實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)

摘要：利用測溫玻璃杯、注射器等器材新設(shè)計(jì)了一套吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，通過讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)的全過程培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，最終使學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)得到提升。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在當(dāng)前化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方式已經(jīng)難以滿足提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)要求。化學(xué)是實(shí)驗(yàn)學(xué)科，實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ菍W(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分[1]，創(chuàng)新化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，改善學(xué)習(xí)質(zhì)量培養(yǎng)和提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的重要手段。

1實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)課題來源

在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，提前布置或臨時(shí)給與學(xué)生一定的思考時(shí)間，讓學(xué)生對(duì)相應(yīng)實(shí)驗(yàn)的原理和方法有更好的理解，在此背景下，讓學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案或裝置進(jìn)行分析，找出優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)找出的不足，分組的讓學(xué)生進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，自己設(shè)計(jì)改進(jìn)的方案并進(jìn)行說明，老師和其他組同學(xué)對(duì)相應(yīng)方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)指導(dǎo)，對(duì)于可以實(shí)施的方案不斷的循環(huán)改進(jìn)，最終會(huì)得出一套優(yōu)于課本的實(shí)驗(yàn)方案或裝置，最終鼓勵(lì)學(xué)生將該裝置付諸實(shí)施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。充分利用課堂實(shí)驗(yàn)作為實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)課題的來源，不僅與所學(xué)知識(shí)配套，也能促進(jìn)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有更深刻的理解，使得整個(gè)創(chuàng)新活動(dòng)既來源于課堂，又高于課堂，使學(xué)生真證感悟到實(shí)驗(yàn)探究的樂趣和意義。

2 創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置案例

吸熱反應(yīng)是高中化學(xué)的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，現(xiàn)行人教版高中化學(xué)教材[2]中有關(guān)氫氧化鋇與氯化銨反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案：實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生刺激性氣味的氨氣直接排放至空氣中造成污染，反應(yīng)后沒有對(duì)生成的可溶性鋇鹽進(jìn)行處理，直接排放會(huì)污染環(huán)境，當(dāng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度較高時(shí)，用藥量掌握不好的話，實(shí)驗(yàn)容易失敗，實(shí)驗(yàn)成功率不高。因此，筆者和學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一套實(shí)驗(yàn)裝置。

2.1 實(shí)驗(yàn)原理

吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)為：

（1）Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)：

Ba（OH）2·8H2O+2NH4Cl=BaCl2+2NH3↑+10H2O –Q（熱量）

（2）氨氣遇到酚酞試液會(huì)變色：

NH3+H2O=NH3· H2O

（3）NH3及Ba2+的吸收：

2NH3+H2SO4=（NH3）2SO4? ? ? Ba2++SO42-=BaSO4↓

放熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程中涉及到的化學(xué)反應(yīng)為：

（1）Na2O2與H2O反應(yīng)：

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑

（2）無色酚酞試液遇NaOH會(huì)變紅。

2.2實(shí)驗(yàn)裝置制作

2.2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

實(shí)驗(yàn)儀器：測溫玻璃杯、帶針頭的注射器、藥匙、玻璃棒、研缽、氣球，502膠水。

藥品：Na2O2固體、Ba（OH）2·8H2O晶體、NH4Cl晶體、酚酞試液、稀硫酸與蒸餾水等。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置制作

圖1? 實(shí)驗(yàn)裝置原理圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前按以下步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)儀器的制作和組裝：

（1）從淘寶上購買一個(gè)具有測溫功能的玻璃杯，其容積為200ml，測量溫度的范圍為0℃～100℃，精確度為±1℃;

（2）在不損壞杯蓋測溫器件的前提下在杯蓋表面均勻分布的鉆3個(gè)小孔，然后分別在這3個(gè)小孔內(nèi)插入3個(gè)注射器針頭并用502膠水將針頭粘住和密封;

