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綠色化學是世界科學可持續發展的需要，自1995年，由中國科學院化學部確定了《綠色化學與技術》的院士咨詢課題以來，我國的綠色化學也逐漸活躍起來。近幾年，隨著環境污染的日益加劇，生態環境的不斷惡化，人們越來越關注污染問題，綠色化學觀點的提出，讓許多與化學息息相關的行業都積極響應。面對學術界綠色環保的方興未艾，作為化學教育工作者，除了具有扎實的基礎知識以外，還應將環境污染、保護、治理等作為自己的研究方向。將綠色化學的理念根植于心，牢固樹立可持續發展的觀念，“計利當計天下利，求名應求萬世名”，正確處理可持續發展和綠色環保的關系，將綠色化學的十二條原則始終貫穿于化學教學實驗全過程之中，從一點一滴入手，培養并傳播綠色化學的理念，綠色化學強調的是原子經濟性，即在獲取新物質的化學原料中，充分利用每個原料原子，實現“零排放”，既充分利用資源，又從根本上解決污染物排放問題，讓這種理念時刻伴隨學生，隨著知識的積累而得到傳承和發展。在傳授學生知識的同時，還要引導學生正確認識科技發展的負面性：若保護不好環境，發展也會受到嚴重制約。在課堂上，教師可以提出關注較為廣泛的問題進行討論，比如：40年代初期發生在美國洛杉磯市的“化學煙霧事件”。光化學煙霧是大量碳氫化合物和揮發性有機物在陽光作用下，與空氣中其他成分起化學作用而產生的。這種煙霧中含有臭氧、氧化氮、乙醛和其他氧化劑。在1952年12月的一次光化學煙霧事件中，洛杉磯市65歲以上的老人死亡400多人。由此引出我國社會關注度較高的問題——霧霾的成因。光化學煙霧主要為氣態污染物，而霧霾則是大氣顆粒物，然而光化學煙霧最終生成大量的臭氧，增加大氣的氧化性，這導致大氣中的二氧化硫、二氧化氮被氧化并逐漸凝結成顆粒物，從而增加PM2.5的濃度。也就是說，光化學煙霧可能成為霧霾的來源之一。因為這種討論與我們每個人生活都息息相關，積極指導學生開展與化學相關的綠色環保行動，這既有利于知識的鞏固，又能增強學生的環保意識，使學生明白，我們生活的地球處處需要保護環境。
二、嘗試探索創新，推廣綠色實驗
眾所周知，很多化學知識都是以化學實驗引入并且加以驗證的，實驗是化學教學中的重中之重，如果能在基層教學過程中，大力推廣綠色實驗，勢必會將綠色化學貫穿整個教學。傳統化學實驗所使用的實驗藥品，以及伴隨實驗所產生的各種廢棄物，不但對環境造成污染，對師生的健康或多或少都會有一些影響。因此，在教學實驗中，教師應嚴格把關，Anastas和Warner提出了綠色化學的12條原則，這些原則可作為實驗化學家開發和評估一條合成路線、一個生產過程、一個化合物是不是綠色的指導方針和標準。
1.防止廢棄物的產生，比先產生后治理要重要；
2.合成方法應設計盡可能將所有起始物嵌入到最終產物中去；
3.只要可能，合成反應應設計成反應中使用和生產的物質對人體和環境無毒或毒性很小；
4.設計的化學產品應在保證其應有功能的同時盡量使其無毒或毒性很小；
5.盡量不用輔物質（如溶劑、分離試劑等），當不得已使用時，也應使用無毒物質；
6.能量消耗應是越少越好，應能為環境和經濟方面所認可，合成方法應在常溫、常壓下實施；
7.只要技術上和經濟上是可行的，盡量選擇可再生的原料；
8.應盡量避免不必要的派生過程；
9.盡量使用具有催化選擇性的試劑；
10.化學產品中的設計應保留其功能，減少其毒性，當完成自身功能后不再滯留于環境中，使之降解為無毒的物質；
11.需要開發實時、跟蹤監控的分析方法，預先監控有毒物質的形成；
12.化學物質及其在化工過程使用中的物態，應選擇潛在化學隨機事故（包括氣體泄露、爆炸和著火）最小的，等等。從以上論點可以總結出，化學實驗綠色化的內容包括：化學試劑、溶劑和催化劑的綠色化，盡量選擇低毒和可再生資源，溶劑盡量選擇水溶劑，避免采用有毒有害和揮發性溶劑，催化劑應首選采用無毒害、無腐蝕的物質；實驗劑量綠色化，在保證完成化學反應的情況下，盡量使用最小劑量的試劑、溶劑和催化劑；對實驗產生的“三廢”進行無毒無害化處理，確保污染程度降到最低。
三、激發探究精神，完善綠色化學
（一）開展微型化學實驗
微型化學實驗，就是以盡可能少的化學試劑來獲取所需化學信息的實驗方法與技術。雖然它的化學試劑用量一般只為常規實驗用量的幾十分之一乃至幾千分之一，但其效果卻可以達到準確、明顯、安全、方便和防止環境污染等目的。近年來，在我國化學實驗教學改革領域中，微型化學實驗蓬勃發展，引起國內化學教育界極大關注。目前微型化學實驗開展到分析化學、物理化學、醫用化學和高分子化學實驗的微型化探索，并取得了驕人的成績，逐漸形成了具有中國特色的微型化學實驗特點：微型儀器價格低廉且配套比較完整，在國際上具有很強的競爭力。此外，微型化學實驗與傳統實驗相比，具有明顯的綠色環保、節約藥品和節省時間的特點。微型化學實驗的優勢已經在教學中呈現出來，受到了廣大師生的歡迎。目前，國內已有800余所大、中院校開始采用微型化學實驗。
（二）探究精神在綠色化學實驗中的應用
面對這些可氣又可笑、看似學生應付了事或嘻嘻哈哈對待實驗的問題，我們不妨追根溯源地分析，從而發現，其主要原因有以下幾種：首先是學生缺乏訓練導致操作不熟練。現在很多學校受升學壓力或辦學條件限制，學生分組實驗開設率不高，有的演示實驗少做（抑或只看看視頻，或認為利用課件講解更方便，更不用說學生動手），一些偏僻、條件較差的學校根本不做實驗。當然，存在教師思想觀念問題（認為有的實驗太簡單不必做，說說即可，重講解輕演示，復雜的又不愿花時間和精力去做；認為做不做實驗與提高化學成績沒有必然聯系等），導致學生接觸儀器、藥品的機會很少，對其性能、用法、注意事項自然不熟悉。沒辦法像某書法家說的“有事沒事要經常把玩把玩毛筆，屆時寫起字來就胸有成竹、手到擒來了”一樣，輕松操作，如意把控。其次是實驗操作的相關要點多不能面面兼顧。每次實驗用到的儀器、藥品多，每一件（種）儀器（藥品）的使用需要注意的事項多，學生不熟練，就會顧此失彼，丟三落四。