高中化学实验教学模式创新的实践与思考*——以新人教版必修二“乙烯”为例

张金怡

（江苏省常州高级中学 江苏常州 213003）

一、化学实验教学的涵义

化学是一门实验科学，实验则是化学的灵魂。一直以来，化学实验既是化学科学产生和发展的基础，也是化学科学研究的重要方法，同样是化学教学的重要手段。化学实验教学则是指教师将化学实验置于一定的化学教学情境下，为实现一定的化学教学目的，而展开的一系列教学活动。［1］

二、化学实验教学开展的必要性

化学教育家戴安邦先生曾说过：“化学实验教学是实施全面的化学教育的一种最有效的教学形式”。通过化学实验，教师可以展现化学现象、反映化学规律，验证化学理论；学生可以在化学实验过程中进行观察、质疑、思考、分析、比较等思维活动，在体验知识的形成和发展过程中形成科学的思维习惯和方法。新课标也要求：在教学活动中要开展以化学实验为主的多种探究活动，实现学习方式的重大转变，促进创新精神和实践能力的较大提升。［2］因此，在新课标、新教材、新高考背景下，开展化学实验教学依旧是化学教学的重要议题。

三、高中化学实验教学的现状

笔者曾就化学实验教学的现状在本地区部分中学进行问卷调查，发现当问及“平时化学教学中，你的老师最多采用的实验形式是什么？”时，回答用电脑演示实验的达到23.3%，在黑板上直接讲实验的占到了18.2%，经常能让学生参与实验的只有9.7%。然而，笔者又发现在一些公开课、评优课中，实验教学开展的比例很高，且内容丰富、创意连连。形成如此鲜明的反差，一方面是老师能够认识到化学实验教学的开展有利于学生学习兴趣的激发、思考力度的加深及教学效果的提升；另一方面，部分老师又觉得实验教学较为繁琐，耗时较长，会影响教学进度，而网络上各种相关实验的视频素材丰富，不妨直接使用，高效便捷，一定程度上可以取代演示实验和学生实验。

四、教学实践

基于上述问题与现象，笔者以新人教版必修二“乙烯”为例，在教学过程中对实验教学的开展及模式创新进行了探索与实践。

1.教学流程

乙烯是一种重要的有机化工原料，也是高中化学需要认识的一种重要有机物。无论是新课标还是各版本新教材，都对乙烯的性质实验提出了明确的要求。基于新课程的教学理念，并结合项目式学习的思维，对本节课的实验教学进行了设计，流程如图1所示。

图1 “乙烯”教学流程图

2.教学实录

2组研究对象术前眼表参数（OSDI、SⅠT、TMH、NIBUT、FL）和泪液炎症因子（IL-1α、TNF-α）检测差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。见表2。

【引入】教材的信息搜索栏目：“在两个透明的塑料袋中各放一个未成熟的水果，向其中的一个袋子里再放一个成熟的水果，将袋口密封，观察并比较水果的变化。”

【投影】播放学生用手机延迟摄影技术拍摄的用熟香蕉催熟青香蕉的全程记录。

环节一：水果的催熟与保鲜

【小结1】乙烯的用途：植物生长激素。

采用节目编码技术，对中央电视台的前端系统进行编码复用，生成传动流，从而对DRA+音频编码进行选择，从调制或者编码方面入手，都是选择的DRA标准技术，当中央的卫星广播编码平台收到节目流之后，利用传输线路将其转导地面，进去到6B卫星，将其进行备份，然后传输到亚太6号卫星中，利用卫星接收信号，地面上发射台接收到相应的信号之后与卫星接收机相互配合，进行实际信号的传输，将其传送到CRA 调频广播中。

