高中化学实验设计与创新的实验研究
何娟
摘 ? 要：结合化学新课程实施以来的教学实践和探索，对苏教版必修1中的几个常规实验采用多种化学实验设计策略，进行了创新研究， 完成了具有科学性、绿色化、安全性的实验创新设计，进而提高教学质量，提高学生的学习效果。
关键词：高中化学;实验;改革;创新
化学是一门以实验为基础的自然学科，化学与实验的关系比其他自然科学更为密切。化学原理、定律和定律的发现都与化学实验有关。可以说，没有实验就没有化学这门学科。高中化学实验在高中化学教学中占得比例相当大，在课堂教学中如何设计实验教学过程，这将直接影响化学教学的质量和效果。作为一名具有多年教学经验的一线老师，在教学过程中发现不管是老师演示实验还是学生探究实验，或多或少都存在着一些问题：如安全隐患;装置复杂;浪费药品;产生有毒物质较多污染环境;实验效果较差等等问题，因此加强实验教学的改进是摆在我们高中一线化学老师面前必须解决的问题。只有通过不断改革和创新，化学实验才能在化学教学中充满活力，保持其独特的魅力。下面是笔者通过查找大量的资料，收集汇总了苏教版高中化学必修1中的几个典型实验的创新方法，发展充实原有的实验，或改正原有实验的缺陷和不足，使它们更符合实际应用。搜集的几个实验的改革和创新的均符合以下原则：科学性、简约性、直观性、安全性、环保性、创新性、趣味性、探索性[ 1 ]。
1 ?科学性、简约性、环保性原则
在实验中或多或少会使用到有毒有害的化学试剂，也有很多实验会产生大量的残气，残留废液、废渣。这些不仅会对我们的环境造成污染，而且实验都在教室这个封闭的空间面对全体同学进行，难免会损害师生的健康。可以将这类型的实验设计成微型实验：苏教版必修1专题4“硝酸的性质中的铜和稀硝酸的反应”，反应过程中生成无色的NO气体。NO气体极不稳定，很容易与空气中的O2反应生成红棕色的NO2气体，这样一来就很难判别反应产生的是NO还是NO2。不管是NO还是NO2均是毒性比较强的气体，这有毒气体还有可能发生泄漏，给师生健康带来伤害，给大气带来污染。正是这个原因，把此实验设计为学生实验存在着一定的困难，解决这些问题的最好方法就是把它设计成微型实验，创新实验如下。
1.1 ?实验原理
3Cu+8HNO3 = 3Cu（NO3）2+2NO↑+4H2O
1.2 ?实验药品及仪器
10ml注射器，试剂瓶，铜片，稀硝酸，浓NaOH溶液。
1.3 ?实验步骤
把原有实验中的试管换成10ml的注射器，把两个0.05克的铜片全部放入注射器中，接着拉动注射器往里吸水，当吸满水后再将这些水排尽保证注射器中不存在空气。然后用此注射器吸取少量的稀硝酸，马上把注射器的针口封起来起到隔绝空气的目的。认真观察实验现象：通过注射器内液体体积的改变知道生成了一种无色气体NO，反应一段时间后，再拉动注射器往内吸取空气，这时可明显观察到气体由无色变为红棕色NO2。然后将注射器插入盛有少量浓NaOH溶液的试剂瓶中，缓慢把剩余气体推入溶液中除尾气（一定要缓慢，让有毒气体可以被充分吸收）[ 2 ]。
1.4 ?教学反思
本实验经过上述微量化处理之后，实验现象十分明显，产生的有毒物质的量不多，且整个装置是封闭体系不易发生泄漏。这样经过创新之后既符合了新课改要求，实验操作还简单、安全、节约、环保，一举多得。教师可以放心地让学生一人一组进行探究，通过学生亲手做实验不仅有利于逐步培养学生的实验操作技能，强化化学实验教学中的素质教育和创新精神，培养具有创造能力的人才，还可以帮助学生理解，更易形成化学概念。这种方法同样适用于必修1中的“氯气的制备、氯气的性质”实验。
2 ?科学性、直观性、创新性原则
“氯气的制备、氯气的性质”实验除了可以运用上述的方法进行创新，同时还可以用下面的创新方法，首先分析原实验设置的不足之处：必须预先准备氯和干氯;实验过程污染空气，影响师生健康; 实验操作烦琐，步骤多，操作时间长，学生可参与的部分比较有限，这将不利于培养学生的实验操作技能。为了弥补上述不足，本文对实验进行如下改进。
2.1 ?实验原理
2KMnO4+16HCl（稀）=2KCl+2MnCl2+8H2O+5Cl2↑
2.2 ?实验药品及仪器
广口瓶，小试管，带胶头滴管的橡皮塞，滤纸条，小红纸，泡沫条，泡沫垫，镊子，Ca（OH）2乳浊液，0.2克KMnO4，KBr溶液，KI淀粉试纸，蓝色石蕊试纸，3mol/L盐酸溶液，蒸馏水。
2.3 ?实验装置图
实验装置图见图1。
2.4 ?实验步骤
在瓶底部滴上少许Ca（OH）2乳浊液，在广口瓶内壁贴张湿润的小红纸，在小试管中盛放约0.2克KMnO4固体，将小试管的底部用泡沫垫固定好小心放入瓶中，将一细长的泡沫條用小刀割出若干个间距均匀的小缝。把用KBr溶液浸泡过的滤纸，湿的蓝色石蕊纸，湿的KI淀粉纸通过小缝固定在泡沫条上，把泡沫条放入瓶中。用胶头滴管吸取2ml的3mol/L盐酸溶液，按图1所示逐滴滴入小试管制取氯气。整套装置包括Cl2的发生，Cl2与H2O的反应，HClO的漂白，Cl2与KBr、KI的反应，Cl2的尾气吸收装置。