如倒液體藥品時，眼睛看到了，手卻配合不來，或手控制好了，眼睛卻兼顧不了試管，結果就很難倒取一定量的液體藥品；排空氣法收集氣體時，學生弄不清楚“長進短出”還是“短進長出”的本質，看不到空氣出口與相對密度的關系，只能隨意連接。只有學生自己弄清這樣操作的原因，在儀器的使用上反復練習，達到熟能生巧，做到多方兼顧，心到眼到手到。再次是學生對化學儀器、藥品心存敬畏而擔憂出錯。化學儀器多為玻璃制品，易碎還會傷人，不少藥品有毒或腐蝕性強，不少實驗要加熱或反應激烈發光放熱等原因，導致學生做起實驗就怕，擔心出錯、受傷甚至被教師批評，如清洗酸堿滴定管時，本來就小心翼翼，將滴管套在水龍頭下接水，擰開水龍頭時，因為水流太大嚇一跳，急于躲開，一扭就將滴定管弄破了，所以學生一說到實驗，能免則免，敬而遠之。最后，學生平時養成粗心大意、馬虎應付的習慣。現在很多學生是獨生子女，父母舍得花錢在孩子身上，有浪費現象時不給予糾正，更別說責怪，所以學生浪費藥品就順理成章；在家里父母細心呵護，事事包辦，可謂衣來伸手飯來張口，家務活幾乎沒做，動手能力差，儀器整理、衛生保潔意識薄弱，更不用說兼顧各種操作細節、兼顧周圍同學的安全、實驗后的儀器清洗和整理。
二、正確對待，有效解決
以上列出了幾種學生做實驗時存在不足的原因，有客觀條件限制和學生主觀因素，接下來就是如何正確對待、有效解決。雖然可以從改善做實驗的條件、改變學生習慣等方面入手，但我認為解決問題的關鍵是教師。比如學生“左顧右盼，遲遲不肯動手”是因為實驗前沒有預習，不知道“要做什么實驗，用什么儀器和藥品，取用的順序是什么，需要注意哪些事項，觀察哪些現象”。學生做實驗時肯定手足無措，慌亂不知其所以為，只能邊看書或邊看同學做，一步跟一步，做完仍然渾渾噩噩。對待這樣的問題，教師如果僅僅從表面上看，則必將忽略其癥結是沒有預習，而且很容易看不順眼，甚至激起怒氣，接下來必定是狠狠地批評、教育學生。這樣不僅會拉遠與學生的距離，還會導致惡性循環，使學生對化學越來越不感興趣。由此可見，如果只看表面現象就采取行動，只是治標不能治本。那么，如何透過現象看本質，避免頭痛醫頭腳痛醫腳呢？教師要從兩個方面努力。首先，教師要降低眼界。教師不僅在知識上有高度，而且有豐富的經驗，實驗時自然是順手拈來，看問題時難免高高在上，分析問題時面面俱到。結果，教師就會想當然地認為實驗簡單，學生一定懂，而不是耐心地加以指導、透徹分析；總是戴著挑刺的眼光看待問題，重點就在學生的錯處而不是為什么會錯；采取的行動就是劈頭蓋臉地一通批評，而不是靜下心來，用理解的心態，對其行為動機、行為結果進行正確的歸因，從出錯的根源上分析。只有教師降低眼界了，才能心平氣和，才能糾正學生的錯誤，和學生一起做好實驗。可見降低眼界地看待問題，必定會事半功倍，進而有效解決問題。其次，教師要換位思考。換位思考是要教師學著做學生，將自己設想成一個學生，與學生實現心理換位。對學生來說，知識上知道得不多、不全；技能不強、不熟；性格上有些調皮和稚氣。盡管如此，他們卻一心想要做好實驗。教師要沉下心來，從學生的實際情況出發，分析學生為什么會出錯，是主觀意愿還是客觀條件限制。只有知道學生是怎么想的，才能與學生產生共鳴，指導和改進教學方式。在教學中，教師如果能成功地與學生角色轉換，重新看待同樣的問題，往往就會有更大、更新的發現。化學學科的體系嚴密，對思維的邏輯性要求很強，教師如果能在教學中合理運用心理換位策略，就能求得與學生思維上的同步，讓學生認為“教師講的或教師給予的正是我需要的”，就像教師與學生“心有靈犀一點通”一樣，使教學過程得到優化，真正有效提高教學效率，促進學生的發展。
三、結語
2008年上海高考第12題取材于筆者在《化學教學》發表的論文“試紙上的微型電解實驗”[1], 該題依據實驗中的現象,由于采用簡單易行的微型化學實驗操作,實驗真實性得以顯現,在知識與能力的考查基礎上更加培養學生科學求實的態度。
自從29屆國際奧林匹克化學競賽實驗試題采用微型化以來,國內各類化學試卷中都不同程度地出現以微型化學實驗為背景的題目。試題中的信息在學生中快捷、廣泛地傳播;從以微型實驗為情境的化學習題入手,另辟蹊徑,可以展現微型化學實驗儀器的應用,表達綠色化學的設計理念。
從期刊的影響力出發,筆者從目前化學教育研究領域比較權威的三刊(《化學教學》、《中學化學教學參考》、《化學教育》)以及以實驗儀器研究為特色的期刊《教學儀器與實驗》中的微型化學實驗論文中取材,從不同角度出發編擬化學習題。
1以微型反應裝置創設情境
如同常規實驗裝置的組裝目的一樣,微型實驗儀器同樣可以完成氣體的制備、物質的合成、氣體的干燥和凈化、尾氣的吸收等基本操作。以此創設化學試題情境,考查基礎知識、基本技能。表面上看,只是提供給學生化學常規實驗裝置的縮微化,但儀器的微型化給解題帶來了陌生感,尤其是儀器體積小帶來的特殊操作細節,例如試劑的取量、反應程度的控制、尾氣處理等――這些都是實驗論文作者闡述的實驗注意點,也恰是學生在實驗操作中容易忽略的因素。
例1、硫化氫是一種有臭雞蛋氣味的有毒氣體,采用常規儀器進行制備和性質檢驗,常因氣密性不佳而對環境產生污染。周老師采用六孔井穴板和注射器組裝出以下微型反應裝置(如圖1所示),向各井穴加入指定的試劑與物料,然后用生料帶纏繞井穴塞1-2圈后插入6 孔井穴板的井穴中并旋緊塞子,使井穴塞緊密地蓋住井穴,以細乳膠管把前一單元出氣管與相鄰單元的進氣管逐一連接起來,保證沒有硫化氫泄漏。該實驗無需通風櫥即可進行,對反應廢物摸索了實驗后處理方法,體現了綠色化學實驗的要求[2]。
(1)1號井穴里裝有少量FeS固體,實驗裝置按圖搭建完畢后,把吸有稀硫酸的注射器緩緩下推,就可以有連續平緩的氣流產生。請問1號井穴孔發生反應應為_______________________________。
(2)2號井穴內只放入一張濕潤的白色醋酸鉛試紙,且“短管進、長管出”。其作用是(填寫兩點):____________________________________。
(3)3號井穴孔盛放少量溴水,其主要作用是證明H2S的____________________(能呈現出該性質的),還可以用____________________溶液代替。