【展示】乙烯的比例模型。（学生分析乙烯的组成：C2H4）

环节二：乙烯性质与结构关系的探寻

设计意图：从文献来看，以往乙烯的教学中也用到了教材中乙烯催熟水果的素材，但主要方式以图片对比展示为主。如鞠霞老师的“科学设计驱动问题促进学科观念建构——‘乙烯’的教学设计与反思”一文中提到：“将密封在塑料袋中的熟苹果和黄香蕉，并与三天前所拍的熟苹果和青香蕉照片进行对比。”［3］刘汉国老师在“基于情境教学有效设问的‘乙烯’教学设计及反思”一文中则是直接放出三幅彩图“刚刚摘取不久的香蕉，颜色偏青；将青香蕉与黄香蕉掺在一块放置一夜后的结果，香蕉已全变黄”。［4］

基于新课标“能从问题出发，依据探究目的，设计探究方案，运用化学实验等方法进行实验探究”的倡导，本节课设计在课前组织学生通过分组实验对课本问题进行探究。多次尝试后，学生选用香蕉作为本实验的研究对象，因其颜色从成熟前的青色变为成熟后的黄色，颜色变化非常明显，便于观察和判断实验的进程。再者，学生利用手机延时摄影代替了图片记录，保留了用熟香蕉催熟青香蕉的全程，并能有效还原和展示，实现了实验过程的可视化。由于实验过程的画面是相对静止的，学生还在画面中放上了一个小闹钟，指针的转动给静态画面增添了动态的效果，体现了时间的流逝。实验装置与结果如图2、图3所示。将书本中的实验与日常生活中的现象结合，帮助了学生从化学学科内容和原理的角度理解生活中的现象，体会了化学与生活密切关系的同时，增强了学生的实验设计能力和操作技能，实现了在自我探索的过程中逻辑思维的培养，有效提升了“科学探究与创新意识”的学科核心素养。

图2 手机记录香蕉催熟过程

图3 3天后和熟香蕉放在一起的青香蕉更快成熟

【过渡】乙烯能加速水果的成熟，但也给长途运输过程中水果的保鲜带来了难题，这又该如何解决呢？

【视频】水果经销商是如何解决这个问题的？

【样品展示】乙烯吸收剂，如图4所示。

图4 香蕉用保鲜剂——乙烯吸收剂

档案材料流失的问题。作为档案材料应该是系统的永久存放资料，应该为其发展而服务，作为众多的科技人员所创造的成果只能说的在职期间为国家和集体做的工作，不应该看出是自己的私人材料。在我们单位就存在着这样的问题，当时一些老科技人员他们确实有一种忘我的钻研精神，不分单位和家里都是埋头苦干地钻研畜牧局的档案管理工作。但是当他们退休后就将其材料占为己有，视为自己的私有财产，这样以一个集体而凝结成的智慧结晶却难以得到集体的传承发展，为此使畜牧局档案管理工作造成了不小的麻烦，出现了一定的断空，更影响了下一步的管理工作。

【投影】产品成分：乙烯吸收剂——高锰酸钾氧化铝球。（氧化铝是载体）

【实验1】（分组）乙烯吸收剂的效果：①将少量固体乙烯吸收剂置于扎有小孔的内盖上。②将小瓶内的氢氧化钠溶液全部倒入空试剂瓶中，再将另一小瓶中的乙烯利全部倒入。③迅速将装有乙烯吸收剂的内盖置于瓶口，并盖上表面皿。④观察乙烯吸收剂的颜色变化，并记录现象。实验装置搭建和实验前后乙烯吸收剂的颜色变化如图5所示。（广口瓶内冒出大量气泡，瓶盖内的高锰酸钾小球褪色。）

图5 乙烯吸收剂成分及吸收效果的探究

设计意图：乙烯与高锰酸钾的反应是实验改进与创新的热点。如应春晓老师“乙烯性质实验的再改进”、［5］陈彩萍老师的“乙烯的教学理解与实验改进”、［6］孟曼华等老师的“注射器在乙烯教学中的妙用”［7］中均涉及了该反应，实验改进的方向以微型化为主，借助注射器完成乙烯与高锰酸钾溶液的反应。但“针筒实验”对气密性要求较高，操作较为复杂，不利于分组实验的开展，实验仪器使用的重复性不高。

