中美兩國化學教材“焰色試驗”的比較與反思

“焰色試驗”就是運用各種材質和手段，使金屬元素或它們的化合物在灼燒時火焰呈現不同顏色，讓學生通過觀察各種特征焰色來判斷元素是否存在。一般用于鑒別溶液是否含有某種堿金屬、堿土金屬元素。例如，鉀鹽、鈉鹽均可溶于水并且沒有顏色變化、氣體放出等特征，所以鉀、鈉元素一般利用焰色試驗來進行鑒別。該文對我國新人教版（2019版）高中化學（必修）和美國高中化學主流教材《化學：概念與應用》（Chemistry：Concepts and Applications）中焰色試驗的處理方式進行對比研究，探索中美在知識點引入以及實驗設計上的差異，以期借鑒并促進教學。

一、中美教材有關“焰色試驗”的實驗設計比較

1．中國實驗設計

中國“焰色試驗”設計見新人教版高中化學必修1第40頁[實驗（2 -6）]。（略）

2．美國實驗設計

實驗步驟：

（1）從老師那兒領取6根帶有標記的小木條，這些木條已分別在氯化鋰、氯化鈉、氯化鉀、氯化鈣、氯化鍶、氯化鋇的飽和溶液中浸泡處理過。

（2）點燃燃氣燈，調整進氣口，直到出現溫度較高的藍色火焰。

（3）用夾子夾持浸過溶液的木條的一端，將其在火焰上方保持片刻，觀察并記錄火焰的焰色。一旦火焰中不再有焰色出現時，就將木條熄滅。

（4）從老師那兒領取1根浸有未知溶液的小木條，重復上述的焰色實驗，嘗試識別這種未知的金屬元素。

分析與討論：

（1）6種金屬元素各具有什么焰色的火焰？

（2）未知元素是什么？

（3）如果你碰到一類未知的晶體物質，你將如何確定它是否是食鹽？請注意，對于未知化合物，我們禁止用味覺測試的辦法進行識別。

二、中國教材新人教版“焰色試驗”特點分析

新人教版教材設計的實驗過程，有利于鍛煉學生的動手能力，但實驗方法有一些不足之處，學生不易操作，現象的觀察不夠明顯。在實驗器材的選擇方面使用了鉑絲，考慮到鉑絲的一些瑕疵，比如：價格昂貴，附著面很小，很難灼燒出較大、便于觀察的火焰，在反復灼燒、彎曲的情況下，容易折斷、使用壽命短等，教材又給出了備選物質（光潔無銹的鐵絲），但沒有說明實驗的注意事項，也沒有安全提示。編寫方式偏重于學術特色，具有較濃的學究味，顯得過于嚴肅，使學生有一定的距離感。理想化的實驗設計是學生在課堂上學習到的化學知識、科學研究方法可以遷移到生活與生產中，體現了化學知識在生活中的實用性。

通過實驗試做發現人教版教材實驗的特點見表2。

三、美國焰色試驗的特點分析

1．實驗設計可行性強，以學生為主體

在設計焰色試驗實驗時，從實驗原理、藥品、實驗過程到實驗結果，在實施時切實可行，在普通巾學實驗室能夠得到滿足。實驗設計突出了學生活動為中心的特點，操作簡便，現象明顯。通過實驗活動充分調動學生積極認真思考和主動參與課堂教學，學生的主體性得到充分體現。

2．實驗設計的遷移性，由已知元素焰色到未知元素焰色

實驗設計突出了“情境一問題一探究一結論一應用”的實驗探究模式，有助于科學方法的培養。實驗第（4）步讓學生嘗試識別未知的金屬元素，體現了知識的應用性，學生直接參與研究，并最終使問題得以解決。在分析與討論中進行遷移應用，如果你碰到一類未知的晶體物質，你將如何確定它是否是食鹽？使學生在實驗研究過程中，通過解決具體問題的探索性活動，提高自己解決問題的能力。

3．分析與討論中，進行安全教育

做實驗首先要保證實驗的安全性，在設計實驗方案時必須考慮實驗過程中的安全，盡量避免使用對師生身體有害的藥品和進行具有危險性的實驗操作。美國教材在設計焰色試驗實驗時，專門強調“請注意，對于未知化合物，我們禁止用味覺測試的辦法進行識別。”體現了實驗設計的安全性原則。

四、對比中美教材中的“焰色試驗”的啟示

人教版教材與傳統化學教材相比，比較注重對學生科學素養及各方面能力的培養，但與美版教材相比，依然存在一些不同之處。

1．以學生為本，注重能力培養。美國實驗偏向于對身體無害的材料作為實驗素材，從學生本身出發，實驗內容與生活經驗緊密聯系，很容易激發學生的探究欲望，啟迪學生思維。從我國的教材來看，優點是比較注重學生基礎知識的學習，重視操作技能的訓練，教材編寫者嘗試設計或改進了一些實驗，體現了對學生動手能力、創新意識培養的重視。

2．現行高中化學人教版教材根據新課程標準編寫，但由于條件限制，個別實驗對學生探究能力要求不高，學生的實驗技能無法得到訓練提升。設計實驗除了要考慮科學性，還要注意：實驗材料易得、實驗藥品便宜、實驗裝置簡化、實驗操作簡便、實驗步驟簡單和實驗時間短等問題，這樣才能夠有效提高實驗的可行性。

3．美國教材整體上非常重視實驗安全性教育，注重對學生安全的保護，對于實驗安全性的考慮面面俱到。把相關的安全注意事項、安全警示圖標融人到實驗探究過程中，學生可以自主地預習，熟悉做實驗之前相關的安全問題，這樣不僅增強了學生做好實驗的信心，也提高了學生在實驗中的主動性和探究能力。我國教材也很重視實驗安全，在實驗設計過程中加大了對實驗安全的關注，涉及實驗規則、實驗安全以及儀器的使用方法等。

4．新課程倡導教師“用教材”教而不是簡單的“教教材”。教師要創造性地使用教材，適當對教材所選實驗進行取舍，改進一些不適合學生完成的實驗。在使用人教版教材時，可以借鑒美國教材實驗的內容，將實驗設計的思想、方法引入到教學中，更好地培養學生的科學精神和探究能力。可以嘗試對教材知識進行重組和整合，不斷拓寬學生實驗的時空，密切聯系實驗與生活的關系，改變實驗遠離生活的現狀，讓科學探究走進學生生活，使科學探究成為解決生活問題的方法與手段。