(4)4、5、6井穴孔分別盛放了0. 1 mol?L-1 ZnSO4、0.1 mol?L-1 CdSO4、0. 1 mol?L-1 CuSO4溶液,在實驗中分別產生了白色、黃色和黑色沉淀,說明了這些金屬硫化物的________(性質)。
(5)7號井穴孔盛有________(填寫藥品),其目的在于____________________。
評點:該題主要考查硫化氫氣體的制備、氣體檢驗、性質驗證、尾氣處理等。一切都基于基礎知識、基本技能,只是通過微型化學實驗裝置呈現情境。
答案:(1)FeS+2HCl=FeCl2+H2S; (2)緩沖作用(安全瓶), 檢驗硫化氫氣體; (3)還原性, 酸性高錳酸鉀; (4)難溶性; (5)NaOH溶液,吸收尾氣
例2、“電凝聚氣浮法”是一種工業上處理廢水的常用方法,我們用塑料多用滴管作為載體,以微型實驗的形式呈現了該方法的原理。先在100 mL燒杯中加約50 mL蒸餾水,再添加3滴CrCl3溶液作為無機污染物,另加少許泥沙和硫酸鈉,用玻璃棒攪拌使之渾濁,得模擬廢水,標記為A。用塑料多用滴管吸取廢水A,從液泡兩側分別插入兩根大頭針(兩針不相互接觸), 用鱷魚夾、 導線將兩根大頭針與電池(9V)相連,即可對廢水進行電解[3]。
(1)電解開始,陰極釋放出大量氣體,請寫出電極反應式________________________________;
(2)陽極現象不明顯;片刻后,溶液中生成大量綠色沉淀,隨著陰極氣泡大量逸出,綠色沉淀隨之上浮至液面。已知大頭針主要成分為鐵,請推測陽極可能發生的兩個反應式為:____________;
(3)綠色沉淀中不僅包括由陽極產生物與溶液酸堿性變化而生成的不溶物,還包括沉淀_______(填寫化學式),這就表現出對污水中的金屬離子進行清除。
(4)本實驗中在電解液中添加硫酸鈉的目的是____________________。
(5)另取一份相同廢水,滴加3滴苯酚溶液作為有機污染物,再加3滴亞甲基藍使其顯示顏色,添加食鹽至飽和,標記為B;用塑料多用滴管吸取廢水B,采用如上圖的裝置,只不過將陽極大頭針更換成全活動鉛筆專用筆芯,在電解后的溶液中滴加FeCl3溶液不發生顯色反應,說明____________。更換陽極材料原因是__________________________(用電極反應式說明);
評點:化工生產是化學教學的重要內容,但一直是實際教學中欠缺的,通過微型化學實驗模擬實際問題可以幫助中學生了解化學與技術、體會時代性增強學生學習的使命感和責任感。該類試題適用于《化學反應原理》模塊的“電解池”、《化學與技術》模塊中的“水處理技術”、《化學與生活》模塊中的“化學與環境保護”,以及《實驗化學》模塊中提出的“能發現學習和生產、生活中有意義的化學問題,并進行實驗探究”。
答案:(1)2H++2e-H2; (2)Fe-2e-Fe2+,Fe2++2OH-Fe(OH)2; (3)Cr(OH)3;(4)增強導電性; (5)苯酚在陽極釋放的強氧化性氣體作用下已發生了轉化,避免陽極材料本身被氧化。
2以微型實驗引導實驗改進思維
在各大期刊發表的微型化學實驗論文多為一線化學教師或高校實驗研究者發表,如果只是簡單地在學生面前重現這些素材,對他們自身的實驗素養提高有限;而通過試題的巧妙設置,將學生也引入到對實驗的設計思路中去,有利于提高他們對微型化學實驗的深刻認識,也有利于他們創新思維的發展。
微型化學實驗不是常規實驗的簡單縮微或減量,而是要在微型化的條件下對實驗進行重新設計和探索,達到以盡可能少的試劑獲取盡可能多的化學信息的目標。
例3、用一個小注射器和小塑料反應管做反應儀器,兩者中各有一種化學物質,反應后將注射器針頭扎入一根帶火星的香煙里推動活塞,發現竄起一大串火苗[4]。請問,塑料試管中盛放藥品為________,注射器中盛放____________藥品。該實驗可以代替常規實驗中的實驗是_______________。
評點:注射器是化學實驗改進中常用的替代品,在微型化學實驗中常常需要挖掘其功能進行設計,在命題中應用中能幫助學生體會到。圖3中的注射器代替分液漏斗,圖4中的注射器起到氧氣收集的作用。
答案:MnO2,雙氧水,氧氣的制備和氧氣的助燃性質
3以微型實驗題干提供探究和評價的平臺
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近年來科學探究實驗在化學新課程考試中廣被重視,這些實驗題不再象以往的實驗題平鋪直敘――單純的“課本知識加實驗加填空”,也不象大學知識“下放”的新信息實驗題,而是促使考生多想實驗的整個過程:“做什么”、“怎么做”、“為什么這樣做”、“選取哪些因素作為實驗變量”、“可能什么原因”、“還有沒有更好的改進方法”、“這樣的實驗有什么實際用途”等等,更加促使考生像科學家一樣進行探索,達到真正考查科學思維的目的。微型化學實驗與常規化學實驗相比,一樣能提供符合教學需要的實驗內容,更能提供多個相關實驗的優化設計過程和滿足使用者自主探究的基本條件[5]。以微型化學實驗論文素材命題,為訓練學生探究思維和評價能力提供了一個適宜的平臺,也為一線化學教師提供了巧妙的探究思路,有助于教師拓寬視野。
例4、紫甘藍,又名紫卷心菜,所含花色苷色素的顏色會隨pH改變,一般遇酸變紅,遇堿變綠。向點滴板上一凹槽滴加一滴紫甘藍汁,再滴加一滴硫酸鈉溶液,用連接導線的鱷魚夾各夾住一根鉛筆芯,將電極一端浸入紫甘藍汁液面以下[7]。
(1)當導線分別與電池兩極相連,發生現象是:
陽極_______________________________;
陰極_______________________________。
用鉛筆芯將兩極所在位置的溶液攪拌均勻,發現整個液滴呈現紫色,(用離子方程式)說明發生反應為_________________________________;
(2)若采用大頭針作為______極電極,則對以上實驗現象有極大干擾,這是因為_____________;
(3)以各類典型的酸堿鹽溶液作為輔助試劑加入紫甘藍汁中,以鉛筆芯作為電極進行電解。請預測實驗現象并完成下表1:
(4)將添加NaCl溶液的甘藍汁電解后溶液攪勻,最終竟然消褪為無色。這是因為__________;
