歸類解析教材中提升反應現象清晰度的實驗設計

吳朝輝

摘要：化學實驗對于化學教學有獨特作用，清晰的反應現象又是發(fā)揮實驗獨特作用的重要保證。文章以化學教材實驗為原型，歸納整理出提升反應現象清晰度的設計細節(jié)：放大、持續(xù)和轉換，為教師進行實驗創(chuàng)新提供可借鑒的設計技巧。

關鍵詞：教材實驗；反應現象；實驗設計；化學實驗教學

文章編號：1005–6629（2014）9–0055–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題提出

《普通高中化學課程標準（實驗稿）》提出：實驗對于實現高中課程目標具有不可替代的作用；鼓勵學生通過實驗學習化學知識與技能[1]。因此，教學必須組織和運用好各種化學實驗，充分發(fā)揮實驗在培養(yǎng)學生思維能力過程中的獨特作用[2]。筆者認為清晰的反應現象是發(fā)揮實驗獨特作用的重要保證，因為觀察反應現象是實驗教學的起點、開啟學生思維的開關。但是部分實驗的反應現象微弱或持續(xù)時間短甚至無明顯現象，阻礙了實驗所發(fā)揮的獨特作用。如何提升反應現象的清晰度？筆者查閱了多套化學教材中的實驗內容，梳理其中為提升反應現象清晰度而精心設計的細節(jié)，為教師進行實驗創(chuàng)新提供可借鑒的設計技巧。

2 歸類解析提升反應現象清晰度的實驗設計

2.1 通過放大，提升看不清楚的反應現象的清晰度

有些實驗的現象過于微弱，不利于觀察和收集，或者只能惠及少數學生，教材通過放大反應現象，提升反應現象清晰度。如檢驗不飽和烴的溴水改用溴的四氯化碳溶液，通過增加溴的濃度，放大反應前后的顏色對比，讓學生看明白反應現象。

實驗1：分別在兩個集氣瓶中滴入幾滴濃氨水和濃鹽酸，蓋上玻璃片，如圖放置（口對口豎直放置，筆者注），然后抽去中間的玻璃片，觀察發(fā)生的現象（魯科版《化學1》第77頁）。

這個實驗的傳統(tǒng)做法是用兩根玻璃棒在濃氨水或濃鹽酸里蘸一下后靠近。因為玻璃棒蘸取的試劑量很少，生成的NH4Cl很少，所以白煙很微弱。通過略微增加HCl、NH3量的方法，放大NH4Cl的生成量，產生大量白煙。

實驗2：將鋁片剪成長5～8cm、寬0.2～0.3cm的鋁條，繞成螺旋狀，一端繞緊一根火柴。實驗時，用坩堝鉗夾緊鋁條的另一端，點燃鋁條上的火柴，待火柴快要燃燒完時，將鋁條伸入盛有氧氣的集氣瓶（瓶底盛少量水）中，觀察現象（蘇教版《實驗化學》第21頁）。

由于會生成致密的氧化物保護膜，阻礙內部的鋁與氧氣繼續(xù)反應，所以鋁與氧氣反應一般很微弱。鋁在純氧中燃燒，通過加快了反應速率、放大反應物的量，提升反應現象清晰度。

2.2 通過持續(xù)，提升看不夠的反應現象的清晰度

有些實驗的現象持續(xù)時間很短，學生必須高度集中注意力才能觀察清楚。另外，當學生聽完教師分析后進行求證時，實驗現象已經消失。教材通過實驗設計，使反應現象持續(xù)清晰呈現，讓學生看個夠。

實驗3：向A、B、C三支試管中分別加入等體積5%的H2O2溶液，再向試管中分別加入2～3滴洗滌劑。向試管A中加入2～3滴FeCl3溶液，向試管B中加入少量MnO2粉末，C試管留作比較用。觀察、比較三支試管中發(fā)生的實驗現象，并試著分析導致實驗現象差異的原因（蘇教版《化學反應原理》第38頁）。

實驗4：在兩支試管中分別加入3 mL稀鹽酸，將兩個各裝有0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小氣球分別套在兩支試管口。將氣球內的Na2CO3和NaHCO3同時倒入試管中，觀察反應現象（人民教育出版社化學室編著全日制普通高級中學教科書《必修1》第32頁）。

