關于“爆炸條件探究”實驗課的實踐和思考

孫鵬 朱國定

摘要： 以初中化學“爆炸條件探究”的實驗課為例，介紹面粉爆炸實驗的探索和改進，對課堂教學過程的設計和組織作了闡述與反思。提出真正的改進實驗應安全可行、現象明顯、重復性好，不僅給學生實驗探究帶來便利，也要給同行更多啟發。

關鍵詞： 實驗改進; 面粉爆炸; 教學反思; 價值追求

文章編號： 10056629（2019）1007303 ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ?文獻標識碼： B

化學是以實驗為基礎的科學，實驗不僅能激發學生學習的興趣，還能更好地幫助學生理解和掌握有關的化學知識，提高學生的科學素養[1]。滬教版九年級化學教材中不僅安排了眾多的教師演示實驗，還專門設計了8個具有化學特色的分組實驗。筆者在設計組織“爆炸條件探究”實驗課中，堅持以學生分組實驗為主體、以探究學習為基礎設計教學內容，突出化學學科特色。下文介紹筆者在教學設計與組織過程中遇到的問題、困惑和解決方法，與同行們交流。

1 教學內容分析

滬教版九年級化學教材上冊第95頁，正文插入了定向爆破、面粉爆炸和爆炸極限的介紹[2]。教材指明了教學重點： 了解燃燒型爆炸的基本條件和體會爆炸極限的存在。本節課在設計中應注重以下4個方面[3]：

（1） 面粉爆炸、氫氣燃燒爆炸都屬于由燃燒引起的爆炸，屬于化學變化，在教學中應與物理爆炸作比較。

（2） 爆炸實驗的重點是引導學生認識燃燒型爆炸的特征： 固體可燃物燃燒時產生大量氣體與熱量，這兩者使體積有限的空間內的氣體體積迅速膨脹，壓強急速增大從而發生爆炸，且壓力差越大爆炸的效果越劇烈，讓學生從實驗中了解燃燒型爆炸發生的基本條件。

（3） 氫氣爆炸實驗的主要目的除了使學生認識爆炸現象外，還應該讓學生體會爆炸極限的存在，引導學生認識到可燃性氣體爆炸與爆炸極限有關，從而建立點燃（或加熱）可燃性氣體之前必須驗純的意識。

（4） 教學中，還應結合實驗引導學生認識生活中的各種爆炸現象，學會預防和避免爆炸發生，強化安全意識。

2 “面粉爆炸”實驗的設計和改進

筆者設想把教材中的面粉爆炸實驗（見圖1）設計成分組實驗（4人一組，一個班級分成12組）。發現問題如下： 洗耳球不能將面粉充分揚起，蠟燭火焰很難點燃面粉，失敗概率較高;實驗使用的食用油瓶罐，難以大量準備，且大小不一，不同空間對實驗有一定影響;蠟燭固定在塑料瓶靠邊一側，易使塑料瓶壁受熱融化變形，不易多次或重復操作。

筆者嘗試了不同的改進裝置（見圖2、圖3），收集了圓筒式外賣盒、飲料瓶、“農夫山泉”超大桶礦泉水等容器，實驗的結果都不理想。資料中改進實驗也有很多，經過反復實驗，事實與理論相差甚遠。結合自己的實踐和思考，做了如下改進（見圖4）。

改進1： 無底HDPE塑料瓶代替食用油桶。

優點： （1）便于收集，市售1.5L飲料瓶大都是由這種白色、半透明硬質塑料制成;（2）耐高溫，可經受反復實驗，高溫下不變形、不軟化。

改進2： 蠟燭位置由邊緣移至中間，用固定在橡皮塞上的燃燒匙支撐，橡皮塞打雙孔，一孔插玻璃導管，另一小孔插燃燒匙。

優點： （1）蠟燭火焰遠離瓶壁，避免塑料瓶軟化變形;（2）蠟燭高度可以通過燃燒匙的高度調節，使火焰位于瓶中央偏下，更容易點燃粉塵;（3）燃燒匙凹槽朝下，且直徑大于蠟燭底面，可抵御打氣筒直吹的強風，有效避免蠟燭熄滅，重復性較高。

改進3： 鼓氣設備改用打氣筒替換洗耳球。

優點： （1）方便收集，物理實驗室或者市場有吹氣球的氣筒出售;（2）打氣筒鼓氣量足，可以將面粉充分揚起。若無硬紙板覆蓋，沖出塑料瓶的火光可達0.5m高，效果十分明顯。

注： 加入食用面粉即可，無需加熱烘干等處理，簡化實驗過程;用50mL燒杯盛兩次即可滿足實驗用量。

3 教學過程設計

實驗的改進是為了提高教學效果。江蘇無錫教科院何翔曾指出： 化學實驗的主要目的是幫助學生認知和學習，如果實驗的改進單單停留在現象的表現提高學生的興趣，而不能引領學生深入分析問題、探究原理，這反而會削弱化學實驗的教學功能[4]。

3.1 情景創設，引入主題

[視頻]加油站工作人員用滅火器噴向吸煙男子。

設計意圖： 視頻真實且夸張地突出加油站“禁止煙火”的重要性，與本節課的主題“爆炸條件的探究”相呼應。加油站的情境也貫穿整節課，引導學生發現問題、探究問題和解決問題。

