STEAM視域下高中化學創新實驗研究

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新優化方式進行探究，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，同時對于培養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新優化實驗，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的特殊顏色火焰的現象。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、現象最明顯的配比。發現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。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出不同的火焰顏色，有利于達到通過化學美來激發學生學習興趣，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生影響；然后再蘸取藥品進行灼燒，可見明顯現象，明確藥品狀態不會對焰色反應產生影響。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象進行呈現，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點，反應現象更明顯、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新優化。三種裝置在改進焰色反應實驗方面均有一定的優勢，其中噴霧瓶法具有現象明顯、穩定性好等優勢；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。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教育的高中化學創新實驗研究——以“化學紅綠燈振蕩反應最優條件探究”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）