基于“替代品”设计化学实验的教学思考

摘要： 通过文献调研，梳理基于“替代品”设计的优秀的化学实验方案。将这些实验案例应用到化学实验教学中，有助于建立基于教材的知识验证性实验教学、基于“真实”问题的探究性实验教学两种教学模式，且有益于促进学生的知识学习和理解以及提升探究能力与创新意识。

关键词： 替代品； 化学实验设计； 实验教学案例； 教学模式

文章编号： 1005-6629（2023）04-0064-04

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版）》《义务教育化学课程标准（2022年版）》的课程理念中要求重视开展“素养为本”的教学［1，2］，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，倡导做中学、用中学、创中学，开展项目式学习。在课标教学建议中，对于条件有限的学校，可采取教师演示实验或利用替代品进行实验［3，4］。课标中提到的“替代品”指的是实验替代品。实验替代品可以是试剂替代品也可以是实验仪器替代品。试剂替代品主要是生活用品，如日常生活中的调味品、食材、医药、洗护用品、化肥、花肥等。实验仪器替代品可以是生活中的容器、量器、热源、电池、导线等。这类替代品在各类实体市场或线上商城中易得而且安全，不受各类政策限制，对于条件有限的学校开展实验研究提供了方便，能提高学生实验开出率与动手率，有利于培养学生的科学探究能力与科学精神。

1  基于“替代品”的化学实验设计方案

化学与生活密切相关，从生活走进化学，从生活中学习化学。用化学读懂生活，将化学知识应用到生活中去，让化学科学与学生的生活世界融为一体。基于上述的学习理念，化学教育工作者设计了很多基于替代品的化学实验方案。在中国知网以“生活化学、实验设计”为主题搜索，可以搜索到42条文献记录。很多都是在中学化学实验基础上采用替代品设计的创新实验方案。这些实验方案密切联系生活，实验药品与仪器在生活中比较易得，便于激发学生兴趣自己动手实践，有利于学生学习化学知识，培养创新精神。表1、表2列出部分文献设计的方案以及部分作者的原创实验方案。

表1实验方案属于知识验证性的实验，大多数是教材的演示实验，或是学生分组实验的延伸或改进。表2实验方案是基于真实问题情境的项目化研究的探究性实验。

2  基于“替代品”设计化学实验的教学模式

面对众多的替代品化学实验设计方案，如何将它们应用于化学教学实际而不是仅停留在文献里，使其在实验教学中激发学生兴趣，培养学生创新精神方面更好地发挥作用？经过多年的教学实践，笔者认为基于替代品实验的化学实验教学可以有以下两种有效模式：一是基于教材知识验证性实验；二是基于“真实”问题项目化研究的探究性实验。

2.1  基于教材知识验证性实验教学模式

学生在完成一些章节的化学知识与实验技能学习之后，教师用某些文献中的替代品实验方案，布置学生的实践性作业。由学生准备替代品开展化学实验，实验过程中进行视频录制，教师组织全班学生观看，并进行评价。实验者再根据大家的意见，改进设计与重新实验。教师组织评分将分数计入学生成绩（见图1）。

这类实验每位学生都可开展探索与研究，拓宽了实验参与人群。实验过程基于真实情境，在设计以及进行实验操作时，能加深化学知识的理解和记忆，促进化学知识的学习，克服某些教材实验“照方抓药或只能远观不能动手”的缺陷。通过实验准备、实验操作、实验总结等，深入理解和应用已有的化学知识。这种实验教学方式，比较符合化学学科核心素养要求，也与新课标化学实验教学要求相一致。这类实验若布置为学生实践性作业，还可以创新作业形式，符合国家“双减”政策的要求。

2.2  基于“真实”问题探究性实验教学模式

对于化学学习者来说，用真实问题开展研究可以激发学生的感知，引起学生的挑战欲望和学习兴趣，产生解决问题的动力，让学生用好奇的眼光、审视性的思维，摸索出解决问题的方法［11］。当学生有了一定的化学知识和实验技能积累后，对文献中描述的自己尚未学习过的实验现象产生探究欲望，对生活中某些未知问题有了研究的冲动，此时可以引导他们进行真实问题的探究性实验，让学生“像科学家一样去进行探究”。表2中列出了若干基于“真实”问题的探究性实验方案，学校可以利用表中有关的替代品，采用项目式学习的形式，指导学生开展研究。基于真实情境，先提出研究的问题，随后独立进行资料收集、整理、研究等工作，放在团队中讨论，最后付诸于实践，解决问题寻求答案（见图2）。

