玩转高中化学实验

2008年8月,王祖浩等首次翻译了2005年美国高中主流理科教材《化学概念和应用》,其新观念、新学法及全新的视野让我大开眼界、爱不释手.下面我以该教材中的《家用酸和碱》实验为例,从人性化实验安全与绿色化学、生活化实验内容与多种化探究方法这三个方面进行赏析,以期对我国中学化学实验教学改革有所启示.

一、教材第14章酸、碱和pH中的《家用酸和碱》实验

1.实验内容.

（1）导语

通常用指示剂估计溶液的大致pH.在本实验中,你将制作红色卷心菜汁指示剂,并用它测试各种家用液体的pH.卷心菜汁指示剂中含有的花青素分子,是使颜色变化的原因.

（2）问题探究

不同种类家用液体的pH大致是多少?

（3）实验目标

测定并比较各种家用液体的pH.

根据各种液体的化学组成比较它们的用途.

（4）实验准备

实验器材：红色卷心菜、电炉、烧杯钳、100mL烧杯（2只）、蒸馏水、吸液管（9支）、96孔点滴板、白纸片、100mL量筒、牙签.

待测溶液：滴眼液、柠檬汁、白醋、食盐、肥皂、发酵粉、硼砂、洁净剂.

安全警示图标如下：

穿上实验服并戴上护目镜,用烧杯钳夹热的烧杯.某些待测溶液有腐蚀性,避免与皮肤和眼睛接触,如果不慎沾到,则立即用大量水清洗,并及时告知老师.

2.实验步骤.

（1）把一片红色卷心菜叶子撕成碎片后,放在100mL的烧杯中,加入30mL的蒸馏水.

（2）在电炉上加热烧杯中水至沸腾,得到深紫色溶液.用烧杯钳取下热烧杯,冷却后把自制的指示剂倒入洁净烧杯中.

（3）在白纸上放置洁净96孔板,依次各用一支洁净的吸液管各滴入5滴滴眼液、柠檬汁、白醋、食盐、肥皂、发酵粉、硼砂、洁净剂于孔板中.

（4）用洁净洗液管吸取卷心菜汁,在上述孔板中分别加入5滴,用洁净牙签搅拌使溶液混合均匀.

（5）观察每种溶液的颜色,将结果在数据表中,如下表.利用颜色柱形图（略）,将每种溶液大致的pH记录在数据表中.

3.分析与讨论.

（1）解释数据：食物类溶液,如柠檬汁或醋,是酸性还是碱性?这些溶液不是酸的就是辣的,用什么离子可以解释这种特征?

（2）解释数据：洁净剂溶液是酸性还是碱性?清洁过程中涉及什么离子?

（3）观察：你如何解释柠檬汁（柠檬酸溶液）和滴眼液（硼砂溶液）之间pH的差别?

（4）运用变量、常量和控制手段：检测定在待测溶液中增加纯蒸馏水这一项,这一测试有何目的?

4.应用与评估.

（1）指示剂能否很好测定番茄酱的pH?说明理由.

（2）你可能已发现,某些洗发露指明是平衡pH的,制造商这么说有何意图?为什么对肥皂或洗涤剂也要作此说明?

（3）分析其他家用溶液与卷心菜汁指示剂反应情况,并说明理由.

5.实验数据与现象观察.

二、对我国高中化学实验教学的启示

酸、碱和pH知识贯穿中学化学教学的全过程.在我国化学教材及化学教学中,学生对酸、碱和pH的感性认识通常是教师通过测定实验室的盐酸、硫酸、氢氧化钠等溶液pH获得的,学生普遍感到酸、碱和pH的知识离现实生活很遥远,不敢轻易动手实验,害怕被腐蚀；而美国教材中“家用酸和碱”学生实验,内容均来自常见的生活日用品（包括指示剂）,见实验数据一览表（略）.学生的实验不仅很好地将化学知识与生活有机结合,而且减少了在实验过程中不必要的意外伤害,降低了实验的危险性,学生自然学得安全、轻松、愉悦.

1.关注生命,玩得安全.

虽然中学生喜爱化学实验,但总担心化学实验不安全.虽然2012年9月14日教育部公布《中学教师专业标准（试行）》指出：把学生生命安全放在特别重要位置,实验安全是学校安全工作的专业组成部分.但从目前我国的化学实验教学来看,几乎没有穿实验服和戴护目镜的要求,安全知识手册只是挂在墙上而已.而美国教材中每个实验安全的内容都关注到学生个体的身心健康发展,以警示图标呈现给学生,特别注重保障学生在实验过程中的人身安全,实验设计体现了人性化、形象化的理念,无疑给学生安全知识的学习带来了极大帮助,克服了学生害怕做化学实验的心理,杜绝了实验中伤害学生事件的发生.美国教材中采用微型化、绿色化的实验操作,实验安全、环境保护的理念与做法值得我们反思、借鉴,也希望同行结合校情进行合理的移植使用.

2.贴近生活,玩得有趣.

美国心理学家布卢姆说：“学习的最大动力,是对学习材料的兴趣.”美国教材中的实验内容在选择上体现与学生身边生活和社会密切联系,如《家用酸和碱》实验用品和材料来自学生的家庭和日常生活中,实验内容是学生熟悉、感兴趣的东西,避免了复杂和偏难的现象,激发了学生实验和探究的兴趣.学生通过对身边的事物的探究,不仅产生了对熟悉的事物的好奇心,而且加强了课程与社会的密切联系,体现了STS观念.教学中只有把化学与身边的世界相结合,让学生在一个更加广阔的知识平台上获得对化学多维度、多层面的认识,才能形成良好的化学科学素养.

3.注重方法,玩得科学.

教材中的实验探究过程按“问题—目标—准备—步骤—分析和讨论（或结论）—应用与评估”思路.其一,实验设计过程注重从宏观与微观的角度构建酸碱知识,尤其在感性认识的基础上,进一步从微观的角度理解酸或碱的微观特征,在实验中树立物质的微粒观念.其二,通过比较柠檬汁（柠檬酸溶液）和滴眼液（硼砂溶液）之间pH的差别,从定性酸或碱强度的比较顺利过渡到定量pH的学习,大大降低了学习的难度.其三,实验中指导学生运用变量、常量和控制手段的科学探究的方法,培养学生的理性思维.在我国,学生对酸、碱和pH知识是通过“照方抓药”实验的方式认识的.目前我们的实验教学基本停留在让学生知道是什么,但不知道为什么,对生活的化学问题不会解释,更不能很好应用所学知识说明理由.实验教学在应用与评估方面的空白或缺失,体现在学生考试时实验试题得分率极低、实验综合能力极薄弱.而美国教材实验设计的综合性不仅使学生掌握了知识目标,而且实现了多维教学目标,尤其在实验过程中更体现在满足学生终身发展的需求上,在学习化学的同时获得对其他学科的真正理解,发展综合素质.