基于文献研究的再思考，我们对乙烯与高锰酸钾的反应做进一步改进。首先，给予了实验探究真实的情境，将高锰酸钾溶液换成了商品乙烯吸收剂——高锰酸钾氧化铝球；其次，乙烯的来源，则用商品（40%）乙烯利和氢氧化钠浓溶液反应，可快速获得乙烯，用量少，产气速率快；再者，实验所用仪器均为常规仪器，方便易得、可重复使用，且实验过程对气密性要求不高，学生易操作。经此改变后作分组实验，增加了学生动手实验和近距离观察的机会，让学生由“旁观者”变为真正的“参与者”，使学生的学习方式从认知走向体验，凸显学生的主体地位，实现真正意义上的学习。

【问题】那么高锰酸钾在乙烯的吸收过程中起到了什么作用，表现了什么性质？

【小结3】加成反应。（将用结构式表达的化学方程式改写成结构简式。）

【回答】高锰酸钾是强氧化剂，将乙烯氧化。（追问：乙烯被氧化后的产物可能会是什么？学生猜测：

CO2）

【实验2】（视频演示）向收集好的一瓶乙烯气体内加入酸性高锰酸钾溶液，连接二氧化碳传感器，可看到随着时间的推移，二氧化碳含量上升，如图6所示。

因此，人工智能的发展态势是趋向于“与人相同”的，为了让人工智能能“做人的工作”，人类必然会不断将本来仅为人类所具有的能力赋予人工智能，并让人工智能表现得越来越像人。人工智能的这种特性可以称之为“近人性”。更重要的是，必须看到，这种思想观念其实在今天相当普遍地存在着，Google Assistant的演示中的那句“Hmm”引起了观众的强烈反映，恰恰反映出人类对人工智能的“近人性”的认同；而“为何不少研究者对人工智能的研制、普通人对人工智能的想象，都是以人型人工智能为依归”的问题，也可从中找到部分的解释。

目前我国处于经济和社会的转型时期，还有全球化的影响，这些使得我国大学生的思想观念十分不稳定，很容易受到其他思想观念的冲击，导致对于社会主义信念理念受到动摇，如果此时能够把“中国梦”融入到高校的思想政治教育当中去就可以很好的避免这样的问题出现，它可以明确学生在社会主义道路上的发展方向，坚定大学生建设中国特色社会主义的决心，更进一步的坚定大学生社会主义理念信念，让大学生体会到自己对于社会主义建设的重要价值所在。

图6 酸性高锰酸钾溶液吸收乙烯后反应产物的探究

设计意图：通过数字化实验的应用，得出更加直观和精确的实验结论，将抽象转化为具体，使学生学会在分析图像、数据的过程中深化对实验过程及乙烯与高锰酸钾反应本质的理解。由于本实验耗时较长，所以在课前先进行了实验视频录制，并做有效剪辑，在课堂教学过程中播放，有效验证了学生的预测，强化了学生基于证据的推理论证意识。尽管在教材中对高锰酸钾与乙烯反应产物的认识没有特别要求，但本实验的设计有助于对氧化还原反应理论在有机化学反应中的渗透，为学生后续学习有机化学中的氧化反应做好铺垫，同时有效提升课堂教学容量，增强了教学效果。

【展示】排水集气法收集的储气罐（罐中有一半水）中的乙烯。（观察并描述乙烯的颜色、气味、状态、水溶性等特点。

另外，绍兴二十七年(1157)，二月，曾幾自台州内召，四月还任，务观有诗送行，曾幾有次韵。七月，曾幾为礼部侍郎，有贺启。八月王师心在绍兴对务观颇加礼遇，陈棠赴临安有诗送之。看来绍兴二十七年陆游官瑞安主簿是分身乏术的了。以上关键还是陆游的“予初仕，为宁德县主簿”。不知邹先生对此将作何解释？