(5)以上實驗是以_______、_______作為變量開展的探究活動,如果你是實驗設計者,從該實驗的特點出發,你還會挑選_______作為變量。(開放性問題,答案合理即可);
(6)如果你是實驗競賽的評委,你將該實驗與你們常見的電解實驗對比,請提出一些評價意見(至少寫出兩點,開放性問題,答案合理即可)。
評點:微型化學實驗試題取材于實驗探究論文,突出真實性;注重實驗條件,突出思考性。本題不僅以紫甘藍汁作為創新情境考查電解規律、中和反應等基本原理,還從異常現象原因探究、變量控制等角度促使學生對實驗原理進行深層思考,并且通過開放性的問答培養學生評價和鑒別能力。
答案:(1)2H2O-4e-O2+4H+; 2H2O+2e- H2+2OH-; H++OH-=H2O; (2)陽極;作為陽極的金屬電極比水更容易被氧化,產生有色離子如亞鐵離子、鐵離子對甘藍汁顏色有干擾; (3)電極附近溶液變紫,有氣泡產生;電極附近有大量氣泡產生;紫色;迅速冒出刺激性氣味的氣泡,電極附近溶液變紅;迅速冒出氣泡,電極附近溶液變紅; (4)電解NaCl溶液陽極產生的Cl2將電解對象漂白; (5)電極,電解質溶液;載體、電解體系等; (6)參考評價意見:評價之一:紫甘藍汁不僅充當電解對象,還兼作實驗中的酸堿指示劑,一舉兩得;評價之二:該微型實驗只采用了一滴紫甘藍汁液作為電解對象,降低成本,操作方便,大大減少了實驗時間,適合學生自己動手操作觀察探究;評價之三:紫甘藍汁取材于純天然,整個實驗用量又是微量,所以充分體現綠色環保的理念;評價之四:實驗現象明顯,有利于學生加深對電解本質的理解。
4 反思
在科學教育中引入習題的初衷是鞏固和加深對知識的理解,考查學生掌握知識的水平,培養學生應用知識解決問題的能力。每一道習題都是從原始問題抽象而來,然而有相當一部分已經把其中的一些次要細節、非本質的聯系舍去,也沒有將科學現象與事實作為背景,甚至完全脫離科學現象,學生思維的一部分已經被習題編制人員“越俎代皰”地完成了。同時,習題教學還存在著模式化傾向,缺乏科學思想的分析,太重視程序與計算、熟練與技巧。因此,在一定意義上說,我國學生創造能力的匾乏是習題教學的直接后果。事實上,科學最重要的基礎是源自實驗現象的,首都師范大學專家曾提出通過引進原始問題來逐步使習題教學與原始問題教學相結合,從而達到提高科學教育效能的目的。而發表在各種期刊上的實驗論文能表現論文作者所作出的技術性和認知性研究的原始工作,是教學科研過程中的一種生成資源[8],也是原始問題的一種表現形式。筆者近年來以微型化學實驗為主要研究方向,并嘗試將所設計的原創實驗素材融合入課堂教學、探究活動中,發現對提高學生解決問題能力、實驗分析評價能力有較明顯的促進作用;于是進而取材命題,拋磚引玉,目的之一是及時推廣課程改革中來自教學一線和高校專家的實驗研究經驗,從而使研究成果迅速轉化為“生產力”,不斷推動實驗教學研究工作向縱深發展;更希望這些原汁原味的實驗素材呈現出反映科學概念、規律本質的原始問題和未被加工的典型實驗現象和事實,使學生大腦充分開放、思維觸角充分發展,體會到與原論文作者研究過程中類似的思路和體驗,甚至在條件允許前提下,用微型化學實驗這種耗材少成本小的實驗手段完成符合綠色化學理念的驗證、改進和探究,達到知識升華的目的。
建議化學命題者可以認真研究各種期刊登載的微型化學實驗專題文章,將其素材開發為創新試題:具有提問多樣化、知識探究化、信息情境化以及形式開放化等多方面特點,為促進化學習題教學提供優質的題材[9],同時也促進微型化學實驗能在中學得到普遍重視和合理應用。
參考文獻:
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作為化學教師要善于設計創新性實驗，與教材中的既定實驗相比，學生更加喜歡教師或學生自己所設計的實驗。教師要摒棄傳統“師講生聽”的教學模式，而是采取循循善誘、逐步引導的方式，來啟發學生對實驗進行深思，以達到順利完成實驗的目的。例如，在測試“酸堿鹽溶液的導電性”時，實驗過程會占據很多時間，為了克服這一問題，可以講課本中的實驗改為一個并聯電路，對幾種物質的導電性同時進行實驗，既省時又省力，還有助于對比和比較。又如，“氫氣與空氣混合爆炸”的實驗難免會給人一種恐懼感，如果采用電點火式，對實驗進行遠距離操作，不但克服了危險問題，而且提高了實驗的科技含量，激發了學生的科學探究精神，同時對教師產生了由衷的敬佩，有助于拉近師生之間的距離。此外，對于一些具有較強開放性的實驗，可以由學生自己進行實驗設計，并自主驗證實驗結論，例如：如何捕捉空氣，實驗方法多種多樣，可以鼓勵學生自己設計實驗來驗證自己的想法，有助于激發學生的創新熱情。
二、開展多種課外實驗，提高學生科學素養
組織學生開展化學興趣小組是拓展課外教學活動的有效方式，除了可以在課外活動中擴展基礎知識之外，還可以進行化學趣味實驗，例如：制作相應的實驗教具、組織學生進行參觀活動、進行社會實驗調查等。在小學合作活動過程中，教師要鼓勵學生發揮自身的特長，促使他們經常動手、動腦、參與實驗。作為學校，應每年都舉辦科技文化節，將化學晚會作為其中的專項內容之一，學生可以在晚會上表演趣味魔術、化學實驗、小游戲等各種節目，當學生們興致盎然的觀看各種化學節目時，不但有助于激發他們的化學興趣，而且加深了學生對知識的掌握和把握，提高了學生的化學實驗技能。當學生聽到爆竹聲聲時，自然會想到不純氫氣被點燃時發出的爆鳴聲；當看到清水變色時，自然會主動思考其中的原理等，有助于激發學生的求知欲望，調動學生的學習的積極性。此外，教師要結合教學實際，組織學生進行社會調查，例如，在教學“水是人類寶貴的自然資源要求學生調查家鄉水資源的變化；學習“燃燒和緩慢氧化”時，指導學生對加油站、糧庫等場所觀察“嚴禁煙火”的標志；還可以讓學生以自己家中的廚房為實驗場所，觀察家庭廚房中的現有物品，如：菜刀表面的銹跡、熱水瓶內的水垢等。通過以上課外活動的開展，可以讓學生充分感受到化學就在我們身邊，從而增強學生對化學的學習興趣。
三、重視實驗的安全性，保證實驗成功有效
