摘 要：新課標對培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)提出了更高的要求，對高中化學實驗進行改進與創(chuàng)新，可以全面提升學生的科學探究能力與創(chuàng)新思維。簡單闡述高中化學創(chuàng)新實驗的特點和原則，主要研究高中化學創(chuàng)新實驗教學設計的策略。

關鍵詞：學科核心素養(yǎng);創(chuàng)新實驗;教學設計策略

一、高中化學創(chuàng)新實驗的特點

1.降低實驗成本

學校能否根據(jù)新課標開設實驗取決于是實驗成本的高低。如果實驗成本過高，學校就無法正常開設實驗課，學生就沒有機會親自實驗，這樣不利于學生學科核心素養(yǎng)的提升。利用廉價易得的生活用品或廢舊材料對化學實驗進行創(chuàng)新改進，可以實現(xiàn)化學實驗的低成本化。

2.用生活用品代替實驗用品

化學實驗離不開實驗用品，學生平時很少接觸一些實驗儀器和藥品，在做實驗時會產生畏懼心理，生怕?lián)p壞實驗儀器，所以，我們可以用日常生活用品代替實驗用品，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，可以消除學生對實驗的陌生感，讓學生親自體驗實驗的樂趣。

3.實驗設計要有創(chuàng)新理念

創(chuàng)新實驗設計方案要具有科學合理性。對實驗進行改進和創(chuàng)新可以加深學生對所學知識的理解，提高學生的實驗操作技能和邏輯思維能力。

二、高中化學創(chuàng)新實驗的設計原則

1.科學性原則

對化學實驗的創(chuàng)新一定不能違背科學性原則，實驗原理要科學合理，實驗內容要正確，每個實驗現(xiàn)象要有對應的原理解釋。

2.可行性原則

創(chuàng)新實驗方案的設計要符合學校實驗教學和學生的實際情況，要保證實驗能夠順利進行，達到預期效果。

3.安全性原則

安全是順利進行創(chuàng)新實驗及避免傷害和事故的保障。實驗前教師要對學生進行安全教育，讓學生牢記安全規(guī)則，認識常見危險化學品標識，學會處理意外事故等。

4.簡便直觀性原則

實驗操作要盡可能簡單易行，即裝置要簡單，實驗步驟要少，條件要易于控制，實驗時間要短。實驗現(xiàn)象要直觀、明了，便于學生觀察。

5.綠色化原則

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

三、高中化學創(chuàng)新實驗的設計策略

1.創(chuàng)新實驗生活化策略

尋求和改進生活日用品或廢舊材料來代替實驗儀器，可以降低實驗成本，給學生提供更多動手實驗的機會，拉近學生與化學實驗的距離。用廉價易得的日用品代替實驗儀器的前提是不能影響實驗效果。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，導管用輸液管代替等。例如在制備SO2和探究其性質時，可以用青霉素瓶收集SO2氣體，用輸液管代替導管，通過擠壓青霉素瓶將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（試管口均塞有一團棉花）。

化學與生活息息相關，用生活日用品代替實驗藥品，不僅可以降低實驗成本，而且可以為學生提供改進和創(chuàng)新實驗的機會，提高學生的實際操作能力。例如，人教版必修2實驗2-6，探究FeCl3和MnO2這兩種催化劑對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，做對比實驗，現(xiàn)象明顯。

2.創(chuàng)新實驗條件優(yōu)化策略

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

3.創(chuàng)新實驗裝置改進策略

化學實驗追求的原則之一是操作簡便，簡化實驗操作的有效方法就是對實驗裝置進行改進，我們可以將物質的制備裝置、物質性質的檢驗裝置及尾氣吸收裝置連接在一起，從而避免藥品的浪費和實驗操作的復雜性，如課本在研究SO2的性質時，SO2是實驗前制好的，實驗時再將集氣瓶中的SO2通入品紅溶液、酸性KMnO4溶液中，這樣操作過程復雜，因此我們將制取SO2裝置和性質檢驗裝置整合在一起。又如在進行FeCl3的水解實驗時，我們往往加熱蒸干其溶液，耗時長，我們將粉筆浸泡在FeCl3溶液中，取出后晾干（提前準備），用酒精燈加熱粉筆，粉筆表面很快變成紅褐色，說明有Fe（OH）3生成，繼續(xù)加熱粉筆表面變黑，這種黑色物質是究竟是什么呢？由此激發(fā)了學生探究的熱情，有利于培養(yǎng)學生的科學探究精神。

在對實驗效果無影響的前提下，我們應盡可能使實驗裝置簡約化。如課本的焰色反應實驗，每次實驗前都要將鐵絲或鉑絲用稀鹽酸清洗，并且灼燒至無色，再蘸取試樣進行灼燒觀察現(xiàn)象，如此重復操作麻煩又費時，于是，我們進行改進，在鐵絲下端纏一小棉花團，多個纏在鐵絲上的小棉花團分別蘸取不同待測試液（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，同時點燃，觀察現(xiàn)象，火焰顏色對比明顯。還有另一種改進方法，就是將各待測液裝入化妝用的小噴瓶中，將待測液噴在酒精燈的火焰上觀察顏色。