兩個實驗需要通過產生氣泡的快慢來完成探究目的，但氣泡持續(xù)時間短，反應現象不清晰。實驗通過洗滌劑的泡沫、氣球的膨脹延長了現象的呈現時間，引導學生持續(xù)觀察和思考。

2.3 通過轉換，提升看不到的反應現象的可見度

部分實驗，其主要過程沒有明顯現象，必須挖掘伴生的潛在變化，提升反應現象的可見度，完成預設的實驗目的。如酸堿中和滴定，中和反應沒有現象，通過加入指示劑（利用酸堿性變化）提升反應現象可見度，實現反應的精確控制。

實驗5：向0.01 mol·L-1 Ba（OH）2溶液中滴入幾滴酚酞溶液，按圖1接連裝置，然后向Ba（OH）2溶液中滴加0.2 mol·L-1 H2SO4溶液，觀察溶液中的現象和電流表指針的變化（魯科版《化學1》第43頁）。

這個實驗改編自高級中學課本《化學》（人民教育出版社，1995年第2版）第一冊第89頁的習題。魯科版教材將其“扶正”，是為了實現抽象問題具體化，消除常規(guī)教學的“耳聽為虛”，用實驗來激發(fā)學生的探究熱情。通過紅色褪去、白色沉淀、電流表讀數變小這三個清晰的反應現象，實現對Ba（OH）2與稀硫酸反應實質的探究，并且降低了從復分解反應到離子反應的思維坡度。

實驗6：向干燥的錐形瓶中加入約20g NH4Cl晶體。在一小木塊上灑少量水，將錐形瓶放在木塊上。再向其中加入約40g氫氧化鋇晶體[Ba（OH）2·8H2O]，用玻璃棒將固體充分混合均勻，靜置。片刻后拿起錐形瓶，觀察實驗現象（蘇教版《化學反應原理》第43頁）。

實驗7：在一支試管中加入2～3mL 6 mol/L的鹽酸，再插入砂紙打磨光的鋁條。觀察現象，并用溫度計測量溶液溫度的變化（人教版《化學2》第33頁）。

眼睛看不到能量變化，所以實驗將能量變化轉換成水結冰、溫度計溫度升高，提升反應現象的可見度。但筆者認為還有不足：實驗6藥品用量偏大；實驗7的溫度計讀數只宜“近觀”且不能持續(xù)。因此，筆者除了讓部分學生觸摸外壁來感知外，又借助紅外測溫計測量反應前后的溫度，通過其液晶屏上顯示的溫度，提升反應現象的可見度，還能大幅度減少實驗6的藥品消耗。

實驗8：在試管中加入3～5 mL Na2SiO3溶液（飽和Na2SiO3溶液按1：2或1：3的體積比用水稀釋），滴入1～2滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐滴加入（0.2 mol·L-1為宜，筆者注）稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺并接近消失時停止。靜置。仔細觀察變化過程及其現象（人教版《化學1》第76頁）。

實驗9：在一只清潔干燥的小燒杯中加入約2 mL濃硫酸，放入一小團（約0.1g）脫脂棉，用玻璃棒充分攪拌，形成淡棕色黏稠液體。然后再加入約3 mL水，攪拌后將一半溶液轉入一支大試管中?！谏鲜龃笤嚬芾锏渭託溲趸c-碳酸鈉混合溶液，直到無氣泡產生為止（蘇教版《化學與技術》第52頁）。

實驗8中必須控制好鹽酸用量，才能制得在短時間內就會凝聚的硅酸溶膠。如進行丁達爾實驗，可用0.1 mol·L-1的鹽酸快速滴加至紅色褪去，可得到能較長時間穩(wěn)定存在、經過較長時間放置后才會凝成凍膠的硅酸溶膠[3]。實驗9必須將溶液中和至堿性才可能檢驗葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示劑，提升反應現象的可見度，同時能控制H2SO4、NaOH的用量。

