高中化學教材典型實驗的拓展運用研究

華慶江

摘 要：學生發展核心素養是黨的教育方針具體化、細化的落腳點。化學實驗基于學科特點和本質，凝練了核心素養，是落實必備品格和關鍵能力培養的具體措施和出發點。化學學科重視以實驗教學和創新運用為核心，以能力培養為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實。對典型實驗的創新運用，是在具備良好的實驗技能、充分掌握實驗原理基礎上思考如何創新才能達到效果最優化，是對思維能力的更高要求，是實現探究過程的再提升。展開對典型實驗的創新運用，旨在使實驗現象更加明顯，讓學生能夠借助創新實驗的探索研究，深刻理解實驗中所蘊含的相關化學知識，讓典型實驗創新教學成果更加顯著，更加簡便，易于操作，服務于課堂，提高課堂效率，這是我們的研究目的。

關鍵詞：高中化學創新運用；實驗；綜合運用

在平日學生必做實驗和演示實驗中，學生動手體驗、進行實驗驗證等發現異常現象時及時探究。采取教師演示實驗學生做，或利用替代品變為學生實驗，通過實驗真實體驗知識的形成過程，學生印象深刻，有利于形成學科素養。

一、一定物質的量濃度溶液配制實驗的創新運用

魯科版（2019）必修一教材27頁“活動·探究”欄目中，配制一定物質的量濃度溶液的實驗是筆者對教材實驗拓展運用的一個案例。該裝置為固體配制溶液的實驗，作為學生必做實驗缺乏明確的步驟，在課后題目中需要掌握濃溶液配制稀溶液的必要實驗操作，分別在教材33頁、40頁出現了兩次，足以看到對該實驗的重視程度，而這恰恰是學生學習的難點，尤其是計算與配制過程。為了更好地使知識有機銜接，便于學生理解與應用，我們結合實驗原理進行如下改進。

實驗名稱：一定物質的量濃度溶液配制實驗的創新運用

實驗目的：

（1）由單純固體配制溶液的實驗整合為固體配制溶液，然后將配制好的溶液稀釋的綜合性實驗，利用電導率傳感器標定標準液的濃度作為基準，測定學生配制的溶液濃度，從而進行誤差分析。

