STEAM視域下高中化學創(chuàng)新實驗研究

基金項目：本文系2019年度泉州市基礎教育課程教學研究立項課題“STEM視域下高中化學實驗教學探究”（課題批準號QJYKT2019-045）階段性研究成果

摘要：實驗課程是高中階段化學課程的重要組成部分，在幫助學生理解和掌握相關化學理論知識、培養(yǎng)學生探究能力、知識應用能力、動手實踐能力方面有不可或缺的作用。因此，加強對高中化學實驗教學的重視十分必要。焰色反應實驗是高中化學的常見實驗之一，既往在進行該實驗操作時多存在有操作煩瑣、現(xiàn)象不明顯等不足之處，不利于學生觀察。本文就以STEAM理念為基礎，對焰色反應實驗的創(chuàng)新優(yōu)化方式進行探究，以達到更好的實驗效果。

關鍵詞：STEAM理念；高中化學；創(chuàng)新實驗

中圖分類號：G633.8文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）01-0125

將STEAM教育運用于高中化學教學中，不僅能夠引導學生更深入地學習知識，提升學生的課堂參與度，同時還有利于提升學生運用知識解決實際問題的能力。基于此，本次研究中就以STEAM教育為基礎，探究高中化學實驗教學的創(chuàng)新策略。

一、問題的提出

焰色反應為高中化學的一個重要實驗，該實驗的開展能夠幫助學生認識到化學知識與日常生活的緊密關聯(lián)，同時對于培養(yǎng)學生的化學藝術美感有十分重要的作用。但既往課堂實驗教學中多存在一定的不足和問題。筆者通過查閱文獻的方式對多種改進方法進行總結分析，并嘗試進行了鋁箔法、噴霧瓶法、試紙法等多種實驗方法，并對其優(yōu)缺點進行了總結，然后自主設計了噴霧瓶法來開展焰色反應。以STEAM理念為基礎，進行跨學科融合學習，通過自制彩色火焰打火機、焰色反應圖譜裝置等方式來創(chuàng)新優(yōu)化實驗，從而引導學生更好地體驗焰色反應帶來的化學藝術之美。

二、實驗設計

1.實驗原理

焰色反應即某些金屬或其化合物進行無色火焰灼燒時所呈現(xiàn)的特殊顏色火焰的現(xiàn)象。教材中的實驗方法是以鎳鉻合金或鉑等金屬絲承載金屬，然后置于酒精燈火焰上灼燒，從而形成特征顏色。本實驗以自主研制的彩色火焰打火機、焰色反應圖譜裝置、特定配比噴霧瓶等進行實驗。

2.實驗用品及實驗裝置

實驗用品主要分為實驗藥品及實驗儀器兩大類，實驗藥品包括純固體藥物（如氯化銅、氯化鈉、氯化鈣等）及純液體藥品（如鹽酸、蒸餾水、無水乙醇等）。實驗儀器主要包括貨叉、噴霧瓶、酒精燈、升降臺、燒杯、打火機、鉆玻璃、棉簽、坩堝鉗、脫脂棉、鉑絲、濕抹布、焰色反應圖譜裝置等。

實驗裝置主要是指自主研制的噴霧瓶裝置、彩色火焰打火機裝置及焰色反應圖譜裝置。

三、實驗過程

1.以噴霧瓶法改進焰色反應實驗

逐步嘗試噴霧溶液中各成分比例，獲取的黃色尾焰影響最小、現(xiàn)象最明顯的配比。發(fā)現(xiàn)將綠豆粒大小的金屬鹽固體溶液溶于100mL水中，并按照水和酒精1∶1.5的配比制作溶液，然后以稍微濕潤的棉花蘸取酒精，點燃后便可見焰色較純、火焰團較大的火焰。該實驗操作簡單，反應明顯，便于學生觀察。

2.以彩色火焰打火機改進焰色反應實驗

以噴火口不涂金屬鹽的打火機為空白對照實驗，然后再取四個彩色火焰打火機，分別在其噴火口周圍涂抹氯化鈉、氯化鉀、氯化銅、氯化鈣等金屬鹽，然后按下打火機就可見有不同顏色的火焰呈現(xiàn)。以該裝置進行焰色反應實驗操作，一方面具有取材方便，且貼近學生生活，有利于引導學生認識到化學知識和日常生活的緊密聯(lián)系，同時也能讓學生在觀看實驗、動手實踐的過程中逐漸形成思維遷移能力，從而讓學生更好地體會化學的創(chuàng)造美。另一方面，該實驗通過在打火機周圍涂抹不同的金屬鹽可以呈現(xiàn)出不同的火焰顏色，有利于達到通過化學美來激發(fā)學生學習興趣，激活學生學習內在動力的效果。

3.以焰色反應圖譜裝置改進焰色反應實驗

該實驗需以丁烷作為染料，然后在彩色火焰打火機實驗的基礎上，連接有四個并排噴火嘴的燃氣管，然后進行包裝，支撐焰色反應圖譜裝置。利用該裝置進行實驗，可獲取淡藍色火焰；然后以棉簽代替鉑絲，明確棉簽不會對焰色產(chǎn)生影響；然后再蘸取藥品進行灼燒，可見明顯現(xiàn)象，明確藥品狀態(tài)不會對焰色反應產(chǎn)生影響。在此基礎上，以該裝置對課本上提到的7種金屬元素的焰色反應現(xiàn)象進行呈現(xiàn)，并拍照形成自制的焰色反應化學圖譜。以該裝置進行實驗操作，具有火焰溫度高、顯色速度快、且可消除黃色火焰干擾等優(yōu)點，反應現(xiàn)象更明顯、更準確，便于學生觀察；同時該實驗還可突破液體局限，通過棉簽蘸取固體或液體藥品的方式進行實驗；并且該實驗還可同時進行四種金屬元素的焰色反應，讓學生直觀地進行對比觀察，為學生帶來更直觀的印象，利于學生掌握相關知識。

四、結論

在實際教學中引導學生熟悉焰色反應原理后，以STEAM理念為基礎，在分析總結各項實驗方式優(yōu)缺點的基礎上，以自制焰色反應圖譜裝置、噴霧瓶裝置、彩色火焰打火機裝置進行實驗創(chuàng)新優(yōu)化。三種裝置在改進焰色反應實驗方面均有一定的優(yōu)勢，其中噴霧瓶法具有現(xiàn)象明顯、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢；而彩色火焰打火機法則更易于取材，且簡單易操作；焰色反應圖譜裝置更有針對性，并可更好地對課本實驗進行再現(xiàn)。上述三種實驗方案在改進教學效果、提升學生學習興趣方面均有積極作用和價值。

參考文獻：

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[3]許亮亮，鄒正，馬嘉源.基于STEAM教育的高中化學創(chuàng)新實驗研究——以“化學紅綠燈振蕩反應最優(yōu)條件探究”為例[J].化學教育（中英文），2017（21）.

作者簡介：劉建桂（1982-），男，泉州第五中學中級教師。

（作者單位：福建省泉州第五中學362000）