4.創(chuàng)新實驗綠色化策略

創(chuàng)新實驗要以綠色環(huán)保為宗旨，即在實驗過程中要盡可能減少有毒、有污染物質的排放。豐富多彩的化學實驗現(xiàn)象可以激發(fā)學生的學習興趣，但是，化學實驗同時伴隨著一些不安全因素，這讓學生對實驗產生懼怕心理。我們在對實驗進行創(chuàng)新時，一定要朝著對師生有利的方向發(fā)展。

選用微型實驗儀器進行實驗，可以大大減少實驗藥品的用量并取得良好的實驗效果。如課本中的電解和電鍍實驗通常在燒杯中進行，電解和電鍍廢液的不合理排放會污染環(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減少至實驗改進前的1/10。又如Cu和稀HNO3的反應，我們往往采用試管作反應容器，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，所以很難看到無色的NO生成。為了產生明顯的現(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，注射器內溶液逐漸變藍，同時產生無色氣泡。將銅和稀硝酸的反應裝置微型化，使實驗現(xiàn)象更加明顯，實驗污染更少。

全封閉實驗裝置代替半封閉實驗裝置，可以減少有污染物質的排放，給師生營造健康安全的實驗環(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”，同時產生大氣污染物SO2，“黑面包——碳”也可能滴落在實驗桌上，污染實驗臺。我們可以改進實驗裝置，將一根鐵絲通過瓶蓋上的小孔伸入容積比較大的玻璃瓶中，進行攪拌，在瓶蓋上放一團用濃NaOH浸泡過的棉花，吸收SO2氣體。改進后的裝置，用廉價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，降低了實驗費用。

5.創(chuàng)新實驗內容整合策略

為了節(jié)約實驗時間，提高實驗教學效率，我們可以將多個（兩個或兩個以上）實驗整合到一起做。課本中的實驗往往根據(jù)內容的不同分開進行，雖然實驗現(xiàn)象明顯，有利于提高學生的注意力，但課堂時間畢竟有限，且將實驗分開進行需要更多的實驗藥品，會對學校造成經濟負擔，因此，師生要共同努力對實驗進行創(chuàng)新與整合，充分發(fā)揮學生的創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，同時提高教師的專業(yè)素質。如我們可以將物質的制備及其性質的檢驗實驗整合到一起，也可以將同種物質的不同性質實驗或對比物質不同性質的實驗組合在一起來做。由于整合實驗操作比較復雜，現(xiàn)象多，因此學生的注意力一定要高度集中。

將同一物質的不同性質的實驗整合，尋找最少的實驗時間和實驗藥品的用量等，可以培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。如人教版必修1在研究SO2的化學性質時，先用濃硫酸和亞硫酸鈉制了多瓶SO2，然后一個個來探究SO2與Na2S溶液，SO2與品紅溶液，SO2與酸性高錳酸鉀的反應，需要大量的藥品和時間。我們對此實驗進行了改進，把可樂瓶的上部分減去，然后將藥丸板放到可樂瓶中，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，產生的SO2與其他物質進行反應，最后用NaOH溶液來吸收尾氣。這樣將SO2的漂白性、氧化性和還原性同時檢驗了，提高了實驗效率。

為了比較物質間的不同化學反應，我們往往設計平行實驗，進行平行實驗不利于節(jié)約資源和時間，并且學生很難保證實驗同時進行，這對實驗結果也有一定的影響，無法達到預期效果。彌補平行實驗的不足可以采用創(chuàng)新整合實驗方案的方法，如人教版必修1研究Na2CO3和NaHCO3受熱分解情況的實驗，采用分別加熱這兩種物質，分解產物用澄清石灰水檢驗的方法。對該實驗進行如下改進：將裝有Na2CO3的小試管套入裝有NaHCO3的大試管中，用兩個導管分別將兩試管與盛放澄清石灰水的兩個試管相連接，加熱大試管。實驗改進以后，增加了現(xiàn)象差距的明顯程度，此實驗的結論是Na2CO3的熱穩(wěn)定性強于NaHCO3。

6.創(chuàng)新實驗運用策略

將學生的生活融入化學創(chuàng)新實驗中，可以使學生對化學產生更加濃厚的學習興趣，產生熱愛生活、創(chuàng)造美好生活的愿望，培養(yǎng)學生的社會責任感。

學校教育的最終目標是學以致用，理論聯(lián)系實際，學會用創(chuàng)新實驗解決生活問題、解釋生活現(xiàn)象等。如學生可以運用NaHCO3和稀鹽酸反應的實驗原理，利用生活日用品（各種飲料瓶）自制滅火器，先在可樂瓶（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瓶中，最后傾斜可樂瓶，讓二者充分反應，這樣學生就體驗到了創(chuàng)新實驗的真正樂趣。有些神奇的生活現(xiàn)象中蘊藏著化學實驗原理，如Fe2+和Fe3+之間的相互轉化及Fe3+的特性實驗能夠解釋一些生活現(xiàn)象，比如蘋果咬了一口放置后會“生銹”，我們自己榨的蘋果汁看起來有些發(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？這只是蘊藏了簡單的化學創(chuàng)新實驗原理，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。總之，將化學創(chuàng)新實驗與學生的實際生活聯(lián)系起來，有利于學生了解生活，懂得生活。

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

作者簡介：李敏婭，女，一級教師，高中化學教學，甘肅省白銀市，甘肅省白銀市會寧縣第五中學。

編輯 王彥清