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：放大、持續和轉換，為教師進行實驗創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，充分發揮實驗在培養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時間短甚至無明顯現象，阻礙了實驗所發揮的獨特作用。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，為教師進行實驗創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，觀察發生的現象（魯科版《化學1》第77頁）。

這個實驗的傳統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，提升看不夠的反應現象的清晰度

有些實驗的現象持續時間很短，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，消除常規教學的“耳聽為虛”，用實驗來激發學生的探究熱情。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。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？（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，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發出生動、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、持續和轉換等設計技巧，開發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，穿插啟發性問題，激發學生的探究興趣，真正達成“發揮實驗在培養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？（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，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發出生動、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、持續和轉換等設計技巧，開發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，穿插啟發性問題，激發學生的探究興趣，真正達成“發揮實驗在培養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？（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，目的是提煉出可借鑒、推廣的設計技巧，幫助教師開發出生動、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、持續和轉換等設計技巧，開發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，穿插啟發性問題，激發學生的探究興趣，真正達成“發揮實驗在培養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.