化学实验教学改革建议之二，本文主要内容关键词为：教学改革论文,之二论文,化学实验论文,建议论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、从化学元素观说起
古代哲学家们认为世间的万物都是由为数不多的元素组成的。虽然中外哲学家提出的元素并不相同，但是把复杂的物质归结为有限数目的元素，他们的哲学思想却是一致的，而且实践证明是正确的。尽管如此，古代哲学家们所提出的元素论并不能成为化学科学的基础，因为他们所提出的元素，不仅本身无法量化，而且在解释具体物质的性质及变化时，具有很大的随意性。化学元素则专指组成化学物质的基本单元，本身有着确定的物理意义。因为元素已经成为大众耳熟能详的名词，在学习初等化学时，应当有助于建立化学元素的概念。但是仅仅认识到化学元素是组成物质世界的基本单元是不够的，只有对化学元素的多种存在形式，如自由态—原子、离子态（包括不同价态）、结合态—单质，以及以化学元素在化学变化中的可迁移性、组合方式的可变性和化学元素本身的不变性有所认识，才算是对化学元素有了比较全面地认识。而这种认识，只有通过化学的学习才能形成。虽然初等化学涉及的化学元素不多，涉及的元素形态也不多，但是对于形成比较全面的化学元素概念，却是可以而且应该能够做到的。遗憾的是，我们并没有把握住这个最基本的学科基础。尤其值得反思的是，尽管我们也承认化学是一门实验性科学，化学实验教学是化学教学的重要组成部分，但是在实际教学中，化学实验的作用往往只体现在培养学生动手能力、学习几种简单仪器的基本操作、了解把仪器组合成能够完成某个化学过程的装置时的要点等有限的几个方面。当课时紧张时，实验现象的观察改为多媒体演示，仪器装置改为图示，化学过程被简化为相关的化学反应式等，就成为一种普遍采用的应对方法。考核方式则着重于背诵某些实验事实、名词定义、各式各样的化学计算题、脱离化学本身的推理题、和那些只适合化学专业学习阶段才能够正确回答的所谓探究性试题。
初等化学的任务，不仅在于学习一些基本的化学知识、以元素符号为基础的化学语言体系、以原子相对质量（分子相对质量）为基础的化学计量关系，以及化学常用仪器的使用方法和操作技术，作为化学学科的启蒙和以培育科学素养为首要任务的学段，更为重要的是通过学习，帮助学生把握住核心的化学基本观念，从而能够从化学视角来认识我们周围的物质世界，和恰如其分地评价化学对人类社会的发展与进步所起的作用。
化学元素观是化学学科的核心观念，即使人们已经知道，于特定条件下，对于为数不多的放射性元素或放射性同位素而言，原子核是可以发生变化的，亦即在这类体系中，化学元素是可以发生变化的。这种认识并没有违背化学元素观，因为就所生成的化学物质而言，化学元素观仍然是认识其变化途径和确定产物的基础，而且都可以从元素周期表中找到它们的归宿。就一般情况而言，在化学变化中，反应体系内化学元素的存在形态和相互作用的方式可以变化，但是化学元素的种类不变（即原子核不变），以各种形态存在于物质体系中的（元素）微粒数量不变，却是经过大量实验证实了的事实，并已成为化学学科的基础。因为原子核不变，所以化学体系中物质总质量不变，化学反应体系必定遵守质量守恒定律，就是不言而喻的了。在这个前提下，化学反应式的完成和化学计量关系的建立，以及依据化学反应式进行化学计算的规则和方法，对于初中学生来说，难道会比一般的四则运算题更难吗？
二、实验体系的特点和应当可以学到的化学
为了便于讨论，先对氧气和二氧化碳的实验室制取与性质实验的原理和有关的化学概念分别加以介绍，然后再把它们整合起来，试图阐明通过这两个实验应当并能够学到什么。
1.氧气的实验室制取和性质实验
这是一个利用化学方法从含氧化合物中分离出氧元素并制备氧单质的实验。对大多数学生来说，利用化学变化以制取某种物质为目标的这类科学实验可能是第一次。实验所选择的化学体系和所用到的仪器及基本操作都比较简单，但却是最能体现化学特色（可惜过去在这方面没有给以足够的关注）。
