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谈谈高中化学演示实验的优化策略
浙江省宁波市镇海区龙赛中学 武玉强 315201
【摘 要】化学实验教学是化学学科的灵魂，是一种复杂而又目标明确的认知活动。其中演示实验使学生获得必要的感性认识材料，进而通过教师的引导启发，学生积极思维，达到认识化学事实，形成化学概念，增强学生学习化学兴趣的目的。本文结合新教材部分实验的优化案例，分析了演示实验的优化策略。
【关键词】演示实验 优化 策略
“化学实验有助于激发学生学习化学的兴趣，创设生动活泼的教学情景，帮助学生理解和掌握化学知识和技能，启迪学生的科学思维，训练学生的科学方法，培养学生的科学态度和价值观，对全面提高学生的科学素养有着极为重要的作用”。这是《高中化学新课程标准》对化学实验教学功能的定位。苏教版必修教材将实验相关活动设置成“活动与探究”、“观察与思考”两个栏目。这种实验呈现方式虽未规定哪些是学生实验，哪些是演示实验。但新课标要求学生经常做实验，教师在教学中也应尽量开设学生实验和边讲边实验，以提高学生的动手率。然而，多数实验最终仍会以最生动、最有效的直观教学方式--演示实验的形式呈现。因此充分优化演示实验方案，提高演示实验效率，是化学教学工作者始终值得探索的问题。下面谈谈化学演示实验的优化策略。
一、演示实验优化之与化学课程目标同步策略
传统演示实验设计重点在于知识层面和操作技能层面。而新课标下的演示实验设计要培养学生的知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观。要求从学习者角度进行考虑，挖掘实验的多重价值，优化设计策略是：在知识层面，打破书本框架，弄清设计的原理、操作的道理，重新设计实验；在操作技能层面，提高实验可观察性；在情感、态度、价值观层面，体现环保、探究、主动交流和生活化策略。优化某些演示实验，提高可观察性方面：如化学2：P42自制氢氧燃料电池，可在原装置基础上，于发光二极管两边并连音乐贺卡，不仅有光，还有声音；化学2：P71制备乙酸乙酯，可滴加酚酞试液，水层红色，酯无色，或者用亚甲基兰染色，水层蓝色，酯层红色，更易区分水层和酯层。
二、演示实验优化之绿色环保策略
绿色环保策略就是不使用有毒，有害物质，不产生废弃物，最终实现污染物的零排放。通过演示绿色化的实验向学习者传递热爱自然，珍惜环境的思想。
例如设计化学反应的热效应演示实验时，可用碳酸氢铵与氢氧化钙反应代替氯化铵与氢氧化钡反应，避免了使用有毒的钡离子；钠在氯气中燃烧演示实验，在玻璃棉上放钠，在集气瓶内放瓶盖，盖内放氯酸钾，滴加浓盐酸，氯气随制随用，且量少。避免用大装置制氯气导致的扩散；铜与浓、稀硝酸反应，用针筒实验，在密封容器中进行，避免氮氧化物污染大气等。
三、演示实验优化之探究式教学策略
探究教学是学生在教师的引导下，将科学领域的探究引入课堂，让学生经历与科学工作者相似的过程，得到科学和技能，体验探索的乐趣，领悟科学思想及精神的特殊教学方法。
变教师演示实验为师生合作探究活动，教师做周密的教学设计、精心组织与策化。例如：教学演示二氧化硫通入溴水的实验
学生活动：观察现象，判断溶液中发生了氧化还原反应，推测可能反应。
教师引导：如何验证产物？
师生讨论：推测溶液中可能有SO42-和Br-。
师生探究：，设计实验方案，实验验证：分取两份反应后溶液，向其中一份滴加BaCl2溶液和稀盐酸，向另一份滴加AgNO3溶液和稀HN03。
师生交流：溶液中存在SO42-和Br-，证明S02+Br2+2H2O=H2S04+2HBr，S02体现还原性。
教师引导：S02可否与其它氧化剂反应？设计实验证明发生的反应。
师生探究：选择试剂、讨论方案、实验探究。
师生交流：S02可与氯水、碘水、高锰酸钾溶液等反应，体现较强的还原性。
教学中，学生经历了观察现象、提出假设、拟订方案、实验验证、理论分析、再实验验证、归纳结论的过程，自主获得了S02具有还原性的结论。突出教师主导下的学生主体探究，使学生在积极的情感体验中获得知识和科学方法，并养成严谨的科学态度。
四、演示实验优化之主动交流策略
主动交流策略的知识目标是让学生在讨论中获取知识。情感目标是让优秀的学生获得成功的体验，从而产生进一步认知的需要；给 “学习困难”的学生一种集体的“归属感”， 让他们得到老师和同学的关注，得到平等参与的权利。
