浅议化学实验的设计
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【摘要】化学是一门以实验为基础的学科。加强化学实验教学，对于发展学生的能力，尤其是观察能力、创造能力和实践能力具有十分重要的作用。一个好的实验设计，能使学生通过有目的、有意识的实验操作，细致观察实验，实事求是地记录实验结果，勤于思考，乐于探索，反复质疑，从中学会思考，学会研究。
【关键词】化学实验 实验设计
Simple analysis of the design of chemistry experiment
Ma Qiqing
【Abstract】Chemistry is a discipline which takes experiment as the foundation. The enhancement chemistry experiment teaching has the extremely vital role for the development of student's ability, observes ability, creation ability and practice ability in particular. A good experimental design can enable the students through to have the goal consciously experiment operation, observe the experiment carefully, record the experimental result realistically, think frequently, be glad to explore, and question repeatedly. That would makes the students learn how to think and how to study.
【Keywords】Chemistry experiment Experimental design
如何利用化学学科的特点来引导学生掌握科学的思维方法和培养学生的创新意识、创新能力、创造能力，努力造就一代创新型人才是化学教育和化学教学中的一个很值得研究的现实问题。下面是我在实验教学实践中总结出来的一些实验教学经验，通过实验来培养学生的探究意识和实践能力的过程。
1．化学实验设计对学生的基础知识和实验技能的要求。
1．1 深刻理解化学基本理论的实验基础。化学学科中，任何理论（或假设）的提出、发展和完善，都以一定的实验事实作根据，如：原子结构理论中核外电子分层排布的实验根据是电离能的测定；原电池原理的实验根据是铜―锌原电池实验；某些有机物之间反应机理的确定是在实验中利用了示踪原子等。许多类似的实例道出了以下规律：实验事实→理论的建立（或假设的提出）→再实验→理论的发展和完善。这是人类在自然科学中发现真理、认识真理的过程。要让学生明白：化学家就是这样去认识化学世界的。
1．2 熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质的实验事实以及单质、化合物的制备原理和方法。化学实验是证实某物质是否具有某种性质的唯一手段。技校阶段的大部分化学实验都是定性实验，这些实验虽然简单，但确实可以培养学生透过实验现象（或实验数据）看清反应实质，进而推断物质的微观组成、结构与实验结果的相互关系。物质的制备原理是以物质的性质为基础的，某一物质的制备方法不止一种，但教材上采用的方法则是实验室中最常见的最好方法，熟悉了这些实验，在设计实验时就能够灵活选择实验原理。
1．3 能查阅、运用有关图表、数据和其它资料。
1．4 掌握技校化学常规实验手段，熟悉常见仪器的规格、用途及使用注意事项。常规实验手段是化学实验的基础，综合实验是常规实验的综合运用，即使那些高、精、尖的实验也离不开常规实验，因而教材中所有实验（包括教师的演示实验）都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手，一方面达到对常规实验操作（加热、蒸发、过滤、分液、称量、滴定、仪器的组装等）的熟练掌握，同时熟悉常见仪器的应用范围和使用注意事项。
2．化学实验总体观。任何一个化学实验都包含以下内容：
①实验目的；②实验原理；③实验设计；④实验药品、仪器、装置；⑤实验操作及操作规程；⑥实验结果的处理，这六个方面的内容可称为化学实验的六要素。实验目的是核心；实验原理是达到实验目的的理论根据；实验程序是能否完成实验的关键，它的设计以实验原理为基础；药品、仪器、装置是物质保证，这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的，同时对实验程序也起着制约作用；实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证，它的制定要由实验程序和实验用品来决定；实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验，在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析。