3.2 感受爆炸，激發興趣

教師： 你能制造一場爆炸嗎？

[實驗]食品包裝袋填充空氣，扎住袋口，用手擠壓爆炸（學生動手）;由帶橡皮塞的打火槍引燃氫氣和空氣的混合氣體爆炸（教師演示）。

設計意圖： 區分物理爆炸和化學爆炸的同時可以激發學生的學習熱情。尤其氫氣爆炸震耳欲聾，塑料瓶飛出十幾米，學生對“化學爆炸”印象深刻。

3.3 嘗試爆炸，探索未知

教師： 你相信面粉也會爆炸嗎？

[活動]參考教材組裝面粉爆炸（改進）裝置，完成實驗;思考面粉爆炸需要的基本條件。

設計意圖： 由于學生打氣的力度和角度不同可能會影響爆炸效果，一定會經歷失敗的過程，而改進后的裝置重復性高，能讓學生反復實驗，在成功和失敗中總結經驗，突出科學探究的樂趣;且帶著問題去動手實驗，體現合作學習的意義。

3.4 啟發誘導，小結知新

[板書]小結面粉爆炸的基本條件。

設計意圖： 觀察爆炸不是目的，引導學生總結爆炸條件才是目標。不同班級上課時，學生都能獨立總結出爆炸條件。如： 學生回答：“燃燒的蠟燭是給爆炸提供明火”;“面粉被吹起來作為可燃物”;“只有被打氣筒吹起來的面粉才能因為燃燒而爆炸，桶內沒有被吹起來的面粉便沒有燃燒，得出爆炸需要面粉和氧氣充分接觸”等。由于反復實驗的經驗積累，學生的回答多次運用對比的方法，語言較規范。但此時學生并未提出“爆炸極限”的概念。

3.5 演示啟迪，引發沖突

教師： 你確定這樣就可以爆炸嗎？

[演示]釋放打火機中的氣體至實驗室中并點燃，沒有爆炸;家里燃氣灶用火點燃也沒有爆炸。為什么看起來滿足了爆炸條件卻沒有發生爆炸呢？

設計意圖： 從已知出發，產生矛盾沖突，學生回答是因為可燃性氣體的濃度（體積分數）不夠，順理成章引出爆炸極限的概念。

[活動]探究氫氣爆炸極限，用350mL礦泉水瓶做容器，利用排水法分別收集體積分數10%～90%范圍內不同濃度的氫氣和空氣的混合氣體并用瓶蓋旋緊（學生活動），用帶有橡皮塞的打火器替換瓶蓋并點燃（教師指導）。

學生分組實驗不能驗純（后面反思中介紹原因），也不能讓學生將瓶中的水完全排盡，后果是大量氣體從瓶口逸出，導致體積分數不準確。這個實驗安排只是讓學生體會“爆”與“不爆”，感受爆炸極限。課上設計讓兩組學生同時收集相同的混合氣，避免其中一組收集的氣體誤差太大而失敗。

3.6 聯系生活，學以致用

[應用]請給加油站提出一些有效的建議來預防爆炸;如果夜間發現管道煤氣泄漏，你該如何處理;剛才收集氫氣實驗過程中，老師做了哪些預防爆炸的措施？

設計意圖： 以多元化活動鞏固學習的知識，檢驗學習成果，提升學生運用知識解釋實際問題的能力，提高安全意識。上述最后一個問題傳達給學生一個理念： 化學實驗有危險，但只要正確運用知識，合理操作，危險是可以避免的。

4 教后反思

4.1 謹記安全第一

備課組成員曾提出本節課不適合給學生分組，尤其是探究氫氣爆炸極限實驗，一旦教室中出現明火且學生實驗過程中泄漏過多氫氣，極易發生爆炸。為了避免危險，應采取以下3個措施： ①發生裝置統一使用初中階段還沒有接觸的啟普發生器，避免氫氣泄漏;②在第二個分組實驗學生準備收集氫氣和空氣混合氣前，回收火柴，杜絕火種。同時也解釋了學生收集氫氣時，無法驗純的原因;③實驗過程中應確保教室開窗通風。

4.2 改進實驗的初衷

實驗籌備過程中發現教材安排的實驗很難成功，查閱文獻，收集大量改進實驗，皆以失敗告終。文獻中的失敗，不能說是作者改進方向失真，也許作者本人成功了，但缺少對實驗細節的介紹和描述，導致讀者無法重復;較多改進實驗文獻中只有實驗裝置的圖示，缺少成功案例的真實展示，是否只是一種設計，并未得到證實？個別改進實驗準備的用品多達幾十種，化簡為繁，實不可取。

因此，改進實驗必須要安全、可行、現象明顯等，更要兼顧重復性、操作簡便和材料易得。真正的改進，不僅要給學生學習帶來便利，也需給同行們更多啟發。

4.3 實驗探究的價值追問

課后交流過程中，有的教師提出：“我平時講課中對爆炸條件的講解基本上是運用閱讀、填空形式，十分鐘就講完了……。”筆者認為，化學學習課堂是需要輕松、有趣、豐富、真實的實驗來滋潤的。雖然本節課只有兩部分組成，學生的收獲在應試中也很難以紙筆的形式得以體現，但是學生在課堂上展現出的學習熱情和得以培養的學科素養是其他課堂無法給予的。讓學生在快樂中學習、學習時感悟、感悟后升華才是科學的教育。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京： 北京師范大學出版社， 2012.

[2]王祖浩主編.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上冊）[M].上海： 上海教育出版社，2017： 95～96.

[3]沈健.中學理科實驗教學指導——初中化學分冊[M].南京： 江蘇科學技術出版社， 2012： 141～145.

[4]何翔.基于比賽作品分析的化學實驗創新設計思考[J].化學教育， 2014，（13）： 66～69.