化学实验微型化、数字化教学实践与研究

摘 要： 化学是一门以实验为基础的自然科学，实验教学起到其他任何教学方法无法替代的作用。然而，新课改下化学实验往往因为实验药品有毒有害、难于体现实验原理等原因在实际课堂教学中被弱化，尤其是学生实验。作者就如何更好、更有效地开展化学实验进行微型化、数字化实践探究。

关键词： 化学实验教学 微型化 数字化

目前，笔者在厦门多所学校学生中投放了一份关于《实验探究活动开展情况》调查表，表中设置了课本实验教师完成情况、学生动手实验次数、分组实验课堂纪律等多个问题。从回收的问卷统计发现，在厦门的许多学校，让学生做实验困难重重。为什么？调查中，教师反映了以下几种情况：1.学校实验条件不好，进行不了。2.学生组织纪律差，不听话，难管。3.实验药品有毒、有害，危险性大。4.高考不考实验操作，讲实验、播实验视频、动画比做实验快，对高考得分更有帮助。5.传统部分实验存在一些难以解决的问题，做了等于没做，解释不清。

化学是一门以实验为基础的自然科学。在中学化学教学中，成功地进行实验教学在整个施教过程中起到非常关键的作用，实验教学对培养学生的科学素养、创造性思维，帮助学生认识和理解科学概念，都起到其他任何教学方法所无法替代的作用。

笔者结合自身教学实践，针对分组实验难进行、实验原理难从实验现象观察得出两个方面进行了探索。

一、微型化分组实验

分组实验是学生实验的主要方式，它是结合教材让学生更深入地观察、认识物质性质的重要途径，并能系统地培养学生的实验素养及独立工作能力。但是由于实验条件限制、学生纪律差、药品有毒等问题使得这种教学形式在本地区得不到有效实施。为解决此问题笔者尝试把部分分组实验改为微型实验。

微型化学实验基本特征是：（1）实验药品微量化，实验仪器微型化；（2）微型化学实验不是常规化学实验的简单缩微或机械减量，而是在微型化的条件下对实验重新设计与探索，达到以尽可能少的药品获取尽可能多的、更有效化学信息的目标，是在微型化的条件下对常规化学实验的创新性变革。

实践活动一：在进行浓硫酸性质教学过程中，学到浓硫酸的吸水性、脱水性时，教师布置实验：①取一根火柴，火柴头蘸浓硫酸，在空气中静置10秒。②另取一根火柴，把火柴梗蘸浓硫酸，观察现象。

学生个个争先恐后进行实验。通过实验观察到：①中火柴燃烧；②中火柴梗变黑。随后进行课堂讨论，最后总结出：①中浓硫酸吸水，过程放热，导致火柴头温度达到着火点，同时在空气中，有氧气助燃，因此燃烧起来。该实验体现的是浓硫酸的吸水性。②中火柴梗的材质为木料，变黑是发生炭化，此过程中H、O元素被浓硫酸夺走，仅剩下C元素，所以观察到变黑现象。该实验体现的是浓硫酸的脱水性。

实践活动二：在鲁科版《海水中的元素》的教学过程中，讲到卤素之间发生置换反应。传统教学采用试管发生反应，药品使用量大，卤素挥发严重，反应后溶液处理任务大。现改用白色点滴板进行实验（如右图）。实验现象明显，药品使用量小，操作简便，人人可动手，适于做随堂实验。

采用微型化实验教学，人人动手实验，方便了同学们观察实验，同时有利于激发学习兴趣、强化动手能力训练，强化化学实验教学中的素质教育和创新教育，全面提高学生科学素质，培养具有创新能力的人才。

二、数字化实验课堂

实验原理，体现化学思维，因此对实验原理的拓展，有利于训练学生的创新思维能力。对实验原理进行拓展，应该广泛考虑学科内外各部分知识之间的联系，综合运用各种实验思想和实验手段以达到好的实验效果。

数字化实验通过传感器实验设备将实验数据传入电脑，进行实验分析与探究。基于传感器的计算机实时数据采集和基于计算机数据处理软件的计算机建模和图像分析等技术是开展中学数字化实验课堂的两大技术支撑，利用数字化实验能更好地阐述原理，突破教学难点。

实践活动三：在《碳酸钠和碳酸氢钠的化学性质》活动探究中，①在试管中加入1～2mL碳酸钠溶液，向其中逐滴滴加盐酸，边滴边振荡。②在试管中加入1～2mL盐酸溶液，向其中逐滴滴加碳酸钠溶液，边滴边振荡。这两组实验现象从碳酸钠与盐酸分步反应原理（Na■CO■+HCl=NaHCO■+NaCl，NaHCO■+HCl=NaCl+CO■+H■O）来看应该会有不同，①开始时无气泡，继续加入，有气泡产生；②一加入马上有气泡。但实际操作时往往无法得到预期现象，故在阐述碳酸钠与盐酸反应原理时缺乏实验支持，只能让学生死记硬背。针对此情况，笔者采用数字化实验证明碳酸钠与盐酸反应过程。

实验药品：0.1mol·L-1Na■CO■溶液、0.1mol·L■NaHCO■溶液、2mol·L■盐酸

实验仪器：铁架台、烧杯、酸式滴定管、朗威DISLab6.0数据采集器及配套计算机软件、计算机、磁力搅拌器

实验装置如图：

实验现象如图：

图1 Na■CO■溶液中滴 图2 NaHCO■溶液中滴

加盐酸的曲线图 加盐酸的曲线图

碳酸钠和盐酸反应有两个突跃范围，而碳酸氢钠与盐酸反应只有一个突跃范围，如果将图1所示曲线与图2中第一次突跃后的曲线进行叠加，就能发现两者基本能重合。这充分说明了Na■CO■与HCl反应分两个阶段进行。

在教学活动中，为了实现预期目标，教师总是要采用一定的手段作用于学习主体，教学手段成为教学活动中不可缺少的组成部分。通过微型化、数字化实验教学手段，既锻炼了学生的实验技能，又培养了学生的自主探究、自我学习能力，完善了学生的思维品质，大大提高了学生实验水平，优化了高中化学实验教学效果。

微型化、数字化实验教学是针对教学中某些实验存在的问题而进行的创新性改革，是传统实验的继承和发展。我们的教材中有很大一部分传统实验具有深刻的教育意义，因此，我们应做好创新实验与传统实验的有机结合，使学生的实验操作、研究能力提升到更高层次，使实验教学更符合新课改的培养目标，更符合新时期的教育方针。

参考文献：

[1]李广艳.中学化学实验的发展趋势和学生的观察误区[J].中学课程辅导·教学研究，2012（15）.

[2]田长明.寻求突破——让传感技术改变化学课堂[J].中学化学教学参考，2013（9）.