素養為本的探究型實驗設計

董曉紅

【摘要】化學實驗演示現象往往會出現和教材所示不一樣的情況，這是培養“實驗探究與創新意識”的好時機。通過問題分析、比對教材、查找探索，挖掘、提煉出實驗中的探究因素，創新設計出科學合理的探究型實驗，引導學生思考、探究，提升學生的觀察能力和分析能力，并感受化學實驗的魅力。

【關鍵詞】核心素養視域;萃取碘水中碘;探究型設計

基于高中化學核心素養，培養學生的“實驗探究與創新意識”視域，這需要教師通過對教材實驗的深入研究和多方面的積極學習、探索，充分挖掘、提煉出傳統實驗中的探究因子，并創新設計出科學合理的探究型實驗，應用在日常的課堂教學中。

一、不一樣的現象

在準備蘇教版化學必修1中專題一的第二單元物質的分離與提純實驗“利用CCl4萃取溴水（或碘水）中的溴（碘）單質”時，筆者按教材提示進行實驗操作：先在兩支試管中分別加入2～3mL碘水，再向其中一支試管中加入1mL CCl4，然后充分振蕩，并靜置。觀察到：加入CCl4的碘水試管振蕩，靜置分層后，上層呈棕黃色，下層呈紫紅色。

而教材所示的結果：加入CCl4后的那支試管振蕩，靜置分層后，上層為無色，下層為紫紅色。

經與其他化學教師交流，他們也有一樣的發現，但他們大都把上層沒有呈現無色的原因歸于碘水的質量有問題，最后讓學生按“上層呈無色”熟記了事。

二、問題分析

（1）關于碘水。細思之，該實驗出現不一樣的現象是碘水配制方法的原因。實驗室提供的碘水，是實驗員添加KI配制而成的。少量KI溶解后電離出I-離子，I-離子在溶液中不但起了增大I2分子溶解度的作用，更使碘水變成了一個復雜的分散系。分散系中的分散質粒子除了I2分子，還有少量I-離子和I3-離子，而且I2分子、I-離子和I3-離子三者之間建立起了平衡體系I2+I-=I3-，這個平衡體系可以與CCl4競爭I2分子。因此，CCl4不能夠一次性把上層碘水中的碘單質萃取完，使水層變成無色。

（2）相關知識點。導致該實驗現象異常的原因，無意中整合了KI能增大碘在水中溶解度這個知識點，值得展示給學生。

為此，筆者遵循科學性、對照性、等量性、單因子變量等原則，充分挖掘出實驗中蘊含的探究因素，對該實驗進行創新設計，使之成為過程合理的探究型實驗，提高學生做實驗的參與性、積極性，準確再現化學知識。

三、實驗創新設計

1.實驗儀器及試劑

試管、鑷子、藥匙、膠頭滴管、碘、碘水、KI固體、KI稀溶液、蒸餾水、CCl4等。

2.實驗步驟

（1）在大小兩支試管中分別加入約0.01g碘，然后向大試管中加入5～6mL蒸餾水，充分振蕩，靜置;再向小試管中加入1mL CCl4，充分振蕩，靜置。比較兩支試管中的現象。

（2）將實驗（1）中的大試管中碘的水溶液與一瓶實驗室提供的碘水比較顏色，再向大試管中加入少量KI固體，并充分振蕩，靜置，再次比較顏色。

（3）將大試管制得的碘水均分為兩份。取其中一份加入1mL CCl4并振蕩均勻。觀察現象，比較兩試管水層顏色。

（4）取實驗（1）制得的碘的CCl4溶液，加入1mL KI稀溶液，觀察現象。充分振蕩，觀察現象。

3.實驗現象

（1）碘在水中未完全溶解，碘水呈無色;碘在CCl4中完全溶解，碘的CCl4溶液呈紫紅色。

（2）碘完全溶解，碘水由無色變為棕黃色，與實驗室提供的碘水顏色相近。

（3）加CCl4后溶液分為兩層：上層呈棕黃色，下層呈無色透明油狀。振蕩并靜置后溶液分層：上層為淺黃色，下層為紫紅色。水層比原碘水顏色淺。

（4）溶液分為兩層：下層紫紅色;上層KI稀溶液由無色變為棕黃色。

四、現象解釋及結論

1.碘在CCl4中的溶解度遠大于碘在水中的溶解度，且溶解后呈現的顏色也不同（見表1和表2）

2.KI能增大碘在水中的溶解度

資料卡片：KI可作為助溶劑。加KI做助溶劑時，與I2分子形成KI3，能增加碘在水中的溶解度，并能使溶液穩定。

3.CCl4和水互不相溶，CCl4能萃取碘水中的碘

實驗現象說明：CCl4和水互不相溶，碘水中的碘單質有一部分轉移到了CCl4中。由于CCl4和水互不相溶，因此，可以利用CCl4將碘從碘水中提取出來。這個操作過程，可以看成將溶質進行一定程度上的富集或者說是濃縮，實際上是溶劑之間的“弱肉強食”。

4.KI溶液能與CCl4競爭I2分子

在實驗（1）制得的碘的CCl4溶液中加入KI溶液并充分振蕩混合時，溶解在CCl4中的大量I2分子與KI溶液充分接觸，KI溶液就會利用其含有的I-離子形成平衡體系I2+I-=I3-，來奪取一部分I2分子，隨后，靜置分層后的上層水溶液由于含有碘單質，顏色就由實驗前的無色變成了棕黃色。所以通過實驗（4）后，學生都理解了，KI溶液能與CCl4競爭I2分子;之前實驗（3）中水層雖有所變淺但仍呈棕黃色，是碘水中存在KI的原因。最后，教師需明確提醒學生，KI溶液奪取CCl4中I2分子的過程并不是萃取。

五、創新設計后的優點

1.探究型實驗更能引導學生思考，讓學生的觀察能力和分析能力進一步提高

創新設計讓學生動手參與。教師創設情境，設置問題，引導學生進行思考，進行實驗探究，進一步提升了學生的觀察能力和分析能力。

2.實驗讓師生間的思維達到同步

在設計該實驗前，教師有意識地將自身思維“稚化”，讓師生間的思維達到同步，逐步引領學生形成化學實驗思維，從而達到師教生學、其樂融融的效果。

3.實驗能化難為易，讓學生更易接受

通過對碘在蒸餾水和CCl4中的溶解能力大小比較，讓學生得出碘在CCl4中的溶解度遠大于碘在水中的溶解度，同時接受了碘的CCl4溶液;在“資料卡片”的啟迪下，教師引導學生通過探究方式解決問題、得出結論。實驗讓知識更直觀，這讓高一起步階段的學生更容易接受。

4.實驗能讓學生體會到化學的魅力

實驗給學生創設一個類似于科學家探究自然規律的環境，學生積極主動地參與、推動實驗進程，通過實驗去摸索科學知識產生的過程，從而開啟化學實驗思維。這樣學生不僅在知識與能力層面有所收獲，而且能體會到化學實驗的魅力。

【參考文獻】

[1]劉鵬輝.基于化學核心素養的課堂教學設計策略——以“證據推理與模型認知”為例[J].名師在線，2019（30）：15-16.