摘 要：化学实验创新设计是化学实验教学改革的重要途径，在全面理解化学实验创新设计内容的基础上进行化学实验的创新设计，才能更好地展现化学学科魅力，才能更有助于化学教育教学，才能更有利于培养学生的创新思维、创新能力和创新精神。结合多年实践、探索的具体案例，从化学物质的选取及化学反应原理的创新、仪器装置的创新、操作技术的创新、设计理念的创新四个方面对化学实验创新设计的内容做了初步阐述，对化学实验创新设计做了一些思考。
关键词：化学实验；创新设计；实践；思考
化学是一门以实验为基础的自然科学，这就决定了化学实验在化学教育和教学中不可替代的地位。在当前的化学实验教学中，许多老师往往把注意力集中在教材水平的探究上，即便有所改进，学生所受到的教育仍侧重于对某种仪器装置的认识和基本操作的掌握。实验本应是化学教学的灵魂与魅力所在，但由于我们对化学教育的缺位，中考、高考中花样翻新的种种实验装置设计题的诱因，实施过程中许多化学教师认为“黑板实验”并无不可。这样的现状使得化学实验教学的改革举步维艰，更谈不上对化学实验进行创新设计，尽管在这方面确有部分老师在进行实验的改进或创新，其内容仍停留在仪器装置的改进或创新的片面理解上，一些固有的思维模式束缚着广大化学教师创造力的发挥，对于学生创新思维、创新能力、创新精神的培养更是大打折扣。笔者结合多年的实践，对化学实验创新设计的内容进行了探索，总结了一些案例，做了一些思考。不当之处，敬请广大同行进行批评、斧正。
一、化学实验创新设计的内容及案例
化学实验创新设计的内容主要包括化学物质的选取及化学反应原理的创新、仪器装置的创新、操作技术的创新、设计理念的创新等。
1.化学物质的选取及化学反应原理的创新
学习或探究的目标决定了化学物质的选取和化学反应原理的应用，选取不同的物质或材料、应用不同的反应原理，其实验的教育价值是不一样的。
[案例1] 九年级化学上册绪言课，多数老师采用演示趣味化学实验，如“烧不坏的手帕”，可将手帕改为纸币，更能激发学生的好奇心和求知欲，更能巩固和发展学生的兴趣。
[案例2] 实验室制备氯气，教材用浓盐酸与二氧化锰加热制备，可将二氧化锰改为常见氧化剂，如高锰酸钾、氯酸钾等，不用加热便可直接制取。
[案例3] 实验室制备氨气，教材用氯化铵和碱石灰的混合物加热制备，应用不同的原理有不同的制备方法，如，加热浓氨水法、氨水加生石灰法、氮化镁双水解法等。
2.仪器装置的创新
根据实验所用到的相关物质的化学和物理性质、化学反应的原理以及实验进行的条件，使用什么样的装置也就大致确定了。仪器装置的创新是化学实验创新设计中老师们探讨得比较多的一个方面。主要包括常规仪器的多功能使用、生活替代品简易仪器装置的设计、微型仪器、成套仪器、新型仪器等。
[案例1] 2011年的高考，以三颈瓶为主的成套实验改进装置频频出现在各地的高考试题中，如，江苏高考题中用硝酸氧化淀粉水解液制备草酸的装置（如图1所示），再如浙江高考题中由二苯基经乙酮氧化制二苯基乙二酮（如图2所示），北京高考题中探究SO2与可溶性钡的强酸盐能否反应生成白色BaSO4沉淀（如图3所示）。
[案例2] 测定摩尔盐（NH4）2Fe（S04）2·6H2O粗产品纯度的实验（已知其中含有Fe2（S04）3杂质）。方案一：抓住了NH4+，并把它转化成了可测定的物质NH3，然后设计了（如图4、5所示）理想的实验装置，测生成的氨气的体积完成实验目的；方案二：通过测氨气的质量来完成实验目的（如图6所示）；方案三：还可以抓住Fe3+，用滴定法测定Fe3+的物质的量，从而求摩尔盐的纯度。（装置如图7所示）
3.操作技术的创新
如何安全、有序地完成实验决定于实验者所应具有的操作技术的规范程度。操作技术的创新包括反应条件的控制、反应用量的控制、表面技术应用与控制、数字技术应用与控制等。
[案例1] “吹出来的银镜”实验。教材银镜反应实验采用试管水浴加热，将试管改为圆底烧瓶，改变加热的方式为电热风加热，不但加热的方式变得简单，其实验的可视效果也大大增加。
[案例2] 钠与氯气反应的实验。教材采用集气瓶收集氯气，将钠放在石棉网上加热，再将集气瓶倒扣在石棉网上的操作，改用气袋收集氯气，把钠放在试管中加热，设计循环装置不断控制氯气进入试管的量，可以观察到钠在氯气中燃烧和停止燃烧的现象，既可以增加观赏性，又可以防止氯气泄漏污染环境。