教学中变演示实验为师生合作探究交流活动。例如：演示铁化合物和亚铁化合物相互转化。
试剂：0.1mol·L-1 FeCl3 溶液、0.1mol·L-1 FeSO4 溶液、新制氯水、铁粉、KSCN溶液
要求：1、根据氧化还原基本原理，提出有关铁化合物和亚铁化合物相互转化条件的假设。
2、 设计铁化合物和亚铁化合物相互转化的实验方案，进行实验，并且记录现象。
以实验一：Fe2+ → Fe3+为例：
教师提问： Fe2+ → Fe3+需要氧化剂，上面哪些试剂符合这一要求呢？
讨论回答： 新制氯水或稀硝酸
学生设计： 向盛有1mL 0.1mol·L-1 FeSO4 溶液试管中，加入几滴新制的氯水，振荡试管，再向试管中加入3 滴KSCN 溶液，观察实验现象。
教师引导：学生在教师的指导下完成演示实验探究。
学生描述：加氯水振荡后，溶液的颜色由浅绿色变为棕黄色，再加入KSCN 溶液，溶液由棕黄色变为血红色。
师生交流：反应方程式：2Fe2++Cl2══2Fe3++2Cl- Fe3++3SCN-══Fe(SCN)3
这个设计利用了氧化还原的知识，在整个实验过程中溶液颜色的变化比较明显。但有的学生设计的实验方案与上述方案有差异,结果出现了不同的现象:
学生甲的方案是:向盛有1mL 0.1mol·L-1 FeSO4 溶液的试管中，加入2ml新制的氯水，振荡试管，再向试管中加入3 滴KSCN 溶液，观察实验现象,结果与上述现象不同,是看到溶液由浅绿色变成棕黄色,加入KSCN后出现血红色,一段时间后红色褪去.
学生乙的方案是: 向盛有2ml新制的氯水的试管中加入3 滴KSCN 溶液,振荡试管,再向试管中加入1mL 0.1mol·L-1 FeSO4 溶液，观察实验现象,结果只看到溶液变成棕黄色,并没有出现血红色.
师生交流:①猜想为什么会出现上述不同现象?②如何设计实验证明你的猜想?
教师通过创设实验探究、交流氛围, 使学生兴趣盎然。不仅让学生体验了探究的乐趣,更让学生体验了交流和成功的喜悦。
五、演示实验优化之联系生活策略
化学教学源于生活实践，也要重新回归生活实践。实验设计紧密联系生活能够激发学生调用生活中已经形成的知识，实现知识的正迁移。
例如化学1：P51碳酸钠溶液洗铜片上的油渍，将沾满油渍的铜片放入碳酸钠溶液中加热，洗涤。联系生活中用到碱性洗涤剂。化学2：P42用生活用品制化学电池，如用白醋，柑桔，橙子制简易电池，适合学生课外探究。
六、演示实验优化之简化策略
简化策略就是简化实验装备，达到直观、明显、省时、安全的目的。如将氯化钠溶液滴在铁片上，再滴入一滴酚酞试液，可观察到液滴的外围先变红色。由此说明吸氧腐蚀的发生。
再如设置氯气性质实验可在玻璃片中央放置氯酸钾晶体，四周放置各种反应物。在氯酸钾晶体上滴加几滴浓盐酸，立即盖上表面皿，构成气室，观察现象。实验完毕，向气室内放入一团浸润氢氧化钠的棉花，吸收多余氯气。

这些实验，操作简单，现象明显，不仅可以增强学生学习化学的兴趣，而且可以巩固学过的化学知识。

七、演示实验优化之组合策略
组合策略就是把多步实验合在一起同时进行，或在实验设计中将若干个小实验合在同一实验中完成。这样不仅可以节约操作时间，还能减少实验污染。如图是氯气制备和性质检验的装置。

八、演示实验优化之微型化策略
 将传统演示实验微型化，再对可见度较小的实验装置，采用多媒体投影设备，放大到足以让全体学生看得见。这样避免了为增强实验可见度而动用较大仪器、使用大量药品进行实验的做法。这就是演示实验的缩小与放大策略。例如比较镁和锌与盐酸的反应速率的差异，可采用投影实验。
钠在氯气中燃烧演示实验，在玻璃棉上放钠，集气瓶内放瓶盖，盖内放氯酸钾，滴加浓盐酸，避免大量制氯气导致扩散和污染。
九、演示实验优化之应用现代信息策略
现代信息技术是借助以微电子学为基础的计算机技术和电信技术结合而形成的手段，对声音、图像、文字、数字和各种传感信号的信息进行获取、加工、处理、储存、传播和使用的能动技术。它包括计算机技术、通信技术、传感技术、微电子技术等。如演示实验教学中适时用多媒体动画模拟技术、实物投影仪技术、摄像剪辑技术、数字化技术等都将给实验教学带来意想不到的特殊效果。
十、演示实验优化之重点突出性策略