有三种类型的课程在学校教学中可以实施上述基于“真实”问题的探究性实验教学模式，简要阐释如下。

2.2.1  选修课程中实施

选修课指学校为培养学生个性，由学生自行安排选习的课程。选修课程由教师设计课程内容，学生根据兴趣进行选择。教师提出关于替代品的化学“真实”问题，在教学中与学生一起讨论，引导他们经过不断猜想、设计、实验失败，再猜想再实验，直至成功。

2.2.2  社团课程中实施

社团是具有某些共同特征的人相聚而成的互益组织。对化学都感兴趣和具有一定操作技能的学生组成化学社团。化学社团给学生“真实”问题或者由他们自己提出“真实”问题。团队经讨论研究，提出解决问题的方案，最后进行实证。由于学术性较高，合作意识更强，更能获得探究的情感体验。

2.2.3  研究性学习中实施

研究性学习是综合实践活动板块的一项内容。作为高中生必修内容计入高中学分。研究性学习是指从自身生活和社会生活实践中选择和确定研究专题，以类似科学研究的方式主动地获取知识，应用知识解决问题的学习活动。整个课题研究是由学生本人或团队自主完成，教师进行适当指导。

选修、社团、研究性学习这三种类型课程的实验探究是由教师引领、学生团队与学生个体共同研究的从低阶到高阶的过程。研究中引导学生围绕“真实”问题，独立进行实验设计，敏锐地捕捉实验的变化和差别，认真分析实验现象，进行实验数据处理，得出实验结论。

3  基于“替代品”的化学实验的教学价值

3.1  把“知识”放置于“真实环境”中学习，提升知识理解力

实验试剂和仪器有的全部基于替代品或部分基于替代品。这些替代品可以在生活中方便购买，选择替代品过程中必然与学生累积化学知识相关联。这种把“知识”放置于“真实环境”中的学习方式，可以培养学生的化学意识、社会责任感以及科学素养，提升学生化学知识的理解力。

3.2  通过基于“真实”问题探究性实验，提升探究能力与创新意识

基于“真实”问题的探究性实验，学生用自身储备的化学知识设计与控制实验，能加深知识的理解与应用。超出预期的实验过程或在实验失败后的总结中，又能综合应用已学习过的知识分析，再设计和再探究，提升科学探究能力。在解决实际问题的过程中，能主动学习新的化学知识和科学实验方法，提升学生的创新意识。这种实验方式使学生对事物进行全面观察，抓住主要现象与特征，主动对于未知进行探索和实践，提升了创新能力，培养了创造才能。

3.3  通过两种模式实验教学，转变教师的教学观念，提升化学教学水平

教师的化学知识与经验大多数来自于教材。对于知识在生活中的应用，有时也知之甚少。通过两种模式的实验教学，促进教师关注化学应用意识和化学实际价值，对教材中的化学知识产生更深的认识，也更有信心地去教授化学，通过这两种模式的实验教学，教师专业水平也会不断提高。在条件有限的情况下，增强了教师创造条件进行化学实验教学的意识和行动，以达到新课标提升学生化学实验能力的要求。

4  基于“替代品”的化学实验教学的安全问题

安全问题是读者和编辑十分关心的问题。笔者已经开展了多年替代品实验教学，没有出现过一次安全事故。这是因为学生已经基本掌握了化学操作技能以及一定的安全知识，会使用已储备的安全知识思考与预期可能产生的问题风险，做好了必要的防护，把危险扼杀在萌芽状态，只要操作得当，实验前引导学生进行风险评估，一般都不会出现问题，也就是说这类实验是安全的。

基于替代品的实验具有绿色安全、原料易得、实验准备工作量小和方便等优势，比较适合学校教师开展日常教学，引导学生开展探究实验，更适合没有专职实验员的乡村学校或条件薄弱学校，在振兴乡村教育的新时代背景下，这类实验课程的应用前景广阔，未来可期。

参考文献：

［1］［3］中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 2， 72.

［2］［4］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2022： 3， 43.

［5］黄海燕， 王泽安. 电解水小型实验装置的设计［J］. 化学教学， 2021， （8）： 72～73.

［6］龚国祥. 用干电池“玩”转教材电解实验［J］. 中学化学教学参考， 2018， （9）： 55～57.

［7］唐思嘉， 刘怀乐. 对乙醇催化氧化实验的补充认识［J］. 化学教学， 2019， （7）： 80～82.

［8］黄勇良. 用乙烯利制备乙烯的方法［J］. 化学教学， 2012， （7）： 46～47.

［9］张礼聪. 实验引领下“沉淀溶解平衡”教学［J］. 化学教学， 2014， （5）： 42～44.

［10］李健荣. 焰色反应的实验改进［J］. 化学教学， 2016， （12）： 59～61.

［11］马静雅. 基于真实情境的高中化学深度学习的标准化探索［J］. 中国标准化， 2022， （2）： 140.