。為了產(chǎn)生明顯的現(xiàn)象且減少NO2的污染，我們將稀硝酸裝在青霉素瓶子里，試管用事先裝有環(huán)狀細(xì)銅絲的注射器代替，然后用注射器吸入3 mL熱的稀硝酸，注射器內(nèi)溶液逐漸變藍(lán)，同時(shí)產(chǎn)生無(wú)色氣泡。將銅和稀硝酸的反應(yīng)裝置微型化，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，實(shí)驗(yàn)污染更少。

全封閉實(shí)驗(yàn)裝置代替半封閉實(shí)驗(yàn)裝置，可以減少有污染物質(zhì)的排放，給師生營(yíng)造健康安全的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。如課本中將濃硫酸加入盛放乙醇的燒杯中，濃硫酸使乙醇脫水碳化，形成“黑面包”，同時(shí)產(chǎn)生大氣污染物SO2，“黑面包——碳”也可能滴落在實(shí)驗(yàn)桌上，污染實(shí)驗(yàn)臺(tái)。我們可以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，將一根鐵絲通過(guò)瓶蓋上的小孔伸入容積比較大的玻璃瓶中，進(jìn)行攪拌，在瓶蓋上放一團(tuán)用濃NaOH浸泡過(guò)的棉花，吸收SO2氣體。改進(jìn)后的裝置，用廉價(jià)易得的鐵絲和玻璃瓶分別代替了玻璃棒和燒杯，節(jié)約了資源，降低了實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。

5.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合策略

為了節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，我們可以將多個(gè)（兩個(gè)或兩個(gè)以上）實(shí)驗(yàn)整合到一起做。課本中的實(shí)驗(yàn)往往根據(jù)內(nèi)容的不同分開進(jìn)行，雖然實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，有利于提高學(xué)生的注意力，但課堂時(shí)間畢竟有限，且將實(shí)驗(yàn)分開進(jìn)行需要更多的實(shí)驗(yàn)藥品，會(huì)對(duì)學(xué)校造成經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，因此，師生要共同努力對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行創(chuàng)新與整合，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)提高教師的專業(yè)素質(zhì)。如我們可以將物質(zhì)的制備及其性質(zhì)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)整合到一起，也可以將同種物質(zhì)的不同性質(zhì)實(shí)驗(yàn)或?qū)Ρ任镔|(zhì)不同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)組合在一起來(lái)做。由于整合實(shí)驗(yàn)操作比較復(fù)雜，現(xiàn)象多，因此學(xué)生的注意力一定要高度集中。

將同一物質(zhì)的不同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)整合，尋找最少的實(shí)驗(yàn)時(shí)間和實(shí)驗(yàn)藥品的用量等，可以培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。如人教版必修1在研究SO2的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，先用濃硫酸和亞硫酸鈉制了多瓶SO2，然后一個(gè)個(gè)來(lái)探究SO2與Na2S溶液，SO2與品紅溶液，SO2與酸性高錳酸鉀的反應(yīng)，需要大量的藥品和時(shí)間。我們對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，把可樂(lè)瓶的上部分減去，然后將藥丸板放到可樂(lè)瓶中，將Na2SO3固體、Na2S溶液、品紅溶液、酸性KMnO4溶液分別放到藥丸板凹槽中，可樂(lè)瓶上的口用多層保鮮膜包住，最后用注射器將濃硫酸加入盛有Na2SO3固體的凹槽中，產(chǎn)生的SO2與其他物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，最后用NaOH溶液來(lái)吸收尾氣。這樣將SO2的漂白性、氧化性和還原性同時(shí)檢驗(yàn)了，提高了實(shí)驗(yàn)效率。

為了比較物質(zhì)間的不同化學(xué)反應(yīng)，我們往往設(shè)計(jì)平行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)不利于節(jié)約資源和時(shí)間，并且學(xué)生很難保證實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行，這對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也有一定的影響，無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。彌補(bǔ)平行實(shí)驗(yàn)的不足可以采用創(chuàng)新整合實(shí)驗(yàn)方案的方法，如人教版必修1研究Na2CO3和NaHCO3受熱分解情況的實(shí)驗(yàn)，采用分別加熱這兩種物質(zhì)，分解產(chǎn)物用澄清石灰水檢驗(yàn)的方法。對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)：將裝有Na2CO3的小試管套入裝有NaHCO3的大試管中，用兩個(gè)導(dǎo)管分別將兩試管與盛放澄清石灰水的兩個(gè)試管相連接，加熱大試管。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)以后，增加了現(xiàn)象差距的明顯程度，此實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是Na2CO3的熱穩(wěn)定性強(qiáng)于NaHCO3。

6.創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)運(yùn)用策略

將學(xué)生的生活融入化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)中，可以使學(xué)生對(duì)化學(xué)產(chǎn)生更加濃厚的學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生熱愛生活、創(chuàng)造美好生活的愿望，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

學(xué)校教育的最終目標(biāo)是學(xué)以致用，理論聯(lián)系實(shí)際，學(xué)會(huì)用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)解決生活問(wèn)題、解釋生活現(xiàn)象等。如學(xué)生可以運(yùn)用NaHCO3和稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理，利用生活日用品（各種飲料瓶）自制滅火器，先在可樂(lè)瓶（帶蓋）中加入一定量干燥的小蘇打粉末，然后將裝有食醋的小塑料管固定在可樂(lè)瓶中，最后傾斜可樂(lè)瓶，讓二者充分反應(yīng)，這樣學(xué)生就體驗(yàn)到了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的真正樂(lè)趣。有些神奇的生活現(xiàn)象中蘊(yùn)藏著化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理，如Fe2+和Fe3+之間的相互轉(zhuǎn)化及Fe3+的特性實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚪忉屢恍┥瞵F(xiàn)象，比如蘋果咬了一口放置后會(huì)“生銹”，我們自己榨的蘋果汁看起來(lái)有些發(fā)黃，而我們買的蘋果汁是淺綠色，這里面隱藏著什么樣的秘密呢？這只是蘊(yùn)藏了簡(jiǎn)單的化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)原理，空氣中的O2很容易將蘋果中的Fe2+氧化為黃色的Fe3+，而市售的蘋果汁配方中含有維生素C，維生素C具有還原性，可以抑制Fe2+被氧化?？傊?，將化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與學(xué)生的實(shí)際生活聯(lián)系起來(lái)，有利于學(xué)生了解生活，懂得生活。

注：本文系甘肅省教育科學(xué)2019年度“十三五”規(guī)劃課題《在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)背景下利用現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)化高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的策略與研究》（課題編號(hào)：GS[2019]GHB0467號(hào)）階段性研究成果。

作者簡(jiǎn)介：李敏婭，女，一級(jí)教師，高中化學(xué)教學(xué)，甘肅省白銀市，甘肅省白銀市會(huì)寧縣第五中學(xué)。

編輯 王彥清