筆者認為，轉換設計法要根據實驗特點，從氣壓、酸堿性、電流（離子濃度）和顏色4個角度進行。另外，在某些實驗中需要多種設計手法的協同使用。

實驗10：按圖2連接裝置進行實驗，電流表的指針發(fā)生偏轉。這一現象對你認識金屬鋅與CuSO4溶液反應的實質有什么啟發(fā)？（魯科版《化學1》第50頁）。

電子轉移是瞬間完成的微觀過程，實驗通過原電池裝置將電子轉移轉換為持續(xù)的電流，學生根據電流方向、石墨上的銅探究反應的電子轉移，水到渠成地得出氧化還原反應的本質。

實驗11：向還原鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內壁分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的兩支具支試管（支管連接導管并伸入裝有水的試管，用止水夾夾住橡皮管，筆者注）。幾分鐘后，打開止水夾，觀察、比較導管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現象（蘇教版《化學反應原理》第23頁）。

實驗在放大（增大接觸面積、加入紅墨水）、轉換（顯示試管內氣壓變化）的兩個效應的協同作用下，提升了鐵電化學腐蝕這一微弱現象的可見度。

3 設計技巧的遷移應用

梳理實驗中為提升反應現象清晰度的設計細節(jié)，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發(fā)出生動、實用的化學實驗。如：檢驗溴乙烷中的溴原子，須加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性，可加入酚酞作指示劑控制HNO3用量。

總之，教師要樹立實驗意識，利用放大、持續(xù)和轉換等設計技巧，開發(fā)出反應現象清晰的化學實驗，讓學生能夠“眼見為實”，減輕思維負擔。同時，教師也可以依據清晰的現象，穿插啟發(fā)性問題，激發(fā)學生的探究興趣，真正達成“發(fā)揮實驗在培養(yǎng)學生思維能力過程中的獨特作用[4]”。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗稿）[S].北京：北京人民教育出版社，2003：39～40.

[2][4]王后雄.新概念化學教學論[M].北京：北京大學出版社，2009：79.

[3]王祖浩，吳星主編.普通高中課程標準實驗教學參考書·化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2007：8.

實驗9：在一只清潔干燥的小燒杯中加入約2 mL濃硫酸，放入一小團（約0.1g）脫脂棉，用玻璃棒充分攪拌，形成淡棕色黏稠液體。然后再加入約3 mL水，攪拌后將一半溶液轉入一支大試管中?！谏鲜龃笤嚬芾锏渭託溲趸c-碳酸鈉混合溶液，直到無氣泡產生為止（蘇教版《化學與技術》第52頁）。

實驗8中必須控制好鹽酸用量，才能制得在短時間內就會凝聚的硅酸溶膠。如進行丁達爾實驗，可用0.1 mol·L-1的鹽酸快速滴加至紅色褪去，可得到能較長時間穩(wěn)定存在、經過較長時間放置后才會凝成凍膠的硅酸溶膠[3]。實驗9必須將溶液中和至堿性才可能檢驗葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示劑，提升反應現象的可見度，同時能控制H2SO4、NaOH的用量。

筆者認為，轉換設計法要根據實驗特點，從氣壓、酸堿性、電流（離子濃度）和顏色4個角度進行。另外，在某些實驗中需要多種設計手法的協同使用。

實驗10：按圖2連接裝置進行實驗，電流表的指針發(fā)生偏轉。這一現象對你認識金屬鋅與CuSO4溶液反應的實質有什么啟發(fā)？（魯科版《化學1》第50頁）。

電子轉移是瞬間完成的微觀過程，實驗通過原電池裝置將電子轉移轉換為持續(xù)的電流，學生根據電流方向、石墨上的銅探究反應的電子轉移，水到渠成地得出氧化還原反應的本質。

實驗11：向還原鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內壁分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的兩支具支試管（支管連接導管并伸入裝有水的試管，用止水夾夾住橡皮管，筆者注）。幾分鐘后，打開止水夾，觀察、比較導管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現象（蘇教版《化學反應原理》第23頁）。

實驗在放大（增大接觸面積、加入紅墨水）、轉換（顯示試管內氣壓變化）的兩個效應的協同作用下，提升了鐵電化學腐蝕這一微弱現象的可見度。

3 設計技巧的遷移應用

梳理實驗中為提升反應現象清晰度的設計細節(jié)，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發(fā)出生動、實用的化學實驗。如：檢驗溴乙烷中的溴原子，須加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性，可加入酚酞作指示劑控制HNO3用量。