安全第一，這是任何實驗的首要保證，只有在安全的前提下我們才能談及實驗的改進和效果的追求，因為如果實驗給師生帶來了身心上的傷害，不但無法完成預期的實驗目標，更嚴重的是會給學生帶來心理陰影，讓學生喪失學習化學的興趣，所以，無論是什么實驗，我們首先要考慮的是實驗的安全性。首先，要及時消除實驗中的不安全因素，比如如果將H2、O2的混合氣體放到鐵皮罐內或玻璃瓶中會發生爆炸的危險；第二，操作一定要規范、正確，避免意外的發生，對師生身心健康造成傷害。比如給試管加熱時不能將試管口對準人，再比如，如果制取的氣體有度一定要保證裝置的氣密性避免氣體發生泄露；第三，實驗的內容一定要科學合理，方法可靠，避免發生誤解或造成事故。另外教師一定要充分預備實驗，思考實驗應該注意的事項以及實驗中可能發生的問題，把握成功的關鍵，從而保證實驗過程順利安全。
四、結語
1.對實驗老師的要求。
（1）實驗小組的作用。
指導實驗的老師組成一個小組，根據不同專業學生的學習要求，選訂適合的實驗教材。如果沒有合適的實驗教材，可以根據學生的具體情況自編合適的實驗講義，學生人手一冊。每個實驗要求不同，有的實驗需要制表，有的實驗結果數據處理時需畫圖處理數據。實驗教師根據每個實驗，制定實驗報告模板，統一實驗報告的格式，均人手一冊。每個實驗指導老師要不斷提高自己的業務水平、教學水平。每個實驗開始教學前全體指導實驗的老師要集體進行預實驗及備課，通過預實驗，掌握實驗的實際情況，具體問題，合理安排實驗各環節的時間，如講解時間、實驗時間、討論時間等。集體備課時，要對實驗中可能出現的問題有充分的估計，可能會出現什么問題，如何解決。對于特殊的班級、特殊的學生，應特殊考慮，比如少年班的學生年齡較小，思想活躍，獵奇心強，個性鮮明，喜歡主動大膽地去嘗試，這樣，對于可能出現的情況就應有全面充分的考慮，并有相應的預案。集體備課有統一的教案，規范統一每個實驗的實驗內容，講解討論的內容、示范操作內容、提問的內容。每個實驗都制訂了實驗規范，對實驗操作各個環節、實驗報告的各部分得分點統一評價。實驗后或下次實驗集體備課時在集體備課教案上加入實際實驗的時間、存在的問題、處理意見以及建議等，逐步完善實驗。實驗室人員要嚴格按照實驗大綱、實驗項目、實驗時間排課。
（2）實驗內容。
結合理論課學習內容，按照本門實驗課的教學目標、實驗大綱、實驗小組擬定實驗項目，實驗項目大多數相對穩定，同時新增與學科發展前沿有關的實驗內容。實驗課中還利用了我校新建的仿真模擬實驗室，仿真實驗是化學實驗教學的一種嶄新的實驗教學方式，具有很多優點。可以讓學生涉及更廣泛、更加大規模的實驗經歷，同時在實驗中可以進行大膽的嘗試，允許失敗，可以實施在實際實驗中絕對不能有的操作，體會在實際中的不當操作的傷害性，得到震撼和警告，從而嚴格杜絕實際實驗中的危險錯誤操作。對于課前預習，采用網上答題預習，使學生對實驗的原理內容有基本的了解，有疑問帶著問題做實驗，從而有的放矢，達到良好的實驗效果。
（3）做好實驗課前后的工作。
實驗指導老師實驗課前應提前到實驗室，熟悉實驗室的整體布局，水路、電路設置，通風設備、廢液回收地點，實驗試劑、器材擺放情況。實驗時每個班分成若干實驗小組，一般一人一組。實驗臺的打掃整理也是實驗的必不可少的組成部分，實驗后學生打掃實驗室，保證實驗室和實驗前一個樣。指導老師檢查每組學生實驗數據，在實驗原始記錄上簽字，學生實驗后寫出實驗報告，教師認真按實實驗規范批改、評定。
（4）實驗課件的制作。
實驗課前的講解，除了傳統的教師學生面對面講解外，對于實驗的演示，由于采用傳統教學方式，教師演示時由于學生較多，看不清教師操作，我們對于分析化學實驗的基本操作部分、儀器使用部分還拍攝了視頻片，上傳至實驗中心網站，這樣學生觀察得比較清楚，而且還便于學生多次觀看。
（5）實驗考核。
實驗課承擔培養學生的動手能力、訓練基本實驗技能的任務。考試是檢驗實驗技能的必要手段。實驗成績由幾個部分組成：實驗操作考核成績，實驗課筆試成績，平時實驗成績。每學期實驗課結束，進行實驗操作考核，考核本門實驗的基本操作、儀器使用；進行實驗課筆試，采用開卷形式，考核學生獨立處理實驗問題的能力。操作考核、筆試成績均作為實驗成績的一部分，再加入平時實驗成績，作為實驗課總成績。
（6）開放實驗。
一般高校的實驗室大多是服務本科教學需要的演示性、驗證性實驗室，功能單一，而且實驗教學手段落后，教學內容簡單，在當前形勢下已經不能適應教育改革的需要，不能滿足學生培養創新思維提高動手能力的要求，這就需要我們建立一套科學合理的開放管理體系，實驗中心設有開放實驗室，創造一個開放式的實驗環境。增添新內容，增加綜合性、設計性實驗，允許學生自選課題，為學生實踐活動提供實驗平臺。鼓勵學生課外科技創作，激勵學生培養創新思維和創新能力。提高儀器設備使用率的同時，又能帶來一定的社會效益和經濟效益。
2.對學生的要求。
（1）學生在實驗前必須書寫實驗
預習報告，熟悉實驗原理、實驗過程、儀器的使用、試劑的使用處理。如果有疑問帶著疑問聽課，在實驗過程中疑問就會解決。示教過程中要認真聽講，仔細觀察，實驗中仔細操作，如實記錄實驗數據，保持臺面地面的清潔衛生。實驗后清洗干凈本組實驗儀器，打掃臺面地面，養成良好的實驗習慣。實驗后寫出實驗報告。
（2）低值易消耗儀器管理。
實驗中心制訂了消耗儀器管理辦法。實驗室是學生學習實驗技能的重要場地，為學生提供實驗平臺，允許每一位學生在實驗期間有正常的儀器消耗，對于過多的儀器損壞應照價賠償。
二、實驗室管理
1.實驗室制度。
實驗室管理制度是實驗教學工作正常運轉的根本保證，只有建立嚴密、科學的規章制度，才能為實驗室各項工作規范化提供有力保證，保證實驗室儀器設備的安全和有效運行，確保實驗室教學、科研工作的順利進行。建立健全完善的管理制度才能使實驗室的各項工作有章可循、有法可依、有據可查，管理規范化、程序化，職責嚴明，分工明確。有了規范的規章制度辦事，抓好落實，積極督促，嚴格執行，使這些制度在實驗室管理中發揮作用。實驗中心制定了完備的實驗室制度：《實驗室基本信息統計制度及工作檔案管理制度》、《儀器設備管理制度》、《低值耐用設備及工具管理辦法》、《實驗設備及器材借用損壞丟失賠償制度》、《化學教學實驗中心安全制度》、《學生實驗制度》、《物資管理制度》、《實驗室安全衛生制度》、《化學實驗室規則》、《實驗室學生實驗管理制度》、《學生實驗制度》、《化學教學實驗中心師資隊伍建設規劃》、《化學教學實驗中心考核制度》、《實驗課程須知》、《化學實驗課成績評定辦法》等，制度是規范的保障，在制度的指導約束下，實驗教學有序進行。
