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[摘 要]组装、设计化学实验装置，是提升中学生化学核心素养的重要途径。通常可以从以下几个方面开展化学实验装置的改进与设计：趣味实验设计、巧用“多材一用”、课本实验再改进、组合实验装置、自制实验装置等，以提升学生的化学核心素养。
[关键词]化学实验；装置改进；核心素养
[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）20-0065-02
化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”五个维度。化学实验是化学学习的核心与根本，化学实验离不开实验仪器与装置，化学实验仪器与装置的组装、改进是学生学习化学的重要内容。本文就如何以化学实验仪器与装置为切入点，培养学生化学核心素养进行了一些探究。
一、设计趣味化学实验，感知化学核心素养
改进实验装置，设计趣味化学实验，可让学生在神奇的化学变化中，感知化学核心素养。例如，CO2与NaOH溶液反应的实验现象不明显，我们可以通过改进实验装置（如图1），将其设计为趣味实验，使二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的实验现象形象化、直观化。学生通过直观的宏观现象，理解CO2与NaOH溶液的反应本质，体验“宏观辨识与微观探析”核心素养。这几个装置的实验原理类似，改进的目的都是放大体积变化的现象，让学生感知“证据推理与模型认知”核心素养。各种各样的实验装置设计，却能达到同样的实验目的，让学生感知探究与创新的乐趣，感知“科学探究与创新意识”核心素养；等等。
二、巧用“多材一用”，培养化学核心素养
“多材一用”属于聚合思维，是一种创新思维，即在解决问题过程中，利用已有的经验与知识，将多种信息、线索指向同一个问题的思考方向，充分吸收各种方法的优点，寻找最好的方法去解决问题。教师在平时的教学过程中，通过演示实验、实验展示、微视频、课外化学实验、兴趣活动等多种形式，展示“多材一用”的实验原理，激发学生的创新意识，播下创新的种子。例如，“氣体的制取与性质”实验教学中，我们可从相关的方面（如制取、冷凝、干燥、防倒吸、量气、尾气处理等）引导学生开发“多材一用”装置，对各化学实验仪器的基本功能及拓展功能有明确的认识，在此基础上，再引导学生发散思维、拓展视野，示范引领、引导学生参与活动，以培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。
例如，图2都是固体与液体反应，不需要加热的实验装置，是同一实验原理的多种变式实验装置，它们都能达到相同的快速制取气体的目的。“多材一用”能培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。
三、课本实验再改进，渗透化学核心素养
化学教师在教学中可通过对课本实验的再设计，引领学生多角度思考问题，然后对课本实验进行改进。在实验改进的过程中，引导学生推理反应原理，建立认知模型，培养学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等核心素养；联系生活、生产实际，从环保、节约等方面改进实验装置，培养学生的“科学精神与社会责任”核心素养。
例如，改进二氧化硫制取与性质实验装置。改进1：利用套管，见图3；改进2：利用注射器，见图4；改进3：利用培养皿，见图5；改进4：利用Y形管，见图6。
改进后的实验操作简单、快捷，可以让学生做分组实验，实验现象明显，在实验过程中渗透“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”核心素养；学生动手实验，亲身体验，且设计的实验装置有新意，套管、注射器、培养皿、Y形管等仪器，不是中学实验室常见的化学实验仪器，开发这些非常规仪器的实验功能，渗透了“科学探究与创新意识”核心素养；让学生观察具体化学反应的实验现象，渗透了“变化观念与平衡思想”核心素养；这些改进的实验装置，装置简单、操作方便、试剂用量少、绿色环保，可培养学生的环保意识，渗透了“科学精神与社会责任”核心素养。
四、组合实验装置，体验化学核心素养
将中学化学常见的实验仪器进行组合，可提升化学实验的效率，激发学生的探究兴趣，培养学生的创新意识，让学生体验化学核心素养。例如，将氨气的制取与性质实验装置组装为综合实验装置（如图7）：音乐卡片可使微观的氨水导电性通过宏观实验现象体现出来，滴有酚酞的溶液变色可使“氨水微观电离显碱性”这一性质通过宏观实验现象表现出来，让学生体验了“宏观辨识与微观探析”核心素养；利用此装置，可做多种气体（如NH3、 HCl、SO2、 CO2等）制取与性质的实验，帮助学生认识喷泉实验的原理，体验“证据推理与模型认知”核心素养；组合的实验装置为一体化装置，快捷、高效，让学生体验了“科学探究与创新意识”核心素养；整套装置是一个密封的整体，环保且使用的药品比常规方法节省，让学生体验了“科学精神与社会责任”核心素养。
