高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體研究“六策略”實(shí)踐案例

貝偉浩 張金恒 潘衛(wèi)周

[摘? ?要]南寧三中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“三實(shí)融合”課題組對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體研究展開了探索與實(shí)踐，總結(jié)出“六策略”：改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行試劑處理，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，引入數(shù)字技術(shù)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。研究成果提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的探究效度。

[關(guān)鍵詞]高中化學(xué);實(shí)驗(yàn)本體;正交試驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2021）29-0063-03

由于化學(xué)實(shí)驗(yàn)本身的復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性，使得實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)變量較多，直接影響化學(xué)課堂教學(xué)效果。如何以化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體的創(chuàng)新改進(jìn)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，是高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究的重要內(nèi)容。南寧三中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“三實(shí)融合”課題組對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體研究展開了探索與實(shí)踐，總結(jié)出“六策略”：改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行試劑處理，增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，引入數(shù)字技術(shù)，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。研究成果提高了化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)的探究效度。

一、研究目標(biāo)

技術(shù)性目標(biāo)：綠色環(huán)保、儀器簡(jiǎn)潔、重復(fù)使用、安全可控、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、合理數(shù)字化。以裝置儀器、內(nèi)容步驟、技術(shù)思想三方面展開化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體研究;以發(fā)展化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想革新實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)思路，實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體的改進(jìn)，促進(jìn)課堂上化學(xué)原理的探析和認(rèn)知沖突的解決;以實(shí)驗(yàn)本體的創(chuàng)新改進(jìn)激活學(xué)生的創(chuàng)新思維。

二、研究?jī)?nèi)容和成果

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，彰顯探究過(guò)程

實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)以簡(jiǎn)單簡(jiǎn)約、安全綠色、現(xiàn)象清晰為目標(biāo)，著力體現(xiàn)過(guò)程性變化，凸顯實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的關(guān)鍵信息。我們以各級(jí)示范課、優(yōu)質(zhì)課、展示課為需求驅(qū)動(dòng)，集化學(xué)教研組全體人員之智慧，創(chuàng)新和改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置32套，彰顯了探究過(guò)程，增強(qiáng)了探究效果。在實(shí)踐過(guò)程中，我們總結(jié)出五種實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)思路：一體設(shè)計(jì)法、載體變換法、微型密閉法、電路輔助法、替換觸動(dòng)法。

（1）一體設(shè)計(jì)法

【案例1】氨氣溶于水實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題：課前收集的氨氣不干燥、易逸散，是造成實(shí)驗(yàn)失敗的主要原因。改進(jìn)方法：進(jìn)行裝置一體化設(shè)計(jì)，制氣裝置連接“噴泉”裝置。采用固液法（濃氨水+生石灰）制氨氣，把氨氣直接導(dǎo)入燒瓶，同時(shí)增加尾氣吸收裝置，實(shí)現(xiàn)制氣、溶水、尾氣處理一體化。整套裝置簡(jiǎn)單，產(chǎn)氣快，不需加熱，綠色環(huán)保。

（2）載體變換法

【案例2】鋁熱實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題：操作復(fù)雜、成功率低、不安全。改進(jìn)方法：以黏土筒做容器，用火柴頭做引燃物，在氧化鐵和鋁粉的混合物中插入兩根鐵絲，以焊接鐵絲為成功標(biāo)記（如圖1）。采用火柴頭引燃，可避免視力傷害;反應(yīng)器內(nèi)壁高，可有效減少熔融物飛濺;減少氯酸鉀使用量，可減少煙塵排放。反應(yīng)原理更清晰：火柴頭引燃，氯酸鉀分解助燃，鋁和氧化鐵置換。

（3）微型密閉法

【案例3】氯氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題：整套儀器龐大、復(fù)雜，操作麻煩，實(shí)驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng);試劑劑量大，且有毒。改進(jìn)方法：用一個(gè)六穴反應(yīng)板放入密封塑料袋中，將藥品放入空穴，迅速封閉塑料袋，透明的塑料袋可以清晰觀察現(xiàn)象（如圖2）。儀器簡(jiǎn)單，操作方便，劑量小，安全性好，適合學(xué)生課堂實(shí)驗(yàn)。

（4）電路輔助法

【案例4】鐵釘?shù)母g實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)用酸洗除生銹的鐵釘，經(jīng)飽和食鹽水浸泡后放入具支試管中。該設(shè)計(jì)現(xiàn)象不明顯，在課堂上基本觀察不到。改進(jìn)方法：用U型管代替具支試管，增加靈敏電流表形成一個(gè)完整電路（如圖3）。通過(guò)電流表指針偏轉(zhuǎn)和溶液顏色變化，幫助學(xué)生理解金屬的吸氧腐蝕。