總之，教師要樹立實驗意識，利用放大、持續(xù)和轉換等設計技巧，開發(fā)出反應現象清晰的化學實驗，讓學生能夠“眼見為實”，減輕思維負擔。同時，教師也可以依據清晰的現象，穿插啟發(fā)性問題，激發(fā)學生的探究興趣，真正達成“發(fā)揮實驗在培養(yǎng)學生思維能力過程中的獨特作用[4]”。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗稿）[S].北京：北京人民教育出版社，2003：39～40.

[2][4]王后雄.新概念化學教學論[M].北京：北京大學出版社，2009：79.

[3]王祖浩，吳星主編.普通高中課程標準實驗教學參考書·化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2007：8.

實驗9：在一只清潔干燥的小燒杯中加入約2 mL濃硫酸，放入一小團（約0.1g）脫脂棉，用玻璃棒充分攪拌，形成淡棕色黏稠液體。然后再加入約3 mL水，攪拌后將一半溶液轉入一支大試管中。……在上述大試管里滴加氫氧化鈉-碳酸鈉混合溶液，直到無氣泡產生為止（蘇教版《化學與技術》第52頁）。

實驗8中必須控制好鹽酸用量，才能制得在短時間內就會凝聚的硅酸溶膠。如進行丁達爾實驗，可用0.1 mol·L-1的鹽酸快速滴加至紅色褪去，可得到能較長時間穩(wěn)定存在、經過較長時間放置后才會凝成凍膠的硅酸溶膠[3]。實驗9必須將溶液中和至堿性才可能檢驗葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示劑，提升反應現象的可見度，同時能控制H2SO4、NaOH的用量。

筆者認為，轉換設計法要根據實驗特點，從氣壓、酸堿性、電流（離子濃度）和顏色4個角度進行。另外，在某些實驗中需要多種設計手法的協同使用。

實驗10：按圖2連接裝置進行實驗，電流表的指針發(fā)生偏轉。這一現象對你認識金屬鋅與CuSO4溶液反應的實質有什么啟發(fā)？（魯科版《化學1》第50頁）。

電子轉移是瞬間完成的微觀過程，實驗通過原電池裝置將電子轉移轉換為持續(xù)的電流，學生根據電流方向、石墨上的銅探究反應的電子轉移，水到渠成地得出氧化還原反應的本質。

實驗11：向還原鐵粉中加入少量的炭粉，混合均勻后，撒入內壁分別用氯化鈉溶液和稀醋酸潤濕過的兩支具支試管（支管連接導管并伸入裝有水的試管，用止水夾夾住橡皮管，筆者注）。幾分鐘后，打開止水夾，觀察、比較導管中水柱（在水中滴加幾滴紅墨水）的變化和試管中的現象（蘇教版《化學反應原理》第23頁）。

實驗在放大（增大接觸面積、加入紅墨水）、轉換（顯示試管內氣壓變化）的兩個效應的協同作用下，提升了鐵電化學腐蝕這一微弱現象的可見度。

3 設計技巧的遷移應用

梳理實驗中為提升反應現象清晰度的設計細節(jié)，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發(fā)出生動、實用的化學實驗。如：檢驗溴乙烷中的溴原子，須加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性，可加入酚酞作指示劑控制HNO3用量。

總之，教師要樹立實驗意識，利用放大、持續(xù)和轉換等設計技巧，開發(fā)出反應現象清晰的化學實驗，讓學生能夠“眼見為實”，減輕思維負擔。同時，教師也可以依據清晰的現象，穿插啟發(fā)性問題，激發(fā)學生的探究興趣，真正達成“發(fā)揮實驗在培養(yǎng)學生思維能力過程中的獨特作用[4]”。

參考文獻：

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[2][4]王后雄.新概念化學教學論[M].北京：北京大學出版社，2009：79.

[3]王祖浩，吳星主編.普通高中課程標準實驗教學參考書·化學1（必修）[M].南京：江蘇教育出版社，2007：8.