【问题】除此之外，乙烯还可能被哪些物质氧化？

【实验3】（演示）乙烯的燃烧（打开储气桶旋塞，点燃已经验纯过的乙烯气体，能够燃烧，火焰明亮，有少量黑烟，再关闭旋塞，停止实验。余下的乙烯，后续还可以在实验中使用。）

【观察】外观——紫红色固体，猜一猜，可能含有什么成分？（学生猜测：高锰酸钾）

【小结2】乙烯和甲烷、烷烃具有相同的组成，但在化学性质上却表现出了一定的相似与差异。而宏观现象的不同需要从微观结构的层面，探寻本质的原因。

【实验4】（分组）分别搭建乙烷和甲烷、乙烯的球棍模型：

（1）比较原子连接方式的异同；（2）比较分子空间结构的差异；（3）写出乙烯的结构式、结构简式、电子式。

【追问】乙烯中的碳碳双键是两个碳碳单键的简单组合么？

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【资料卡】断开1 mol碳碳单键平均约为345 kJ，而断开1 mol碳碳双键平均约为610.9 kJ。

在实验2和实验3的基础上，学生已经发现了乙烯和甲烷在组成上的相似性及在化学性质上的相似性与不同点，再引导学生开展实验4，即分子模型搭建实验，直观对比甲烷、乙烷、乙烯分子中原子的连接方式，及三种分子中各原子的空间位置分布。从微观视角探寻和理解决定乙烯性质特点的本质原因。结合碳原子和氢原子的成键特征，同时给予理论数据的支撑，学生就不难理解乙烯能使高锰酸钾溶液褪色而甲烷、乙烷却不能的原因。也为后续理解乙烯在有机化工领域的应用做好有效铺垫，强化了“结构决定性质，性质体现结构”的学科观念。打开了从分子、原子水平认识物质的组成、结构、性质和变化的学科视角，从不同层次认识物质的多样性。

设计意图：宏观辨识与微观探析是化学学科核心素养的构成内容之一。宏观辨识是学生认识化学的出发点，微观探析则是对事物本质的理解。［8］

【叙述】由此来看，断开1 mol碳碳双键需要的能量并不是单键的2倍，而是比2倍略少，所以只需要较少的能量，就能断开碳碳双键中的一个价键。也就是说，断开碳碳双键中两个键，需要的能量大小并不一样，其中有一个较小，容易断裂。

林业作为我国的重要资源，在我国的经济建设和发展中发挥着重要作用。林区的造林改造正在继续进行。然而，在长期的改革过程中，除了上述造林成本不足和造林方法的不足之外，不可避免地会遇到一些困难。除了林区经营管理不善外，树种结构比例失衡、地方资源利用不合理、分类不清等问题也不容忽视。此外，近年来我国沙尘暴、干旱、暴雨、水土流失等气候灾害的频繁发生，对更新造林工作产生了很大影响，这就要求我们从提高更新造林的成本、改善更新造林入手。加强林区管理，分类经营，加强育苗、育苗、灌浆。为了促进林业的可持续发展，应充分利用当地环境和资源的优势，合理利用资源，丰富知识，创新技术，转变观念。

环节三：乙烯在有机化工生产中的作用

【过渡】正是由于乙烯结构上的特殊性，使乙烯表现出了有别于烷烃的性质，使其在有机物的合成中发挥着举足轻重的作用。

【资料卡1】乙烯为原料可以合成杀虫剂——1.2-二溴乙烷，它是一种无色液体，能用作脂肪的溶剂，谷物和水果的杀菌剂，木材的杀虫剂。将乙烯通入溴的四氯化碳溶液可制得1，2-二溴乙烷。

1.1一般资料对2017年我院的烧伤科大面积烧伤患者124例进行研究分析,有34例患者的血钠值均超过150 mmol/L,对患者的临床发病原因进行寻找分析,观察患者的治疗情况和预后情况。有25例男性患者,9例女性患者,最小患者23岁,最大患者65岁,平均(41.41±11.45)岁。患者的烧伤面积(TBSA)为53%~100%,平均(74.56±12.39)%。