（3）在其中1個(gè)注射器針頭上綁上氣球，另外兩個(gè)注射器針頭分別對(duì)接上注射器。

完成上述操作后，接下來即可開始用該裝置進(jìn)行吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)或放熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

2.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟

（1）取下測溫玻璃杯2的杯蓋，將注射器5注滿稀硫酸、注射器6注滿酚酞試液，然后再分別對(duì)接到對(duì)應(yīng)的注射器針頭3上。

（2）向測溫玻璃杯2中加入3g NH4Cl晶體，用研缽將6g Ba（OH）2·8H2O晶體研細(xì)后再倒入測溫玻璃杯2內(nèi)，用玻璃杯將二者攪拌均勻后蓋上杯蓋，最后觀察杯蓋上溫度顯示器的變化及氣球4的狀態(tài)。

（3）反應(yīng)結(jié)束后將注射器6內(nèi)的酚酞試液注入測溫玻璃杯2內(nèi)觀察酚酞試液顏色變化。

（4）實(shí)驗(yàn)的最后將注射器5內(nèi)的稀硫酸注入測溫玻璃杯2內(nèi)沉淀Ba2+。

2.4吸熱反應(yīng)現(xiàn)象及結(jié)論

（1）測溫玻璃杯2杯蓋上溫度顯示器的數(shù)字從室溫開始下降直至0℃，由此可證明Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)吸收熱量;

（2）氣球4逐漸膨脹，表明Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)后有氣體生成;

（3）注射器6注入酚酞試液后氣球4逐漸變癟，同時(shí)酚酞試液變紅，表明Ba（OH）2·8H2O與NH4Cl反應(yīng)后生成的氣體易溶于水且生成物顯堿性，原因?yàn)镹H3+H2O=NH3· H2O，氨水顯堿性。

（4）注射器5注入稀硫酸后會(huì)有白色沉淀生成，原因?yàn)锽a2++SO42-=BaSO4↓。

2.5實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念決定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性和實(shí)用性[3]，本著環(huán)保理念及簡單化思想對(duì)吸熱反應(yīng)的反應(yīng)裝置進(jìn)行了新設(shè)計(jì)，本實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）裝置簡單化：主要實(shí)驗(yàn)儀器為測溫玻璃杯和注射器，實(shí)驗(yàn)操作簡單方便，實(shí)驗(yàn)后儀器的清洗整理簡單容易;

（1）過程綠色化：反應(yīng)裝置相對(duì)封閉，氣球可以存儲(chǔ)生成的氨氣，稀硫酸可以沉淀Ba2+，避免直接排放造成污染;

（2）現(xiàn)象清晰化：反應(yīng)溫度變化情況直接由溫度顯示器示出，一目了然，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表現(xiàn)明顯，易于觀察，演示過程更具說服力。

3結(jié)語

通過以上實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程，使筆者體會(huì)到，只要給學(xué)生思考及動(dòng)手的機(jī)會(huì)，學(xué)生是有能力發(fā)現(xiàn)問題并提出一些改進(jìn)方法和思路的，在此基礎(chǔ)上加以合理激發(fā)、引導(dǎo)和指導(dǎo)是能夠形成一個(gè)科學(xué)合理的方案的。因此，在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，應(yīng)鼓勵(lì)和激發(fā)學(xué)生敢于質(zhì)疑，善于對(duì)教材中現(xiàn)有的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行問題分析和問題探究，然后根據(jù)自己的思考，設(shè)計(jì)方案，自己動(dòng)手創(chuàng)新制作實(shí)驗(yàn)裝置或儀器并進(jìn)行相關(guān)探究實(shí)驗(yàn)，從而培養(yǎng)和提升“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]李靜雯，陳懿.吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（第4期）：53-55.

[2] 宋心琦主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)必修2（第3版）[M].北京：人民教育出版社，2007：34.

[3] 梁勝金.吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的新設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2018，（第11期）：80-81.

作者簡介：孟恬靜（1986— ），布依族，貴州獨(dú)山人，中教二級(jí)，主要從事高中化學(xué)教學(xué)。