（2）將常規配制實驗進行綜合應用，實現實驗的綜合運用功能，培養學生分析問題、解決問題的能力。

（3）配制0.1molL-1的碳酸鈉溶液500mol，并將配制好的溶液稀釋為0.020molL-1的溶液250ml。

實驗原理：m=nM.C（濃）V（濃）=C（稀）V（稀）

實驗儀器及藥品：托盤天平、藥匙、燒杯、玻璃棒、500ml容量瓶、膠頭滴管、量筒、試劑瓶、電導率測試儀。

實驗步驟及現象：

1.計算：m=nM=5.3g

2.用托盤天平稱量固體碳酸鈉5.3g（分析天平稱量5.30g）。

3.用小燒杯量取50ml水溶解碳酸鈉固體，玻璃棒攪拌后冷卻至室溫。

4.將冷卻后的溶液轉移到500ml容量瓶。

5.用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒2—3次，將洗滌液轉移到500ml容量瓶。

6.繼續加水至離刻度線1—2厘米，改用膠頭滴管滴加至凹液面的最低處與刻度線相平。

7.振蕩搖勻后，裝瓶貼標簽。

8.利用電導率測試儀對學生配制的溶液進行標定，觀察導電率曲線。

9.用量筒量取配制好的溶液50.0ml倒入250ml燒杯中，加少量蒸餾水稀釋，并冷卻至室溫。

10.將冷卻后的溶液轉移到250ml容量瓶。

11.用蒸餾水洗滌燒杯和玻璃棒2—3次，將洗滌液轉移到250ml容量瓶。

12.繼續加水至離刻度線1—2厘米，改用膠頭滴管滴加至凹液面的最低處與刻度線相平。

13.振蕩搖勻后，裝瓶貼標簽。

14.再次標定學生配制溶液的濃度，進行誤差分析。

創新設計后的優點：

1.將兩種類型的配制實驗合并到一起，運用剛配制的溶液進行稀釋，得到稀溶液，實現固體配制溶液、濃溶液配制稀溶液的綜合運用，開發了實驗的綜合功能。

2.學生動手實驗，鍛煉學生動手能力，培養嚴密的邏輯思維。

3自己設計，通過計算、推理、實驗培養學生學科素養。

二、鐵與水蒸氣反應實驗的創新運用

魯科版（2019）必修一教材89頁“交流研討”中，鐵單質與水蒸氣反應裝置。該裝置實驗現象不明顯，沒有明確的步驟，操作起來有難度。本課題組結合實驗原理進行改進。

實驗名稱：鐵與水蒸氣反應實驗的創新設計

實驗目的：改進鐵與水蒸氣反應的實驗，使操作更簡單，現象更明顯，安全性更高，創新性更強。實驗創新的同時，培養學生動手能力。

實驗原理：3Fe+4H2OFe3O4+4H2? CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O

實驗儀器及藥品：酒精噴燈、試管、帶有橡皮塞的導氣管、鐵架臺（帶鐵夾）、蒸發皿、火柴、木條、還原鐵粉、五水硫酸銅晶體、肥皂液。

實驗步驟及現象：

1.首先檢驗裝置的氣密性，觀察水槽中能否產生氣泡，停止加熱后是否導管末端產生水柱。

2.稱取大約10g五水硫酸銅晶體，用折疊的紙條將其平鋪于試管底部，將10g還原鐵粉置于試管中后部位，塞好塞子后，將導管末端插入肥皂液中。

3.先預熱再集中加熱。用酒精燈a加熱鐵粉，后用酒精燈b對五水硫酸銅晶體加熱。用帶火星的木條靠近氣泡，能夠聽到爆鳴聲。多次重復直到沒有聲音。說明氫氣較純。

4.點燃氣體，觀察到安靜燃燒，產生淡藍色火焰。

5.停止加熱，觀察到試管底部為白色固體，中部為黑色固體。

創新設計后的優點：

1.材料易得，操作安全，現象明顯。

2.利用肥皂液展示氫氣的驗純，形象生動，安全易操作。

3.裝置的創新性強。

①根據反應程度隨時調整加熱方式。

②合理控制水蒸氣的產生。通過觀察固體顏色，隨時調整水蒸氣的產生速率和產量。

③改變加熱的順序。提前預熱鐵粉后加熱CuSO4·5H2O，提高水蒸氣的利用率，產生更多氫氣。

三、基礎實驗的創新運用

課程標準指出：鼓勵實驗的綠色化設計，鼓勵開展微型實驗、家庭小實驗等，發揮現代信息技術的作用，探索現代信息技術與化學實驗的深度融合，合理運用計算機模擬實驗，但不能完全替代真實的化學實驗[1]。我們也開展基礎實驗操作抽濾、結晶等實驗的創新運用。

1.基礎實驗操作：除去硝酸鉀中的氯化鈉的創新運用

作為高考化學重點考核的典型實驗之一，“除去硝酸鉀中的氯化鈉的創新運用”的實驗視頻中，讓學生借助不同的方法來獨立完成實驗，從而建立獨立的化學思考能力和動手實踐能力，在實驗中自然而然地掌握相關的化學原理。

創新之處：改用自制抽濾裝置進行過濾。

2.基礎實驗操作：除氯化鈉中的硝酸鉀的創新運用

作為高考化學重點考核的典型實驗之一，除氯化鈉中的硝酸鉀的實驗中，由于在相同溫度下，硝酸鉀在水中的溶解度比氯化鈉要大很多，所以直接加熱溶解，然后蒸發結晶至大量晶體析出時停止加熱，趁熱過濾即可析出氯化鈉晶體。將剩余溶液反復濃縮冷卻結晶得到硝酸鉀。通過學生獨立操作實驗步驟，不僅可以讓學生注意到硝酸鉀可能會留在殘留液中造成的問題，也會讓學生在實踐中深刻感受到要注意到溶劑不要蒸干，趁熱過濾得到氯化鈉。深刻理解兩種物質因為溶解度不同采取不同的結晶方式，這樣可以讓學生對于比較復雜卻抽象的化學理論，留下深刻的記憶。

創新之處；改用自制抽濾裝置進行過濾。

3.硫代硫酸鈉的合成方法

作為高考化學重點考核的典型實驗之一，硫代硫酸鈉的合成方法較多，通過視頻記錄學生獨立完成實驗的過程，讓學生體驗做中學，學中做，并不斷改進，培養創新能力。

創新之處：采用多種晶種進行實驗。

四、化學課堂實驗教學設計與實施

“素養為本”的化學課堂實驗教學設計與實施，落實到平日教學環節中，是一個很大的挑戰。尤其是近幾年高考題中出現的實驗題目，我們通過反思歸納總結，實現規律化、小結化、能力化的認識。

針對考查點，我們平日鼓勵學生動手操作，多用心體會，盡量多嘗試不同的解決辦法，這些考查點都來源于教材，又高于教材，是多個實驗操作的綜合運用。在教材經典實驗的基礎上進行創新運用，實現教材的拓展，能力的提升。師生合作通過實驗方案的再設計，達到實驗效果更明顯，學生印象更深刻，教學效果更顯著的總目標。通過學生動手做實驗創新改進并視頻記錄，師生共同討論總結，優化方案設計，實施方案等，隨時跟蹤記錄，掌控學習質量，增加質量檢測環節，不斷優化措施進行實驗，達到培養學生學科素養的目的。

結合歷年高考題對于化學實驗考查的特點，我們對備考實驗做了如下總結。

1.仔細研究，認真分析，總結規律，群策群力想辦法。

2021年高考題單選部分突出了對學生基礎的考查，加大實驗部分的考查力度，突出了對STSE的考查。例如選擇第6題，實際上是聚焦基礎化學基礎理論，思維容量大。3.5.7甚至包括第10題電化學的題，都與實驗基礎脫不了干系，突出學生實驗能力（實驗設計、標準實驗操作、儀器用途等）的考查。