【实验5】（演示）将配好的溴的四氯化碳溶液倒入装有乙烯的集气瓶，再次盖好玻璃片，轻轻震荡集气瓶，使两者充分接触。（20秒左右即可看到溴的四氯化碳溶液褪色。）

【原理分析】学生从化学键断裂和形成的角度分析反应发生的本质。

基于JavaScript、html5技术和WebServers服务的WebGIS框架，分为前台表现层、后台中间层和后台数据层，是对传统经典三层架构（包括表现层、业务逻辑层和数据层）的扩展和细化，通过封装非业务公共功能模块形成通用类库，使得开发人员可以直接调用某一个类库来实现某项功能，提高企业级 WebGIS应用系统开发的效率（图10）。

【原理应用】基于加成反应的原理，乙烯还可以用于制备乙醇、氯乙烷、1、2-二氯乙烷、乙烷等等。请尝试写出相关的化学反应方程式。

【问题】能否以乙烷为原料制得氯乙烷？原理和以乙烯为原料制备氯乙烷有何不同？哪种方法更好？

我熟悉的一所大学搞60周年大庆，邀请了许多“优秀校友”回校。可在校方的主旨报告里，提到优秀校友时有政界高官、科技精英、知名企业家，就是没有几个从事基础教育的教师。校庆典礼也未邀请从事基础教育的校友代表发言。要知道这个学校十几年前还带有“师范”两字，就是现在，也依然有大量校友奔赴各地的中学、小学任教。校方此举引起了不少校友的负面观感，有资深校友在网上发表《母校，我的母校》的帖子，表达自己的不满，短短一天时间，点击率就到了五位数，学校只好手忙脚乱地“灭火”。

【学生分析】可以。通过取代反应制得，但同时会产生其他取代产物，所得氯乙烷的产品纯度偏低，所以用乙烯和氯化氢加成制备会更好。

（用同样的方法进一步认识从乙烯到聚乙烯的生产原理，认识和理解加聚反应。）

幼苗期应进行2～3次间苗和中耕除草，当幼苗2～3片真叶时，进行第一次见苗，保持株距3厘米，并结合行间浅耕除草松土；当幼苗3～4片真叶时，苗高10厘米左右时，进行第二次间苗，苗距6厘米；在5～6片真叶时定苗，除去密株、劣株和病株，保持株距12-15厘米，每667平方米留苗3.5～4万株，同时中耕除草一次。

设计意图：实验5是在认识乙烯工业应用的基础上，了解乙烯与溴的四氯化碳溶液反应。教材中是将乙烯气体通入试管中的溴的四氯化碳溶液。通过尝试发现，一方面，乙烯使溴的四氯化碳溶液褪色较慢，换成溴水褪色虽快，但存在次卤酸与乙烯加成的副反应，所以这也是教材将溴水改为溴的四氯化碳的原因；另一方面，该实验是在敞口体系下完成，过程中可能会有溴的挥发，而溴是有毒有害物质。基于上述存在的问题，课堂演示实验时改变了气液两相的接触方式，一方面能快速看到反应现象，有利于演示实验的开展，另一方面也减少了实验过程中有害物质的外逸，相对绿色环保。

【总结提升】作为如此重要的一种化工原料，我国的科学家和工程师一直致力于乙烯生产的国产化研究。

业务素质有待加强。派驻工作原则性、政策性、专业性较强，除了要有坚定的党性原则，还要有丰富的政策法律等知识，这方面专业知识尚不足，对党风廉政建设和反腐败斗争的新情况、新问题研究不深、把握不准，独立办案锻炼少，有时缺乏底气。