2.實驗室安全。
化學實驗室的工作，與化學試劑、儀器接觸較多，實驗室安全是第一大事。實驗室人員要非常熟悉每個實驗的原理目的、每臺儀器的操作規程和注意事項。清楚每種試劑的性質，實驗室試劑要造冊登記，專貯于試劑庫，出入均有登記，危險品專柜保存，劇毒藥品專柜雙鎖雙人管理。學生每學期第一次進入實驗室前要進行安全教育，學習實驗室安全制度，進行火災演練。實驗室配備了滅火器、沙箱、防火毯、醫療箱，防止意外事故發生。每次實驗后關好實驗室門窗，水電源。
3.儀器設備維護。
實驗室人員實驗前要對儀器進行調試，保證儀器良好運行，健全儀器管理規章制度，對有小故障的儀器及時維修，對小型儀器應有備用儀器以供正常的實驗教學需要。對不能運轉的儀器及時聯系生產商維修，每學期末要對儀器進行一次徹底維護。大型儀器做到專人管理，專人操作，定期檢查和維修，面對校內及社會開放。充分利用儀器，真正做到合理使用，提高設備完好率和使用率。
4.廢液管理。
1.1實驗教材教具的準備工作
選擇與本校實驗條件相匹配的實驗項目及教材，是保證藥物化學實驗效果的前提條件。教材或實驗講義中應避免含糊不清的字眼或有歧義的實驗流程，加強實驗設計及規劃，明確每次實驗的知識點、操作技能點、實驗目標與要求。編排好與理論內容銜接的實驗進度，藥物化學本科教學實驗內容應向藥物的質量控制、配伍禁忌、生產及儲存保管等更貼近生活、符合工作崗位需求方面的內容傾斜，注重實驗內容的實用性，確保實驗項目對學生崗位勝任能力的提高有所幫助，真正實現理論與實踐融合。重視多媒體、視頻教學在實驗講解中的作用，在實驗過程中那些比較復雜的裝置和實驗現象，如果單憑教師的講解和示范，可能會耗費不少時間和精力而效果并不理想，采用多媒體及視頻錄像輔助教學，使實驗講授更加生動、形象，使學生感受直觀，記憶深刻，學習效率提高而不良習慣、不規范性操作大大減少。
1.2實驗儀器設備及耗材的準備工作
實驗員對儀器要進行日常保養、常規檢查，使用前對儀器進行調試，保持儀器的良好運行狀態，不可用的儀器設備及時報廢并重新申請購買；對藥品、試劑及時盤點并按要求新鮮配制，確保其有效性和濃度的準確性；對實驗環境中可能存在的危險隱患進行排查，確保實驗室水、電、通風狀況良好；實驗員應提前準備實驗，并隨時在崗，對學生所需的部分實驗耗材隨時提供和補充。
1.3帶教教師的教學觀念的更新與轉變
教師是實驗教學的引導者、策劃者和監督者，在實驗教學中起著非常重要的作用。實驗教學中發現，學生的實驗態度很容易受到帶教教師的影響，教師教學態度嚴謹與否將直接影響實驗教學效果，教師應該充分認識到課堂教學態度的重要性，重視實驗在職業素質養成中的重要作用，特別是對其思想品德、群體合作性、工作習慣、學習創造力的培養。
1.4帶教教師預實驗
實驗開設前，帶教教師應進行實驗預試，利用相同的實驗儀器設備、試劑、原料，在相同的實驗條件下進行實驗預試，可幫助教師明確實驗的時間分配和安排、發現實驗中可能出現的問題并找到解決的方法、預測實驗應達到的目標結果、優化實驗流程、設計產品的回收與利用的方法、歸納需講解或討論的主要問題等。如性質實驗，用原料藥和藥品來做性質實驗有很大的差異，限于藥品管理制度，部分原料藥的采購并不順利，如果改用藥品來做，應通過預實驗估算藥品和試劑的取用劑量、濃度，調整實驗步驟和實驗條件，以得到明顯的實驗結果。
1.5學生實驗預習工作
學生對實驗課的重視程度往往低于理論課，能主動預習實驗的并不多，實驗課中邊看講義邊操作，做完實驗再回頭思考原理的現象較為普遍，從而使實驗課教學達不到預期的目的和意義。實驗開始前，學生應通過查找工具書掌握實驗原理、實驗目的、實驗流程，對反應類型及反應中涉及的原料、試劑、中間產物、終產物的理化性質有充分的了解，對試劑的用法、用量有初步的估算，對實驗中危險有害因素有所預見和對策，對實驗中可能用到的儀器設備能熟練操作。藥物化學實驗中的制備實驗，往往耗時比較長，且有些實驗的儀器需要預干燥（如阿司匹林的制備），預習工作能有效減少實驗耗時及錯漏，提高實驗效率和效果。在綜合設計性實驗中，則可先由教師提出實驗題目及要求，以小組為單位自行制訂設計實驗方案，最后教師確認實驗方案后開展實驗。學生通過預習或設計，對實驗有一定的思考，把學習真正變成創造性的活動，學會提出問題、分析問題和解決問題的科學方法，開拓思路，熟悉和體驗研究過程，最終形成科學的思維。
2實驗中
2.1帶教教師加強實驗過程的監控與管理
在實驗過程中，加強實驗過程指導，參與學生的實驗討論與分析，了解學生的實驗思路，要求學生仔細觀察，規范操作，對實驗現象及結果如實記錄，帶教教師依據預先設計好的實驗考評項目，在實驗中給予評價，考查學生的實驗態度、儀器使用和實驗操作的正確性，提醒學生保持臺面、地面的衛生整潔，促進其養成良好的工作習慣。實驗課堂較理論課堂更利于師生的認識和交流，在實驗帶教中，教師應秉承理解平等、合作民主、肯定激勵的原則開展實驗指導工作，師生感情升溫，學生學習興趣、積極主動性增加，能進一步提高課堂教學的有效性。帶教教師對實驗過程的監控與管理，能幫助學生及時發現實驗中出現的錯漏，規范學生的操作行為，促進其良好職業習慣的養成。
2.2適時開展組間競賽及觀摩
學生在實驗中表現為3種類型：低頭族或懶惰型、認真但反復失敗型、好又快型，教師監管的重點落在前面2型，除督促和指導外，可適時開展組間競賽及觀摩，學生們相互監督、檢驗實驗步驟和階段成果，對實驗過程中出現的實驗現象變化進行討論分析，能有效調動學生的主觀能動性，有助于實驗的順利推進。
2.3重視實驗過程記錄
部分學生的實驗記錄直接記錄在實驗講義、教材空白處或小紙片上，記錄凌亂不規范，言語含糊不清，小組的其他成員看不懂，直接影響實驗報告的書寫。引導學生重視實驗過程的記錄，規范記錄內容（包括實驗操作、資料來源、所用試劑、現象、后處理、結果的記錄）及實驗報告的書寫，以能夠依據實驗報告實現實驗的“重現”為目標要求。