从含氧化合物中获取单质氧的实验，是对化学倚为基础的化学元素论的有力佐证。直接加热或同时加入某种催化剂的方法对于其他含氧化合物并非都可以奏效，表明在不同的含氧化合物中，氧所处化学环境不同（即结合的方式和强度不同），所以结果可以不同。它们之间的差别，包含在化学性质不同的含义之中。元素在化合物中存在形态（或环境）的差别，是引申到对化学结构理论的最好铺垫。所以仅仅关注排水集气法的装置原理和相关操作，对实验体系中所包含化学本身的思考和探究的缺失，是值得认真研究和改进的一个重要方面。
为了加深对上述论述的理解，选取一些不能用类似方法制取氧气的化学体系进行对比，这是通过实验学习化学的重要途径。有比较才能有鉴别，其间的相似及差异的发现和比较，是通过实验学习化学的有效方法。这种认知过程虽然偏于感性，但是却生动而具体，更容易引发学生的学习兴趣。最简单的选择莫过于参照实验中用于加热和作为反应容器之用的玻璃仪器，只要想到，以二氧化硅为主要组分的玻璃，其中也包含有氧，却能够经历整个反应过程而安全无恙！二者之间的差别所形成的鲜明对照，可以使得学生在物质性质取决于它的组成与结构，以及物质的变化可以用外界条件来控制这两个方面有了实际的体验，从而体现出初中化学的启蒙作用。如果把探究的视角扩展到水、石英砂和陶瓷，内涵就更丰富了。
在书写反应方程、绘制仪器装置简图、叙述所观察到的实验现象的同时，还可以引导学生思考和研讨以下的问题。
（1）在这个实验中，通过氧气的实验室制取和对氧气性质的探究，你对氧气的性质有了哪些认识？和你此前对氧气的认识相比，是否基本一致？又有了哪些新的认识？
（2）在这个实验中，我们有了把氧从含氧化合物中分离出来，和通过反应（如氧化、燃烧）使氧进入生成的含氧化合物两个方面的体验，你对化学元素论是否有了新的体会？
（3）如果有人说，只要化学物质的组成中含有氧元素，就一定可以从它制得氧气。你同意这种说法吗？为什么同意或不同意？如果不完全同意，请试着给出一个你认为更合理的说法。
（4）带火星的木条、细细的铁丝等在空气中和在纯氧中氧化（或燃烧）时，发生反应的物质相同（化学反应式也相同），为什么现象并不相同？
（5）类似于上面的事例，在日常生活中并不少见，你能够举出几个实例吗？
（6）综合（3）和（4）的事例，你能够得出一个具有普遍性的结论吗？试一试，好吗？
2.二氧化碳的实验室制取与性质实验
这是又一个用实验室方法制备气体物质的化学实验。因为气体性质不同，所以收集方法也有所不同。故而在学习化学时，应当着重于发现和利用物质之间的差异，这种差异无论是基于物理性质或化学性质，都可以成为选取对化学物质进行制取、分离、提纯和鉴别方法的基础。二氧化碳的实验室制取，和氧气制备时相同之处，在于产物取自含有所需元素的反应物；它们之间的不同，则在于所用的大理石或石灰石来自自然界，而非化学试剂（可视为纯净物），组成比较复杂，通常含有钙、碳和氧三种元素（碳酸钙是主要成分）以外的其他元素（如硅、铝等）。如果以它们为原料直接制备二氧化碳气体，需要采用高温焙烧的方法，但是利用一般的化学方法则在常温下就可以制得。从而说明在实现物质转化时，化学可以提供更多的选择性。所用方法可以不同，但是依据的最基本原理却是相通的。因为化学元素在化学反应中不会改变，所以通过物质间元素的转移、交换、或重新组合，就有可能实现所期望的物质转化。如果把实验中二氧化碳的生成和二氧化碳与石灰水的反应，仅仅当成两个孤立的化学事例，而不是引导学生把它们看成是一个整体，体会其中包括的化学元素观和对化学元素观的运用，也就达不到通过实验学习化学的预期。二氧化碳和氧化钙之间的结合和分离，在实验室中用最简单的仪器和普通的试剂就可以实现，充分体现了科学技术的价值，化学难道不是非常有趣吗？