【视频播放】为乙烯装置按上中国“芯”。

【结语】今天这节课，我们基于乙烯的用途，认识了它的结构与性质，感受了这样一种小小分子的神奇力量，而关于乙烯留待我们探索的空间还有很多。

【课后思考】我们已经知道乙烯通入溴的四氯化碳溶液，可以观察到溶液褪色，但该现象是否一定能够说明该反应是加成反应呢？

设计意图：如何通过实验来论证乙烯与溴的反应为加成反应，是相对复杂和困难的议题。文献检索发现，人们从试剂选择、条件控制、反应原理等方面展开了全方位的研究。如武衍杰老师等的“促进学生结构与性质整体理解的有机化学反应教学研究——以‘再探乙烯与溴水的反应’为例”，［9］着眼建构基于杂化方式、电负性、电子云密度、键的极性等相关结构要素分析有机化学反应的认识视角。马占武等老师的“对乙烯与溴水反应实验中‘异常’现象的实证”［10］则针对乙烯与溴水反应实验中出现的“异常”现象，通过实证探索，发现乙烯通入溴水中，溶液酸性增强、无油状液滴生成等现象与乙烯的纯度、取代反应等因素无关；乙烯与溴水的反应比较复杂，主要产物是2-溴乙醇和HBr，而通常认知中的1，2-二溴乙烷的产率很低。所以，对于必修学习来说，较难在课堂教学中展开深入讨论。因此，改为在课堂结尾处提出问题，放置课后留给有兴趣的学生做进一步的探讨。

【板书设计】如图7所示。

图7 板书设计

五、教学反思

1.充分发挥实验的教育功能

根据实验主体和实验目的的差异，可将化学实验分为科研和教学两大类。不同于科研类实验，教学类实验的主体是化学教育中的教师和学生，是将人类已有的化学知识和经验，向下一代简约、高效、重复再现或模拟的过程，应为化学教学目的而服务。因此，实验教学的开展不是教师对实验简单地展示，而是要借助实验，让更多的学生参与到实验的过程中来，从而充分地发挥实验的教育教学功能。

本节课的实验教学突破了以演示实验为主的传统实验教学形式，融入了学生课前的自主探究实验、实验拍摄，还有课内学生分组实验、教师课前录制的实验视频、课堂进行的实验演示，培养了学生实验操作能力的同时也丰富了实验的形式，努力践行“学生为主体、教师为主导”的教学方法，以满足学生的个性化需求和进行探究的兴趣。

2.实验项目化，建立思维模型

实验教学是教学手段的一种，其核心在于实验过程中思维的培养，而项目式实验的设计是一种有效的方法。本节课的设计是在教师的指导下，学生以认识乙烯的性质为目的，进行了一系列的实验探究与论证。实验与实验之间彼此关联、层层递进，从课前到课堂再延伸到课后。学生在真实的情境中一次次经历了发现问题、分析问题、解决问题的科学探究过程。引导学生通过观察实验的现象，深度认识乙烯相关反应的本质，发展科学思维；带领学生多视角、多维度地进行对比论证，促进师生和生生间的思维碰撞，发展学生的发散思维；鼓励学生借助技术手段进行实验的记录和改进，培养学生的创新思维。

3.打破传统形式，重构知识体系

从结构到性质再到用途是比较常见的化学教学中知识构建的逻辑顺序。本节课的设计突破了固有形式，首先从乙烯在生活中的用途入手，初步认识乙烯的性质，接着从结构的差异理解乙烯与甲烷性质的差异，再结合乙烯在有机化工中的用途，进一步认识乙烯的化学性质，深刻理解乙烯分子中碳碳双键对其化学性质的决定作用。在结构、性质、用途间反复跳转和切换，而每一个过程都通过相关的实验，来推进学生对乙烯认识的不断深入，再结合板书，理顺内在的逻辑关系，完整建构有关乙烯的知识体系。

六、总结与启示

化学实验教学对学生科学素养的培养、综合能力的提升有着重要的意义。高中化学的教学不应仅是理论知识的传授，实验技能的培养同等重要，特别是对于未来可能从事化学相关职业的学生。作为高中化学教师有必要在实验教学方面大胆尝试与探索，秩序化、规范化地开展实验教学，基于实验教学的功能性改善高中化学教学的现状，在新课程背景下更好地发挥化学实验的教育教学功能。