浅谈化学实验改进与价值挖掘
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作者:汪序
摘 要：实验教学在理科教学中占据重要位置，可以培养学生诸多方面的能力。利用创新实验进行教学，可以让学生了解知识的本源，完善知识体系、培养学科核心素养、渗透德育和哲学思想，体验真实的化学。通过实例，把验证性实验，改进为创新实验，挖掘其教育教学功能。
关键词：实验;创新;价值挖掘
一、 价值挖掘的意义
现在对实验改进的研究非常多，但是这些改进都是针对实验本身的外在改变，为了改进而改进，造成实验功能的片面化，学生收获的大多只是新奇的装置以及早就知晓的现象与结论。而改进的功能与价值却没有得到很好的发掘，更没有在课堂教学中得到体现。所以我们必须对教材中现有的部分实验进行改进，并在改进之后作为延伸教学的材料，从完善知识体系、渗透德育和哲学思想、培养核心素养等角度加以挖掘，提高课堂教育教学的效果，使实验教学真正让学生受益。
二、 价值挖掘的具体事例
例1：胶体实验的改进与整合
课本实验：苏教版化学必修一P13，【实验1】将盛有硫酸铜溶液和氢氧化铁胶体的两只小烧杯分别置于暗处，用聚光手电筒照射，从垂直于光线的方向观察实验现象。
存在问题：
1. 学生只是知道有胶体这种物质，如何产生的并不了解。
2. 题目中经常涉及三种分散系的区别，教师常用告知的方法讓学生了解，没有实际体验。
3. 课本实验容易让学生误以为化学反应是单一的，独立的，而真实的化学反应产生的是复杂的混合体系。
改进方法：将三种分散系的性质整合成一个实验，再利用对比实验呈现分散系之间的区别。步骤如下：
（1） 用激光笔照射氢氧化钠溶液，说明溶液无丁达尔现象。
（2） 向氯化铁溶液中滴加少量氢氧化钠溶液，产生Fe（OH）3沉淀。
（3） 过滤，在滤纸上得到Fe（OH）3沉淀。过滤所得的液体呈现红褐色、澄清、透明。用激光笔照射所得到的滤液，有丁达尔现象，证明滤液中有氢氧化铁胶体。
（4） 将所得的滤液倒入事先准备好的半透膜中，并浸泡在盛有水的烧杯中一段时间。随后用激光笔照射烧杯中的液体，无丁达尔现象，再向烧杯中滴加KSCN溶液，溶液显红色。
实验装置的改进，不仅仅局限于实验室仪器和装置的简单组合和安装，还有一些源于生活的实验仪器（如针筒、塑料瓶、自封袋等）替代品的巧妙组合和应用。
例2：巧用注射器对比铜和浓、稀硝酸的反应
现状：硝酸和铜片的反应，课本中的装置已经非常简化，试管，橡皮塞，导管和尾气处理。
存在问题：课本实验有两个缺陷：一是稀硝酸和铜产生的一氧化氮无法直接观察，因为试管中有空气;二是实验的目的仅仅为了验证，教学价值单一。
改进方法：实验用品有浓硝酸、稀硝酸、30 mL的注射器、铜片2片、导管和烧杯若干、氢氧化钠溶液。
主要操作：
（1） 将铜片放入注射器中，用活塞排尽空气后抽取硝酸溶液，观察针筒内气体的颜色，活塞的运动等现象。注意：依据刻度，硝酸抽取2 mL即可（切不可多取）。
（2） 抽取硝酸时，学生使用橡皮管连接导管直接抽取，教师的演示实验中则使用针头抽取。
三、 改进实验的价值挖掘
实验改进的目的最终要落实于课堂的教育教学，服务于课堂的教育教学，便于学生的理解与掌握，否则就失去了非常重要的教学素材。特别是对于在实验题的考查中，经常涉及的误差分析、原因分析等，有助于分析能力的提升。价值挖掘有几个方面我们可以尝试。
（一） 进一步完善化学学科知识的体系
知识体系是人们在日常学习和生活过程中，将自身所获得的知识通过一定的方式串联起来，从而形成了一种联系紧密的体系，也可以称为知识网络。因而知识体系具有整体性、多维性以及开放性的特点。高中化学知识学习量较大，学生需要记住的知识点比较零碎，所以就更需要一些载体将知识点串联成网络，既方便学生理解，又方便学生记忆。
对例1进一步挖掘：
1. 本组合实验清晰的证明了三种分散系能否通过滤纸、半透膜的情况，现象明显。
2. 清楚地说明了胶体与其他分散系的本质区别和区分方法。以上两点完善了分散系的知识体系，更加清晰地展示了学科知识间的内在联系。
对例2进一步挖掘：
1. 反应速率的对比十分明显，由于硝酸浓度的差异，产生气体的速率有明显的差异。