2.4中間產物的鑒定
國內大多數院校的制備合成只是對終產物進行鑒定及分析處理，缺乏對中間產物的鑒定，一般由帶教教師憑借以往經驗判斷指導下一步的操作。可借鑒巴黎第七大學的經驗，開展校企合作，完善實驗室條件，對反應條件控制和中間體鑒定的質量較好，經初步鑒定（薄層和熔點測定）之后的中間產物，通過測試中心，及時將紅外和核磁圖譜打譜提供給學生，更能有依據地指導其后繼的實驗，學生能充分體會藥物制備的工藝流程，拓寬其知識領域，加強其責任感和自信心。
3實驗后
3.1報告書寫與批改
實驗報告是傳統的實驗課的考核形式，是反映學生實驗思路、實驗過程、實驗成果的重要書面材料，也是實驗評價的主要依據。帶教教師應督促學生需如實描述自己制備的產品特征、計算收率，以實驗思路清晰、分析討論合理得當為主要評價指標，而不單純地注重產量與結果，在批閱時指出存在的不足或改進的方法并及時將實驗報告返還給學生，培養學生對待科學的嚴謹態度，提高學生分析問題、解決問題、表達問題的能力。同時，帶教教師應廣泛、深入收集學生對實驗項目的相關反饋信息，改進實驗服務、優化實驗流程，對實驗細節及注意事項進行補充，集思廣益，使實驗方案更加完善。
3.2產品回收和利用
傳統藥物化學的實驗以學生按部就班地完成教材要求的實驗為主，對于學生實驗合成出來的產品不夠重視，學生辛苦制得的產品無人問津，沒能得到充分的利用，即造成了資源和能源的浪費，同時也深深傷害了學生學習的積極性和工作熱情。應引導學生把實驗產品安全有效地應用到生活中，如阿司匹林，雖然實驗室制備的阿司匹林衛生條件不能達到人體可以服用，但體外輔助用于治療腳氣、蟲咬皮炎、花草養殖等均有一定的效果；不適合在生活中直接使用的實驗產品，可由教師統一收集，純化后用于性質實驗或用作藥劑、藥理實驗的藥品原料；對于實驗后產生的廢棄液體集中回收、集中處理，學生在“三廢”的處理中一方面應用了理論知識，同時還培養了環保意識。
4結語
傳統的實驗教學，都是教師按照課本的內容“手把手”地告訴學生操作的步驟，操作的方法，操作順序以及實驗的注意事項，學生看著老師做一遍，然后自己再做一遍，是一種純粹的動作模仿，很多學生實驗完成后都不知道為什么要這樣做，這樣做有什么好處，更沒有人會去思考是否還有更好的操作來完成這個實驗。在這種模式中學生完全是被動的。這樣就根本無法培養學生的創新意識。所以，我們在改革實驗內容后就對實驗教學的組織模式進行了大的調整，當我們根據課本的實驗內容提出若干問題讓學生解決的時候，學生需要自己獨立完成實驗方案的設計，但學生對實驗方案的設計并不見得每一個人都很認真，因此，教師必須在實驗前對學生的實驗方案進行分析與討論，評估方案的可行性，對方案的設計進行檢查與監督，只有可行的方案才允許學生實驗。同時加強實驗考核，培養學生嚴謹的科學態度和創新性思維。并結合實驗過程中出現的問題進行分析與探討，引導學生運用已學的知識解決發現的問題或提出新的實驗方案進行進一步的探索。最后引導學生對實驗結果進行總結與分析，并運用所學的理論知識進行解釋。這樣就保證學生一直按照自己的思路進行實驗與分析，通過這種實踐使自己的動手能力與創新性思維得到鍛煉。
二、建立實驗結果的反饋與交流機制
通過實驗教學獲得學生實驗情況的信息，作為改進實驗教學的依據，建立教師與學生雙向交流的機制。通過與學生面對面的交流與溝通、實驗報告等多種形式，與學生探討實驗中出現的新情況，利用教師相對豐富的專業理論知識引導學生去分析實驗的結果。對實驗中出現的一些異常情況，引導學生設計新的實驗方案去探索，達到教師與學生共同提高的目的。
三、實驗總結
每一次實驗課結束前，要求學生對自己的實驗結果進行總結，同時，教師也需要對本次實驗課的教學與組織情況進行總結，對實驗課堂的控制情況進行分析，看看對學生實驗課的每個環節的監督是否到位，對實驗中一些值得注意的情況是否進行了提醒等。
四、改革實驗考核機制
實驗教學不但要培養學生的動手能力與創新性思維，提高學生的科研素養，同時也要培養學生嚴謹認真的科學態度和一絲不茍的科研作風，所以，為了達到實驗課的教學目的，必須建立完善的實驗考核機制，主要包括以下幾個方面：一是完善實驗成績的評定標準；二是增加學生創新能力的考核與評定；三是強化對學生實驗操作能力的考核；四是注重對學生實驗結果的分析與討論能力的考核。同時，強調運用知識解決實際問題的能力以及同學間的協作與交流能力。
五、實驗教學實施過程的其他方面的改革
通過實驗教學的改革來提高學生的科研素養與科學精神，同時實驗教學的改革還需要對學生的環保意識、科研興趣等進行培養，這就要求老師在組織實驗教學的時候，注重實驗方案設計的綠色與環保，對學生實驗后的衛生整理，實驗廢棄物的處理，有毒、有害氣體的排放，有機溶劑的回收與再利用等方面加強引導與管理，減少有機實驗操作對環境的污染，培養學生的環保意識和綠色化學理念。同時，加強實驗課后的輔導與交流，在沒有實驗教學任務的時間段，開放個別實驗室供學生使用，鼓勵學生設計一些綜合性、設計型的實驗，充分發揮學生的主觀能動性，激發學生的學習與探索興趣，擴展學生的視野。
六、結語
研究表明，人腦處理圖像的速度是處理文字的60，000倍，而且，圖示教學法也已經在多門學科的理論課教學中得到了廣泛的應用。圖示法可以使抽象的知識具體化、形象化，也可以使零碎的知識系統化，從而簡明扼要地概括出教學內容的重點和難點。在日本，研究人員以及碩士和博士研究生們廣泛使用的生物化學以及分子生物的實驗方法參考書普遍采用了圖文并茂的格式，筆者在考察中了解到大家普遍認為這種圖文并茂的表現格式化無形為有形，形象生動，簡單明了，而且使讀者便于對實驗內容的整個流程進行整體的把握。為了考察圖示法在食品生物化學實驗教學中的效果，我將圖示法引入實驗操作步驟的說明中，并且對其效果進行了問卷調查。在實驗教學過程中，我讓學生們對照使用常用的文字描述形式的實驗方法和圖文并茂形式的實驗方法，并且對問卷進行了回答。問卷的內容包括：1.從第一印象看，你更愿意選擇哪種形式的實驗方法？2.在實驗操作前，哪份實驗方法介紹的內容更容易讀懂？3.在實驗過程中，你主要參照了哪份實驗方法？4.實驗課結束后，哪份實驗方法更容易回想起來？5.如果讓你設計實驗方法，你喜歡選用哪種形式來設計？來自5個班的209名學生在對兩種形式的實驗方法進行對比使用的基礎上，對問卷進行了回答。在對前4個問題的回答中，分別有94%、93%、91%和97%的學生選擇了圖文并茂式的形式。在對最后一問的回答中，有87%的學生選擇了圖文并茂的形式。從問卷調查結果來看，無論是從第一印象、易懂性、實驗指導性還是在容易記憶性方面，90%以上的學生選擇了圖文并茂形式的實驗方法。對問卷的最后一問，雖然選擇圖文并茂形式的學生人數低于90%，但課后調查發現，多數學生是因為對畫圖沒有自信而選擇了用單純文字描述來設計實驗。因此，圖示教學法使實驗內容形象生動，簡潔概括，便于學生迅速而有效地理解和全面掌握實驗步驟，其教學效果得到了大多數學生的認可和好評。