3．设立教学中的疑点，培养学生的创造性思维能力。学生的一切学习活动都离不开思维。化学实验的设计过程实质上是一个探索、创造的过程，对学生思维能力的要求层次较高，而技校生的思维活动还处于从经验型向抽象型过渡的阶段，这就要求教师设法加速这一转化，使学生的思维活动尽快趋于成熟，尽早地具备辩证思维的能力，同时培养出较好的思维品质。
创造性思维是人类最高层次的思维方法，一个人的创造能力的大小，既与他获得的遗传基因有关，也与家庭环境、社会环境等因素有关。从某种意义上说，更大的决定因素是他在学校所接受的教育及训练。在课堂教学中充分挖掘教材中的创造因素，根据学生的实际情况，恰当地提出问题，让学生思考，有意识地训练学生的创造性思维，对培养创新型人才无疑是大有裨益的。例如在教学二氧化碳的知识时，结合目前推广的大棚种植法，提问：①植物在进行光合作用时需要哪些物质？②大棚是密封的，其中二氧化碳的含量较小会影响植物的正常生长，怎样提高棚内二氧化碳气体的量？③棚内二氧化碳气体浓度过大，对植物生长会有什么影响？怎样降低棚内二氧化碳含量？通过提问、思考、交流，不仅使学生加深了对所学知识的掌握，还培养了学生的发散性思维，提高了应用知识和知识创新的能力。
在教学中，给学生布置一些含有一定创造性因素的问题有利于训练学生的思维能力和培养学生思维的敏捷性、变通性、批判性、深刻性和独创性。设计具有多种解法的习题，可以训练学生思维的敏捷性，使学生学会从多方位、多角度分析问题，纵观全局的思维方式。
例如：已知CS2（液体）在氧气中燃烧生成CO2和SO2，2克CS2和2.24升O2（标况下）充分燃烧后，最后所得气体为多少升（标况下）？
解法1．根据化学方程式CS2+3O2=2SO2+CO2确定O2过量，计算2克CS2反应了多少升O2，生成了多少升CO2和SO2，然后将余下的O2和生成的CO2和SO2三种气体体积相加即得出结果。
解法2．根据化学方程式CS2+3O2=2SO2+CO2求出O2的过量，然后纵观化学方程式可知反应前后气体的体积相等，最后所得之气体为2.24升（标况下）。
可见解法2比解法1显得快速、便捷，从而有利于培养学生纵观全局的思维能力。
4．开展探索性实验，培养学生的创新能力和创造能力。学生在设计实验时，首先是通过模仿、移植现有的实验方案，然后通过独立思考、探索逐渐在设计中体现自己的个性，具有一定的创造性。教师在组织学生开展课外活动时，可引导学生阅读、查找一些实验小窍门、实验药品及仪器的代用品、实验装置的改进等有关资料，以开阔学生的视野，启迪学生进行创造性思维。同时也应经常提出一些能激发学生创造欲望和创造兴趣的问题，尽量给学生一些动手的机会，让学生在手脑并用的活动中迸发出创造的火花。
化学实验不仅是学生探索知识、巩固知识的重要手段，也是锻炼动手动脑能力、培养创新能力的重要途径。受传统教育的影响，人们往往认为，学生只能解决学过的问题。一般说来，我国的学生对父母、教师的依赖性较强，比较缺少独创性。实践证明，在已知与未知之间，在学过和没学过的知识之间，在原有知识领域和新知识领域之间没有不可逾越的鸿沟，只要教师能为学生架起联系的桥梁，开展探索性实验，引导学生去进行探索，很多问题是可以解决的。
进行探索性实验，首先要提出具有探索性的问题，并对其进行思考和讨论，在此基础上，再用实验去验证讨论出来的结果是否合理。例如在做CO还原CuO的实验时，教材中介绍了两种处理尾气的方法：①用气球收集尾气；②改进实验装置用酒精灯的火焰燃烧掉CO。利用这两套装置，引导学生分析各装置的利弊。①气球吸收不方便、不保险；②用酒精灯火焰处理不节省。启发学生积极思考，提出各自的处理方法，然后互相讨论，在讨论的基础上，对学生提出的方案进行分析，优化筛选后，大家一致认为以循环利用法来处理尾气是一种更好的方法。最后让学生在课余去进行实验验证。实验结果表明，还原同样多的CuO，采用循环利用法可以减少CO的用量。
利用演示实验中的疑难点，引导学生进行探索性试验。例如在演示Fe2+与OH-反应时，学生很难看到Fe(OH)2的真实颜色。针对这一问题，启发学生分析失败的原因：主要是Fe(OH)2易被氧化。接着引导学生设计避免O2氧化Fe(OH)2的方案，然后让学生按照自己设计的方案去试验，去探索，直到写出实验报告。其中有些学生设计的实验很有新意，例如脱氧法、密闭反应法、溶剂隔离法等。这充分说明，只要教师存心引导，学生的创造力就可得到发挥。
利用所学知识，进行探索性实验，这是培养学生创造能力的良好机会，教师在教学过程中，可根据教材内容和实验条件，向学生提出有实际意义和具有探索性的问题，带领学生一起去进行实验和探索，直到得出实验结论。
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