[案例3] 铁与水蒸气反应实验。影响实验成功率及反应速率的因素主要是水蒸气的流速和反应温度，并且二者有着十分密切的关系，实验时要特别注意控制通过高温加热的装有石棉绒和铁粉的硬质试管时水蒸气的量，水蒸气的量太少和太多反应的效果都很差。
[案例4] 利用DIS数字化信息系统研究浓度对化学反应速率的影响的实验。用传统的实验方法，分四次（0.5 mol/L HCl、1 mol/L HCl、1.5 mol/L HCl、2 mol/L HCl分别与等量的大理石反应）进行实验，然后人工记录时间及产生的气体体积的数据，后绘制四条气体体积随时间的变化图象。通过先进的DIS数字化信息系统把原来分四次进行实验改为同时进行，利用压强传感器测定反应密闭容器内气体压强的变化，并在电脑上同时做出四条压强随时间的变化图象，记录数据、图象绘制均由计算机完成，既简单又准确。
4.设计理念的创新
化学实验的创新设计是一项系统工程，需要全面思考，不断实践，不断突破，不断改进，不断完善。设计理念创新包括科学、安全、节能、环保、经济、高效、简便、易控、美观、趣味化等。
[案例1] 新型简易微型原电池的制作。设计时突破关键性的三个难点，一是解决液态电解质流动性的问题；二是玻璃容器的局限；三是隔膜材料。设计制作时，将电解质溶液吸附在耐酸耐碱性能强的湿纸巾（超市购得），用隔膜（从废旧手机锂电池拆卸而得）将湿纸巾包裹起来，成片状，两个片状电极分别压紧在隔膜的两面，用导线连接即可构成一个新型的微型原电池（如图8）。这一简易原电池的特点是体积小，厚度薄，结构简单，组装容易、安全，原料易得，药品用量少，同等条件下电流强度更大、更稳定，适合多种原电池的组装探究。
[案例2] CO还原CuO的环保型实验。如图9所示，用胶头滴管将适量NaOH溶液加入尾气袋，将适量澄清石灰水加入具支试管中，同时连接玻璃导管及单孔橡皮塞，把氧化铜玻璃管和具支试管固定在铁架台上，用橡皮管将氧化铜玻璃管、具支试管、尾气袋连接，最后将CO气袋一端与氧化铜玻璃管连接，另一端与尾气袋末端连接。
设计特点：CO气体排出反应和回收使用操作简单，安全性高；整套装置密闭、循环，未反应的CO气体可回收利用，利于环保，经济效益高；玻璃导管内附着的氧化铜层表面积大，CO气体还原效果较好；实验完毕，玻璃导管如铜棒，可见度大，便于观察；CO还原CuO的时间约1～2分钟，所需时间短，速度快，实验高效。循环设计源于绿色化学理念，氧化铜管制作应用了表面化学反应原理，操作技术易于控制。
二、化学实验创新设计的思考
1.化学实验创新设计的关键是化学物质的选取及化学反应原理的创新
但这一内容往往被多数化学老师忽视，多数老师的视野仍停留在教材和教参上，因而仪器装置的创新仍是当前化学实验创新设计的主流。不过我们有理由相信，随着新课程的实施和推进，随着化学实验教学改革的进一步深化，当我们从化学实验教学评价中走出来时，越来越多的化学老师将会把目光集中到化学实验创新设计的源头上来。
2.操作技术创新给广大化学教师和化学实验人员的专业素养提出了全面的要求
实验设计或教学中，我们发现大多数老师重视了实验操作步骤规范化的讲解，忽视了实验过程中操作的灵活性、应变性、控制性、系统性要求。
3.实验设计的理念创新给广大化学教师和化学实验人员专业带来了不断的思考
设计实验时要更多地关注实验的科学与安全、节能与环保、经济与高效、简便与易控、美观与趣味等，尽可能将我们的思维紧紧地与科学教育、安全教育、环保教育、品德教育、审美教育、兴趣培养联系起来，落实好绿色化学、表面化学等化学学科理念和化学学科新技术的教育。
4.与高考的关系
总之，化学实验的创新设计是提高化学教育教学水平和质量必不可少的环节，同时也是我们每个化学教师或化学实验人员在化学教学中都应该不断实践和不断思考的问题。我国著名化学家戴安邦先生曾经说过：“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”我们在实验教学中，不仅要重视演示实验的示范作用，更要重视实验的改进和创新设计。
（作者单位 贵州省毕节市金沙县逸夫中学）
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