二、通過適時安排實驗設計，及時進行知識的回顧和綜合
食品生物化學實驗課通常安排在理論課教學之后，起到加深理論知識的理解和培養學生實驗技能的作用。因為受到課時數、儀器設備、師資力量等因素的限制，實驗課的內容是由幾個獨立的有代表性的實驗內容組成，而且各實驗內容之間缺乏內在的聯系。為了使所學的知識通過對比而得到理解加深，通過綜合運用而實現全面的掌握，并且也為了同時培養學生解決實際問題的實踐能力，我在淀粉的顯色和水解實驗、氨基酸紙上層析實驗和蛋白質的呈色反應實驗之后，及時地引入了實驗設計的課題。課題的目的是通過復習單糖、淀粉、氨基酸和蛋白質的性質，運用已經學習的生物化學反應原理和檢測方法，鑒別未知混合溶液的組成成分。課題的實驗對象是三種未知混合溶液。課題的實驗要求是：（1）首先，自己設計鑒定方法與操作步驟，并預測實驗結果。（2）實驗中，根據實驗設計選擇試劑，實施檢測方案，觀察實驗現象并記錄實驗結果。（3）實驗后，分析實驗結果，判斷溶液的組成成分，完成實驗報告。實驗設計課題布置后，學生們翻閱理論課教材和實驗指導，回顧已經學習的相關章節和已做過的實驗內容，積極地思考檢測方案，并且以小組為單位，各抒己見展開了熱烈的討論。從課堂檢查結果來看，大部分的實驗小組能夠制定出比較合理的實驗方案，雖然他們所用的時間長短不一。其他一小部分實驗小組的方案在經過教師的啟發和引導后，也趨于完善。在實驗方案的實施過程中，學生們抱著比通常的驗證性試驗更強的好奇心，仔細觀察每個實驗現象，驗證自己提出的預想和假設。從實驗結果來看，大部分的實驗小組能夠正確地推斷出三種未知溶液的組成成分。雖然正確的實驗結果能給予學生成就感和自豪感，這對于激發學生的求知欲和學習興趣至關重要。但是，從任課教師的角度來看，實驗設計課題的實施過程更為重要。與一般的應試復習截然不同的是在此過程中學生們對已經學習的書本知識進行了能動的復習，而且通過對比進行了進一步的鞏固和認識的加深。與此同時，在探究的過程中，學生的學習積極性和主觀能動性得到了充分的發揮。食品生物化學實驗設計課題的導入，在加深和鞏固理論知識的理解、鍛煉學生的實驗操作技能、培養學生發現問題和解決問題能力等諸方面，都起到了明顯的推動作用。
三、以附加實驗補齊各實驗組之間的進度差異，及時進行實驗總結
化學實驗中的剩余物也是一種資源，如果能夠物盡其用，那么，不但能變廢為寶、節約資源，而且也保護了我們賴以生存的自然環境，這也是環保“5R”原則中回收原則所提倡的。它要求教師在化學實驗教學中，多動腦筋積極開發并使用可回收的藥品和物品，積極為學生創造條件，就地取材，豐富實驗形式，不斷拓展學生實驗的時空。例如，實驗室用H2O2制取氧氣比較快捷，但反應不易控制，為了實現反應的可控性并回收利用催化劑，筆者取一根30cm長的粗銅絲，將一端從4cm處對折成平行狀，用水將按比例混合均勻的水泥和MnO2調好并黏在銅絲對折處，滾成圓柱狀，晾干即可使用。按照圖3裝配好儀器，通過抽拉的操作實現了催化劑與過氧化氫溶液的接觸、分離，控制反應的發生與停止。通過抽拉粗銅絲控制催化劑與過氧化氫溶液的接觸面積，實現控制反應的快慢。在該實驗設計中，不但實現了實驗的可控性，而且也實現了催化劑的回收再利用。創新是探究性實驗的靈魂，實驗設計要敢于突破陳規，反映出設計者獨具匠心的新思路、新觀點，新方法。
二、循環（Reuse）原則———實驗的系統化
教師在對化學實驗進行設計時，要綜合考慮實驗所要探究的化學知識，充分利用前一個反應產物的性質，系統化地設計實驗，可以將多個實驗融于同一實驗設計中，使其變為一個富有趣味性的“多米諾實驗”，從而實現化學實驗的再循環。這不僅符合循環原則，而且是降低成本的需要。一些實驗藥品或用品在完成其部分使用功能后，教師如果能簡化實驗中的某些無關因素，就可使這些藥品或用品重新變成可利用資源，以有效節約藥品或用品，同時又可將某些內容形成一個連續的“多米諾實驗”。例如，筆者對氯、溴、碘活動性比較實驗進行了創新設計，在一張濾紙的中心滴上一滴飽和的溴化鈉溶液，待其濕潤之后，再滴上一滴氯水，濾紙呈現黃色的斑；在呈黃色的斑點處，滴上一滴碘化鉀溶液，濾紙上的斑變成淺褐色；然后再滴上一滴淀粉溶液，濾紙上的斑點變成藍色。該實驗用濾紙代替試管；變間斷式實驗為連續實驗，節約時間；藥品用量很少；實驗現象明顯而有趣。這樣，不僅深深地吸引了學生，加深了對所學內容的印象，更重要的是激發了學生學習化學知識的興趣。教師的行為也在潛移默化地影響著學生，能促使學生自覺地、有意識地進行創新，提高思維的創造性和批判性。物質的綜合利用實際上是將化學實驗設計和化學知識系統化、綜合化的強化過程。
三、再生（Regeneration）原則———實驗的綠色化
地球上的資源是有限的，在滿足現代社會發展的同時，也要為子孫后代的發展作長遠考慮，對非再生資源的開發和利用，應具有長遠持續發展的眼光。再生原則是變廢為寶，節省資源、能源，減少污染的有效途徑。在進行化學實驗設計時，教師應充分考慮原料、產物的再生利用，變廢為寶，實現化學實驗的綠色化。筆者在引導學生對干電池進行回收研究時，利用從干電池中回收的鋅、銅開展探究金屬活動性的實驗；利用回收的二氧化錳作為過氧化氫分解反應的催化劑制取氧氣；回收剩余的氯化銨作為肥料，從而實現了干電池的回收再利用。
四、拒用（Rejection）原則———實驗的模擬化