2. 利用活塞排出针筒内的空气，就能直接观察到稀硝酸和铜片反应产生的无色气体一氧化氮。并且只要拔掉橡皮塞，拉动活塞抽取空气，就会在针筒中观察到无色气体迅速转变成红棕色气体，证明了一氧化氮的存在。同时也非常自然地呈现了浓度对速率的影响以及一氧化氮的性质，并且集于一个实验。
（二） 培养学生的核心素养
1. 核心素养之一的“宏观辨识与微观探析”是从分子、原子、离子层次对物质结构、性质、能量转变等及其相互关系的基本认识，既是化学学科重要的观念，又是化学问题解决的思维视角。通过学习，要求学生能通过观察、辨识一定条件下物质及其变化的宏观现象，并能运用化学符号表征物质及其变化;形成“物质结构决定物质性质”的观念;能从物质结构和性质相联系、宏观与微观相结合的视角解决相关化学问题。
对例1追根溯源，本实验改进后还可以用于高二学习0=Ksp的时候重提“能否用0=Ksp（平衡常数）的知识，分析氢氧化铁沉淀和氢氧化铁胶体的成因和区别”。当溶液中的Fe3+和OH-的浓度积大于氢氧化铁的0=Ksp的数值，就会产生大量的沉淀。氢氧化铁沉淀是由大量氢氧化铁分子聚集而成，故不能通过滤纸。当沉淀后，溶液中的Fe3+和OH-的浓度积小于氢氧化铁的Ksp数值，此时小部分氢氧化铁分子加上它们吸附的铁离子聚集在一起形成胶体，颗粒较小可以通过滤纸，但不能通过半透膜。这个环节就很好地体现了核心素养之一“宏观辨识和微观探析”。从宏微结合的角度让学生从本质上把握化学知识。 2. 核心素养之一的“实验探究与创新意识”是指提出化学问题，形成猜想和假设，获取和处理信息，基于证据推理得出结论并作出解释，对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。能尊重事实和证据，独立思考，敢于质疑和批判不同观点和结论，提出创造性见解的品质。通过学习，学生应具有科学探究意识，能发现有探究价值的化学问题，提出合理猜测与假设;具有合作与交流的意愿与能力，能对实验探究的过程与结果进行质疑和批判、评估和反思。
在例2的操作中，可以给学生制造“意外情况”，学生使用橡皮管连接导管直接抽取硝酸，这样势必混入不可忽略的空气，对生成一氧化氮的判断产生影响。而教师的演示实验中则使用针头抽取，混入的空气没有影响一氧化氮的观察。学生如果能迅速捕捉到这个差异，并在小组交流讨论中自己提出了疑问，那么对于学生的觀察和分析能力的提升，势必是有促进作用的，教师只要稍加引导，就是很好的真实的探究素材。这个设计很好地体现了核心素养之一“实验探究与创新意识”。
（三） 可以渗透并培养哲学思想
1. 辩证唯物主义坚信有一个客观世界存在，而人类认识世界就是不断地通过实证研究去接近这个客观世界。作为科学领域的一门学科，化学十分重视在真实环境下的实证研究，坚持科学结论需要通过多次反复的证实或证伪。
例1中氯化铁溶液中滴加氢氧化钠之后，得到的混合物是三种分散系并存，绝非只有沉淀。
例2中由于仪器的不同而混入空气就会出现意外。都让学生体会到真实环境下的化学，其结果反应往往是非常复杂的，并不是理想化的单一反应。
进一步说明了真实物质世界的复杂性，需要用合理的方式作出解释，这也正是化学学科的特点与魅力所在。
2. 现代社会要求人们不仅具有专业知识，而且需要具有跨学科、跨领域、跨界的知识。例如，如果能培养学生利用哲学思维来理解某些学习的内容，往往会收到很好的教学效果。
例1中的分散系之间的关系，其实就和我们学习的离子键和共价键、电解质和非电解质的关系类似，相互之间没有绝对的区别，离子键和共价键只是各自所含的比例不同，然后依据比例高的定义。电解质和非电解质只是物质的电离度和水的电离度来比较，再给出定义。这就是在化学的学习中运用了辩证的方法、量变引起质变的哲学思想，动态平衡的观念来理解化学的学科知识。
所以对于一些本身现象明显、操作简单，安全有效的实验，没有必要为了单一的追求改进而改进。但如果是将验证性实验改进为探究性实验;定性的实验改进为定量的实验、多个实验重新组合等有明确的教育教学价值的改进，是属于十分必要并且务实的改进。同时，为了能使改进之后的价值挖掘达到最大化，改进之后的教学设计也必须要配套改变，否则改进的价值就丢失了许多。
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作者简介：
汪序，江苏省常州市，常州市田家炳高级中学。
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