2.5 ?教学反思
这样创新有以下优点：实验原理中将浓盐酸换成稀盐酸，降低危险性且避免了浓盐酸的强挥发性对实验的干扰。此反应可不加热，反应更加简单易行且节约了能源。创新之后实验现象更为直观、安全，且易于操作，将Cl2的制取及性质实验组合在一起，大大提高了课堂教学效率，节省了课堂时间。几个实验同时在同一个装置中进行，实验更具有对比性，有利于学生对实验现象的辨别，从而加深学生对知识的掌握。如果学校条件容许，该实验也可以作为学生实验。这种实验设计思路还可以应用于像SO2、H2S、NH3等气体的制取及性质实验。
3 ?创新性、趣味性实验
必修1专题4中用氨气做的喷泉实验，由于趣味性强，深受学生的欢迎。笔者在学生探讨这部分内容时有一句口头禅：只要能够满足实验的条件，任何气体都可以设计成喷泉实验，还可以是各种颜色的。但由于实践比较少，学生对这句话半信半疑。于是在查找大量的资料后，把必修1中常见的几种气体也设计成喷泉实验如下。
3.1 ?喷泉实验原理
实验用的容器内外必须有较大的压差。在这种压差的作用下，液体迅速流动，喷出带有尖喷嘴的管道，形成喷泉。
3.2 ?实验药品及仪器
两个分别装满NH3和HCl气体的圆底烧瓶，水槽，导气管，止水夹，胶头滴管，紫色石蕊试液。
3.3 ?实验装置图
实验装置图见图2[3]
3.4 ?实验步骤
将集满HCl和NH3的两只烧瓶按图2所示连接好，滴管内预先吸满水。实验开始时，关闭C水夹，先由滴管向烧瓶B内注入少量水，由于烧瓶B内产生负压，造成A瓶内的HCl进入B瓶内，NH3遇HCl气体会产生大量白烟。然后立即打开C水夹，此时烧瓶A中出现喷泉，颜色由紫色变为红色，同时烧瓶B中也出现蓝色喷泉。
3.5 ?教学反思
以上的创新方法不仅有利于引导学生学以致用以及思维的创新，而且有助于对喷泉实验原理的理解上升到一定高度，同样还可以把喷泉实验设计成如表1所示的6种颜色[ 3 ]。
这样会进一步开阔视野，能更充分调动学生主观学习的积极性，培养学生的独立思维能力，提高学生的观察、分析和探究能力。
4 ?探索性、创新性实验
必修1专题2实验“金属钠跟水反应”的演示实验，在平常的教学中，由于钠与水反应非常剧烈，实验持续时间短，常伴有轻微的爆炸，不够安全，且也没法直观地观察到这个反应中有气体生成（虽然有嘶嘶的声音，但由于在班级这个比较大的空间里，处于后排的学生一般都听不清）。由于这个实验存在着上述的一些缺陷，于是就有了以下的创新。
4.1 ?实验原理
2Na+2H2O=2NaOH+H2↑
4.2 ?实验药品及仪器
一根大试管，长导管，金属钠，酚酞试液。
4.3 ?实验装置图
实验装置图见图3。
4.4 ?实验步骤
拿一根大试管，装入约3/4体积的酚酞溶液。将一小块金属钠（Na）插入试管中，并立即用玻璃尖塞子拧紧喷嘴。实验现象：浮、熔、游、红（红色的喷泉）。
4.5 ?教学反思
钠与水反应释放氢气，迫使溶液通过顶端形成一个红色的喷泉。实验中的浮、熔、游、红等现象学生照样可以观察到，他们还可以观察到试管中有液体喷出，结合老师的引导得出反应中有气体生成，这为后面学习喷泉实验做铺垫。
中学化学实验不仅可以在创新方面做研究，还可以致力于新的化学实验的设计。如：有条件的学校可以设计一些学生选作实验，实验的内容不应受教材的限制，要具有趣味性和探索性，有利于学生容易地记忆知识，同时拓宽知识的范围。例如，在学习了淀粉和葡萄糖之后，老师们可以安排家庭实验来制作自己的甜酒。这个实验看起来很简单，但用教科书的知识是做不到的。学生通过获取数据、相互合作等方式，经过反复尝试完成实验。在课堂上讨论实验的时候，不仅加深了自己的知识，也尝到了探索、创造、成功和失败的痛苦。
化学实验在化学教学中的地位和作用十分重要，由于有些实验方法存在不完善的地方，因此化学教师在教学過程中应加强对化学实验教学的改进和创新。在不影响实验现象的前提下，努力提高化学实验教学水平和质量。在今后的工作中，进一步注重联系生产与生活实际，继续发展创新实验的探究，开发绿色化学实验，创设微型实验和家庭小实验。实验的改革和创新的脚步不能停，只有不断地完善，才能达到更好的教学效果。
参考文献：
[1]徐明波，吕洪杰.浅谈高中化学创新实验设计[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2013，33（3）：77-79.
[2]梁天真. 关于高中化学实验创新教学设计与实施的研究[D].天津：天津师范大学，2009.
[3]钟志健.“喷泉实验”教学的三维设计[J].化学教学，2011（2）.