（5）替換觸動(dòng)法

【案例5】氯氣與氫氣光照爆炸實(shí)驗(yàn)。原實(shí)驗(yàn)方法：收集氯氣、氫氣，混合后用點(diǎn)燃的鎂條靠近。原實(shí)驗(yàn)方法成功率不高，且不安全。改進(jìn)方法：用大塑料瓶套小塑料瓶，用閃光燈代替鎂條，增加尾氣吸收（如圖4）。實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后成功率高，安全環(huán)保，裝置還可以探究氯氣與氫氣比例變化的反應(yīng)情況。

2.進(jìn)行試劑處理，凸顯實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

實(shí)踐中，從試劑的濃度、顆粒度、表面處理、純度等方面做了大量預(yù)處理嘗試，形成多種試劑預(yù)處理或調(diào)整的實(shí)驗(yàn)方案，獲得了清晰、明顯、直觀、可信的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，使學(xué)生印象深刻，化學(xué)概念清晰呈現(xiàn)。

【案例6】濃度對(duì)化學(xué)平衡移動(dòng)的影響實(shí)驗(yàn)（如表1）。

3.增加實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，輔助原理理解

化學(xué)實(shí)驗(yàn)的“三大原理”是實(shí)驗(yàn)原理、裝置原理和操作原理，原理實(shí)驗(yàn)可以為化學(xué)創(chuàng)新提供最直接的實(shí)驗(yàn)價(jià)值。在實(shí)踐過(guò)程中，我們以三大原理實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，梳理教材上雖未設(shè)計(jì)，但對(duì)強(qiáng)化化學(xué)原理理解有支撐的實(shí)驗(yàn)，充分挖掘原理實(shí)驗(yàn)的教學(xué)價(jià)值。除常規(guī)教學(xué)中教材要求必做的實(shí)驗(yàn)外，我們還增設(shè)了原理實(shí)驗(yàn)三類10項(xiàng)，并在課外開放實(shí)驗(yàn)室課程中，增設(shè)原理實(shí)驗(yàn)3項(xiàng)：熔融硝酸鉀導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)、氧化還原反應(yīng)法滴定實(shí)驗(yàn)、探究鎂-鋁-氫氧化鈉原電池。

4.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)步驟，厘清概念關(guān)系

部分實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)未考慮課堂實(shí)時(shí)效果，實(shí)驗(yàn)步驟缺乏合理性，無(wú)法更好地促進(jìn)學(xué)生新概念形成。實(shí)踐中，我們采取優(yōu)化操作順序或者增加后續(xù)驗(yàn)證性操作的策略，厘清概念關(guān)系，達(dá)到實(shí)驗(yàn)探究目的。（如表2）

5.引入數(shù)字技術(shù)，揭示規(guī)律關(guān)系

合理引入數(shù)字傳感技術(shù)，通過(guò)顯示屏的數(shù)據(jù)，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象呈現(xiàn)連續(xù)性過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生形成圖像表征，有利于學(xué)生的概念理解和規(guī)律總結(jié)。在實(shí)踐過(guò)程中，我們常態(tài)開展的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)已有10項(xiàng)。（如表3）

6.設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，確定最佳配比

引入正交試驗(yàn)這一多因素多水平的實(shí)驗(yàn)研究方法，進(jìn)行課本實(shí)驗(yàn)的改良。我們對(duì)“濃度對(duì) H2C2O4溶液與酸性 KMnO4溶液褪色反應(yīng)速率的影響實(shí)驗(yàn)”等十多個(gè)實(shí)驗(yàn)采取正交試驗(yàn)法進(jìn)行研究，以獲取實(shí)驗(yàn)最佳配比。（如表4）

高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)本體研究應(yīng)是化學(xué)課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新的基石，以教師的創(chuàng)新教學(xué)方能激活學(xué)生的創(chuàng)新思維。南寧三中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)“三實(shí)融合”課題組提出了六類實(shí)驗(yàn)研究思路，在實(shí)際演示中取得了很好的效果。如課題組的化學(xué)實(shí)驗(yàn)作品獲全國(guó)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲全國(guó)優(yōu)秀獎(jiǎng)1項(xiàng)，獲廣西一等獎(jiǎng)2項(xiàng)，三等獎(jiǎng)1項(xiàng);開發(fā)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)校本教材8冊(cè)。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 貝偉浩.正交試驗(yàn)法探討氫氧化亞鐵制備的最佳實(shí)驗(yàn)條件[J].中學(xué)教學(xué)參考，2015（8）：102-103.

（責(zé)任編輯 羅 艷）