火山喷出的气体中含有大量的二氧化碳，动植物的代谢产物中也含有二氧化碳，但是依靠化石燃料作为动力的生产与生活过程是目前排向大气的二氧化碳的主体。由于二氧化碳是一种重要的温室气体，所以“减碳”成为环境保护的重要措施之一。在现有的措施中，减少化石燃料的使用量和增加地表植被面积已达成共识。因为气体物质在水中的溶解度正比于所承受的压力（你在生活中有此体验吗？），所以在高压下将二氧化碳溶入深层海水中；利用化学反应使二氧化碳转变为有机塑料；利用人工光合作用，使二氧化碳转化为糖类；利用太阳能使二氧化碳和水转化成有机化合物等方案，都成为化学家的热门研究课题。有些设想看来有点匪夷所思，其实它们都有相同的科学依据，那就是化学元素论和物质的性质决定于它们的组成和结构的基本化学原理。所以学了化学你便有了进入复杂的物质世界之门的钥匙，你的奇思妙想将有理可循也将更加符合实际，因而行动更为有效。
通过这个实验还可以引导学生思考或探究以下问题：
（1）实验证明，由石灰石得到的石灰，制成石灰水或石灰浆后，可以很好地吸收二氧化碳，并生成固态沉淀。这个方法可以用于环境保护吗？
（2）这个实验也可以成为由并不纯净的石灰石或大理石为原料，制备纯净的碳酸钙的一种方法。也就是一种可用以提纯碳酸钙的化学方法。从所依据的原理和化学基本概念着眼，和粗盐提纯相比，二者之间有什么差别，又各有什么特点？
（3）二氧化碳中含有氧，也含有碳，为什么反而可以用来灭火？可是镁条不仅能够在空气和氧气中燃烧，也能在二氧化碳中燃烧。从这两件看起来似乎互相矛盾的事实，你能够得出什么结论？
（4）有人建议利用太阳能来实现如下的反应：式中hv代表光子。
燃烧产物在吸收光子的能量之后，又可以转化成为燃料，这是多么有趣的设想！但是从原理上看，不过是植物光合作用的另一种模拟方案而已。这是化学家在了解自然现象的化学本质之后受到的启发，向大自然学习，也是一种有益的探究思维方式。
①你认为这些设想合理吗？符合质量守恒定律和能量守恒定律吗？为什么不同于永动机设计（后者被认为是违背科学原理的）？
②通过上面的这个设想，你对在可持续发展中能源的重要性和对科学技术的评价，有了哪些新的认识？
③这是一个利用化学反应式和化学计量关系进行方案可能性探究的例子。有人认为它体现了学习和运用化学语言的必要性和意义，你同意这种看法吗？
三、从这两个化学实验还可以学到什么
上述两个实验有助于初步认识四类基本反应，也有助于初步建立化学元素观和微粒观。这两个实验虽然比较简单，如果加上镁条在二氧化碳中可以燃烧生成碳和氧化镁的演示实验（或多媒体放映），已经涵盖了课标要求的分解、化合、置换和复分解四种基本类型的化学反应。在完成实验报告时，由学生自己分别指认，四类反应的特点和反应式前后有关元素的迁移（石灰石的热分解和加酸后的复分解反应，可以视为组成中
的整体迁移）、结合态和自由态的相互转化、镁对二氧化碳中碳的置换，可以使得学生通过化学式和化学反应方程式获得新的体验。因为以化学元素符号组合而成的化学式和化学反应式，可以帮助学生初步建立对物质及其变化的微观视角。只要把化学式中的每个符号视为某个元素的微粒，化学变化的过程与结果看成是有关微粒的迁移、交换、化合和分解，就可以形成这种认识。实验中观察到的反应物和生成物之间的差别（此外，还有严格的化学计量关系）、变化过程中的种种现象（例如气体的产生，发热发光、体系颜色的变化，固体反应物表面的变化等），都可以成为上述微观过程的生动而直接的证明，通过实验学习化学的预期目标由此可以落在实处。
四类基本反应大致概括了利用化学变化实现物质转化和元素迁移的具体思路。亦即利用原料物质制备简单的新物质这一化学合成途径的基本思路。
通过化学途径使氧和二氧化碳由结合态转化为自由态，再通过化学途径使它们由自由态转化为结合态，和学生已经知道的自然界的氧循环和碳循环过程很相似，可以看成体现后者基本特点的最简化学模型。从而更有力地证明了化学就在我们的身边的认识。初中化学的教育价值也由此得到体现。
由于在化学反应中元素保持不变（所以反应前后，化学体系的总质量保持恒定），由此可以想到，所有的化学物质，包括废弃物在内，都有可能视为通过化学转化获取新物质时的资源。虽然由可能性进而成为现实，不仅决定于化学，还要受到能源、环境、成本和技术等方面的制约，但是这种可能性的存在是确切无疑的（已成为纳米科技的理论依据）。这是化学为人们看待和解决环境问题和资源问题时提供的新视角，也是深入理解科学技术的进步和人类社会可持续发展之间关系的一个方面。