五、自制实验装置，提升化学核心素养
经过趣味化学实验、组合实验装置、课本实验再改进等活动，学生对化学实验装置有了比较深入的认识，在此基础上，教师或教师与学生一起自制实验装置，再利用自制实验装置开展实验探究活动，可进一步提升学生的化学核心素养。
例如，自制综合电化学实验装置（如图8）。此实验装置由两部分组成，分别为反应单元和检测单元。反应单元有电解槽、电镀槽、原电池；检测单元有电压表、电流表、小灯泡、音乐卡等。此装置既有具体的电流、电压数值显示，又有灯泡、音乐等直观现象显现，操作简单、实验时间短、实验效果明显，可提升学生的“宏观辨识与微观探析”核心素养；将原电池与电解池相结合，一套装置既可以做原电池实验（断开电源），又可以做电解池或电镀实验（连通电源），具有通用性，借助此自制装置进行实验，可提升学生的“科学探究与创新意识”核心素养；还可以拓展做趣味实验，如水果电池、氢氧燃料电池，方便探究原电池、电解池的各种影响因素（酸碱度、电极材料、电极之间的距离、是否使用盐桥等），通过此实验装置，观察电极反应现象，再根据化学实验现象，推测反应原理，在实验的基础上，帮助学生建立燃料电池、电解池、普通原电池、电镀等模型，提升学生的“证据推理与模型认知”核心素养；联系生活（如水果电池、自制消毒水、树叶书签等）、模拟工业生产（如绿碱工业、燃料电池、电镀等）、倡导环保节能等，可提升学生的“科学精神与社会责任”核心素养。
综上可知，化学实验仪器与装置贯穿中学化学实验教学的各个环节，如教师的演示实验、学生的分组实验、课外兴趣实验、青少年科技创新活动、发明与创造等。化学教师在教学中，以化学实验装置为切入点，由易到难，由简单到复杂，设计趣味化学实验、改进实验装置、自制实验装置、组合实验仪器等，再结合具体的化学实验探究活动，让学生在潜移默化中感知、体验、渗透、提升、“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等核心素养。
通过化学实验仪器与装置的改进，大大提升了学生的动手能力和实验设计能力，激发了学生的创新意识以及发明创造的动力，培养了学生良好的思考和行为习惯，为学生今后的学习与工作奠定了坚实的基础。
（责任编辑 罗 艳）
[关键词]化学实验；装置改进；核心素养
[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 1674-6058（2018）20-0065-02
化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”五个维度。化学实验是化学学习的核心与根本，化学实验离不开实验仪器与装置，化学实验仪器与装置的组装、改进是学生学习化学的重要内容。本文就如何以化学实验仪器与装置为切入点，培养学生化学核心素养进行了一些探究。
一、设计趣味化学实验，感知化学核心素养
改进实验装置，设计趣味化学实验，可让学生在神奇的化学变化中，感知化学核心素养。例如，CO2与NaOH溶液反应的实验现象不明显，我们可以通过改进实验装置（如图1），将其设计为趣味实验，使二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的实验现象形象化、直观化。学生通过直观的宏观现象，理解CO2与NaOH溶液的反应本质，体验“宏观辨识与微观探析”核心素养。这几个装置的实验原理类似，改进的目的都是放大体积变化的现象，让学生感知“证据推理与模型认知”核心素养。各种各样的实验装置设计，却能达到同样的实验目的，让学生感知探究与创新的乐趣，感知“科学探究与创新意识”核心素养；等等。
二、巧用“多材一用”，培养化学核心素养
“多材一用”属于聚合思维，是一种创新思维，即在解决问题过程中，利用已有的经验与知识，将多种信息、线索指向同一个问题的思考方向，充分吸收各种方法的优点，寻找最好的方法去解决问题。教师在平时的教学过程中，通过演示实验、实验展示、微视频、课外化学实验、兴趣活动等多种形式，展示“多材一用”的实验原理，激发学生的创新意识，播下创新的种子。例如，“氣体的制取与性质”实验教学中，我们可从相关的方面（如制取、冷凝、干燥、防倒吸、量气、尾气处理等）引导学生开发“多材一用”装置，对各化学实验仪器的基本功能及拓展功能有明确的认识，在此基础上，再引导学生发散思维、拓展视野，示范引领、引导学生参与活动，以培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。