通過山東省模考1、模考2、2020年高考題、2021年高考題對比來發現：關注化學與STSE，關注實驗、關注真實化學工業生產情境、關注基礎化學原理、關注基本概念等，都是新高考化學的著力點，側重于考查學生用化學知識解決實際問題的能力。總體難度適當提升，思維容量和計算量都在增大，對計算能力要求適當提升。

山東卷化學高考選擇題中有（3+1）道獨立考查化學實驗基礎的試題，涉及知識點包括化學實驗安全基本操作、儀器使用、物質的分離與提純、物質的制備及性質實驗、實驗方案的評價。這樣能夠很好地落實了化學學科素養中的證據推理與模型認知、科學探究與創新意識等。

2.重視必做實驗和演示實驗，總結實驗原理和細節，盡可能多給學生提供動手操作的機會，體會知識形成過程。

我們在備考實驗時注意：高考對基礎實驗的考查為基本，尤其是以常見儀器的選用、實驗基本操作為中心，圍繞是什么、為什么和怎么做來重點考查實驗基本操作的規范性和準確性；2022年、2023年高考仍然保持對傳統知識點的考查，我們在培養學生實驗能力的同時，注意實驗細節，給學生更多的動手操作機會，體會知識的形成過程，達到關鍵能力的提升。高考不拘泥于教材版本，我們要多關注不同教材中提到的實驗及其變式。例如KI溶液在酸性條件下被空氣氧化實驗（人教版第21頁），H2O2在不同催化劑條件下催化分解實驗（人教版第23頁），K2Cr2O7溶液自平衡（人教版第26頁）。這些實驗在不同省份高考題目中都曾出現和考查。

3.做好總結和拓展，不同層次學生做好分層教學，實現實驗教學效果的最大收獲。

對課本中出現過的每一個基本實驗均應詳盡復習，清楚每一個實驗的原理、操作過程、反應現象、原因、結論、注意事項。對實驗中經常碰到的一些裝置或操作應適當進行歸納和延伸[2]。如拓展實驗室制O2、CO2、Cl2、NH3的替代方法，拓展制取HCl、SO2、CO、NO、NO2的實驗。重視探究性、開放性實驗試題的開發與訓練，創設情境讓學生自己動手體驗探究的全過程。總結幾個簡單流程圖原型：①海帶提碘（反萃取）②海水提鎂（帶結晶水氯化物去結晶水）③海水提溴（氣流帶氣問題）

④侯氏制堿法。

對于綜合實驗題，我們要“瞻前顧后，借花獻佛”，充分學會利用題干信息加工后來作答。綜合實驗題通常的命題特點是以考查化學原理和基本技能為基礎，重點考查結合新信息解決實際問題能力，以制備實驗為主，不僅考查制備方法和實驗操作，而且對定量分析提出了較高的要求。核心考查點是：反應原理確定如化學方程式書寫，儀器辨識與使用，實驗裝置的連接，實驗基本操作，實驗現象描述與解釋，實驗關鍵條件控制，物質分離提純方法和基本操作，定量計算如滴定法、熱重法，實驗方案設計與評價。培養學生分析思路：實驗目的是什么，整個過程是如何實現的？為什么這樣設計（這樣設計的優點）？從環保角度有哪些優點？尾氣如何處理？最終是如何達到實驗目的的？

復習過程中我們采取相應策略：

①抓基礎、抓教材。重視雙基是前提。

②抓細節、抓規范。如：審題不認真，不按要求作答；書寫不規范，答題不準確，必備知識有漏洞，解題有斷層；信息提取遷移能力差，不能與所學知識有效整合，邏輯思維能力弱，答題方法有欠缺等。

③抓能力、抓提升。考練結合，反思總結及時。最終實現關鍵能力：信息遷移能力和邏輯推理能力的達成和提升。

結束語

學科核心素養下，化學學科的魅力是各種典型實驗的教學實踐和創新探索，充分激發學生的學習興趣，促進學生主動參與化學實驗的教學中，在科學探索和實踐進程中培養化學學科的核心素

養[3]。我們通過設計更多具有創新性的教學模式和教學內容，給學生更多機會做實驗，培養學生的動手能力，在實驗過程中享受到喜悅，形成學科核心素養。教師用實際行動落實立德樹人的根本教學目標，在今后教學過程中，不斷創新課堂教學模式和實驗教學形式，成為學生學習實驗和喜歡化學的引路人。同時，在日常實驗課堂中，深度理解和掌握化學學科核心素養的內涵，并通過不斷創新和改革教學模式，提升化學課堂的教學質量和教學水平，確保學生學科素養的綜合能力的提升。

參考文獻

[1]周學興，熊娟，貴元香.捕捉不同類型高考化學試題的關鍵信息，提升解題效率[J].高中數理化，2022（20）：69-71.

[2]葉煒華.高考化學實驗試題的命題特點與備考策略[J].中學化學教學參考，2023（1）：55-60.

[3]吳來慶，佘學智，陳再來.穩中有變變中有新重視能力：2020年高考全國Ⅱ卷理綜化學試題特點分析[J].數理化解題研究，2021（7）：93-98.