演示实验的安排和设计是为了解决化学问题中的重点或难点。使学生得到清晰而明确的化学情景。如果层次不分明，细节不回避，就会喧宾夺主，事倍功半。因此，必须排除次要因素和干扰因素，突出反映本质的主要因素。如铜、锌和稀硫酸构成原电池的实验，锌极板上产生氢气就很容易使学生产生误解。为此可将锌板用硝酸汞浸泡，利用氢气在汞上析出时有较大的过电位的原理，消除了这一干扰因素，有效地突出了实验现象，收到了较好的效果。
十一、演示实验优化之有序性策略
演示实验的最终目的是要通过演示，引导学生观察、分析、记录并启发思维、发展学生认知能力。演示实验一定要设计好演示程序，按实验现象的产生和变化过程，推进思维发展。例如向氯化铝溶液中滴入氢氧化钠溶液时，先产生白色沉淀，后沉淀消失。如加入氢氧化钠溶液过量，就难以观察到白色沉淀的产生。因此，这样的实验不仅要求顺序合理，而且要求控制药品用量。再如测定碳酸钠溶液的酸碱性，如果先分析碳酸钠溶液显碱性的原因，再做这一实验，那么实验的功能就降低许多。由此看来，注重演示实验的有序性，可以最大限度地发挥演示实验的应有功能。
十二、演示实验优化之观察与讲解策略
要达到演示实验的预期效果，演示时必须把观察与讲解相结合，以讲解来指导观察，引导思维。以观察来推动思维的发展。讲解应详略得当，总结要简明扼要，观察要抓住重点深入分析。例如银镜反应是含醛基化合物的特征反应，该反应方程式的书写是一个难点。而实验中产生银镜这一现象，对学生来说有极大的吸引力，如不能很好地结合观察后的讲解，就容易失去这一培养学生思维能力的大好时机。因此，完全可以通过以下的讲解突破教学难点：既然产生了银，说明银元素发生了还原反应，因此乙醛必然被氧化，而乙醛的氧化产物只能是乙酸。由于银氨溶液中的银元素被还原，氨分子必然释出，乙酸和氨分子必然结合成乙酸铵，此外还应有水生成。这样通过实验和讲解，学生对这一反应必然印象深刻，记忆牢固。
十三、演示实验优化之教法匹配性策略
教师要善于挖掘实验素材，针对实验的每个环节，创设问题情境，多设疑置疑，激发学生的参与意识，让学生带着问题观察、思考和回忆。同时教师应结合学生的认知能力，针对不同的演示实验应有不同的教学方法与之相匹配，从而达到演示实验的最佳功效。如比较、分析与推理方法在下列演示实验中的应用。必修教材中钠与水的反应，观察到的现象①钠浮在水面上。②钠熔化成小球。③小球向各方向迅速游动，逐渐变小最后完全消失。④用试管采用排水法可收集到无色气体。⑤将试管移到酒精灯火焰上有很小的响声。⑥滴有酚酞试液的水变成了红色。针对上述现象，教师应引导学生进行分析，从而得出以下初步的结论①钠的密度比水小。②钠与水反应放热且钠的熔点比较低。③表明钠与水完全发生了化学反应。④钠与水反应生成了无色气体，该气体在水中的溶解度较小。⑤该气体能燃烧。⑥钠与水反应生成了水溶液显碱性的物质。 这些初步结论，虽然并不孤立，但仍比较零散，无法揭示出钠与水反应的最本质的特征。为此需要对每一个初步结论作进一步的比较、分析和推理、从而得出最后的结论。事实上，能作为判断钠与水反应的最有力的依据是④、⑤和⑥。根据对氢气的认识和④、⑤可判断出生成的气体是氢气。根据⑥和氧化还原反应的规律，可判断出另一种产物为氢氧化钠。至此可得出总的结论即钠与水反应生成了氢氧化钠和氢气，化学方程式如下： 2Na + 2H2O =2NaOH + H2↑ 通过以上分析和推理，学生的思维能力得到锻炼，这种对感性认识材料进行“加工处理”的方法也会给学生留下深刻的印象。 
十四、由优化演示实验引起的反思
戴安邦教授指出：“化学实验是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式。”加强实验优化教学，是充分落实演示实验功能的重要举措。在演示实验优化设计中，将知识与技能、过程与方法、情感态度和价值观列入教学目标；将实验与生产、生活实际相结合；在操作过程中，加强安全防护，运用无毒害的药品，实现绿色化学理念。在装置优化上以简洁、直观、明显、省时为目标。在教学方法上选择灵活多样的 在评价过程中，按照知识、能力相结合的要求激发探究意识，开拓创新思维。使演示实验成为运用化学原理，汲取科学知识，领悟科学方法，提升思维水平，养育化学素养的重要载体。优化演示实验的目标就是让学生能更好的感知实验，实现自我体会、自我感悟，获得启迪。
参考文献
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