例如，图2都是固体与液体反应，不需要加热的实验装置，是同一实验原理的多种变式实验装置，它们都能达到相同的快速制取气体的目的。“多材一用”能培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。
三、课本实验再改进，渗透化学核心素养
化学教师在教学中可通过对课本实验的再设计，引领学生多角度思考问题，然后对课本实验进行改进。在实验改进的过程中，引导学生推理反应原理，建立认知模型，培养学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”等核心素养；联系生活、生产实际，从环保、节约等方面改进实验装置，培养学生的“科学精神与社会责任”核心素养。
例如，改进二氧化硫制取与性质实验装置。改进1：利用套管，见图3；改进2：利用注射器，见图4；改进3：利用培养皿，见图5；改进4：利用Y形管，见图6。
改进后的实验操作简单、快捷，可以让学生做分组实验，实验现象明显，在实验过程中渗透“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”核心素养；学生动手实验，亲身体验，且设计的实验装置有新意，套管、注射器、培养皿、Y形管等仪器，不是中学实验室常见的化学实验仪器，开发这些非常规仪器的实验功能，渗透了“科学探究与创新意识”核心素养；让学生观察具体化学反应的实验现象，渗透了“变化观念与平衡思想”核心素养；这些改进的实验装置，装置简单、操作方便、试剂用量少、绿色环保，可培养学生的环保意识，渗透了“科学精神与社会责任”核心素养。
四、组合实验装置，体验化学核心素养
将中学化学常见的实验仪器进行组合，可提升化学实验的效率，激发学生的探究兴趣，培养学生的创新意识，让学生体验化学核心素养。例如，将氨气的制取与性质实验装置组装为综合实验装置（如图7）：音乐卡片可使微观的氨水导电性通过宏观实验现象体现出来，滴有酚酞的溶液变色可使“氨水微观电离显碱性”这一性质通过宏观实验现象表现出来，让学生体验了“宏观辨识与微观探析”核心素养；利用此装置，可做多种气体（如NH3、 HCl、SO2、 CO2等）制取与性质的实验，帮助学生认识喷泉实验的原理，体验“证据推理与模型认知”核心素养；组合的实验装置为一体化装置，快捷、高效，让学生体验了“科学探究与创新意识”核心素养；整套装置是一个密封的整体，环保且使用的药品比常规方法节省，让学生体验了“科学精神与社会责任”核心素养。
五、自制实验装置，提升化学核心素养
经过趣味化学实验、组合实验装置、课本实验再改进等活动，学生对化学实验装置有了比较深入的认识，在此基础上，教师或教师与学生一起自制实验装置，再利用自制实验装置开展实验探究活动，可进一步提升学生的化学核心素养。
例如，自制综合电化学实验装置（如图8）。此实验装置由两部分组成，分别为反应单元和检测单元。反应单元有电解槽、电镀槽、原电池；检测单元有电压表、电流表、小灯泡、音乐卡等。此装置既有具体的电流、电压数值显示，又有灯泡、音乐等直观现象显现，操作简单、实验时间短、实验效果明显，可提升学生的“宏观辨识与微观探析”核心素养；将原电池与电解池相结合，一套装置既可以做原电池实验（断开电源），又可以做电解池或电镀实验（连通电源），具有通用性，借助此自制装置进行实验，可提升学生的“科学探究与创新意识”核心素养；还可以拓展做趣味实验，如水果电池、氢氧燃料电池，方便探究原电池、电解池的各种影响因素（酸碱度、电极材料、电极之间的距离、是否使用盐桥等），通过此实验装置，观察电极反应现象，再根据化学实验现象，推测反应原理，在实验的基础上，帮助学生建立燃料电池、电解池、普通原电池、电镀等模型，提升学生的“证据推理与模型认知”核心素养；联系生活（如水果电池、自制消毒水、树叶书签等）、模拟工业生产（如绿碱工业、燃料电池、电镀等）、倡导环保节能等，可提升学生的“科学精神与社会责任”核心素养。
综上可知，化学实验仪器与装置贯穿中学化学实验教学的各个环节，如教师的演示实验、学生的分组实验、课外兴趣实验、青少年科技创新活动、发明与创造等。化学教师在教学中，以化学实验装置为切入点，由易到难，由简单到复杂，设计趣味化学实验、改进实验装置、自制实验装置、组合实验仪器等，再结合具体的化学实验探究活动，让学生在潜移默化中感知、体验、渗透、提升、“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等核心素养。
通过化学实验仪器与装置的改进，大大提升了学生的动手能力和实验设计能力，激发了学生的创新意识以及发明创造的动力，培养了学生良好的思考和行为习惯，为学生今后的学习与工作奠定了坚实的基础。
（责任编辑 罗 艳）