高中化學實驗本體研究“六策略”實踐案例

貝偉浩 張金恒 潘衛周

[摘? ?要]南寧三中化學實驗教學“三實融合”課題組對化學實驗本體研究展開了探索與實踐，總結出“六策略”：改進實驗裝置，進行試劑處理，增加實驗內容，優化實驗步驟，引入數字技術，設計正交試驗。研究成果提高了化學實驗課堂教學的探究效度。

[關鍵詞]高中化學;實驗本體;正交試驗

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）29-0063-03

由于化學實驗本身的復雜性、動態性，使得實驗課堂教學中的實驗變量較多，直接影響化學課堂教學效果。如何以化學實驗本體的創新改進激發學生的創新思維，是高中化學實驗教學研究的重要內容。南寧三中化學實驗教學“三實融合”課題組對化學實驗本體研究展開了探索與實踐，總結出“六策略”：改進實驗裝置，進行試劑處理，增加實驗內容，優化實驗步驟，引入數字技術，設計正交試驗。研究成果提高了化學實驗課堂教學的探究效度。

一、研究目標

技術性目標：綠色環保、儀器簡潔、重復使用、安全可控、操作簡單、現象明顯、合理數字化。以裝置儀器、內容步驟、技術思想三方面展開化學實驗本體研究;以發展化學實驗的設計思想革新實驗裝置改進思路，實現化學實驗本體的改進，促進課堂上化學原理的探析和認知沖突的解決;以實驗本體的創新改進激活學生的創新思維。

二、研究內容和成果

1.改進實驗裝置，彰顯探究過程

實驗裝置的改進以簡單簡約、安全綠色、現象清晰為目標，著力體現過程性變化，凸顯實驗過程中的關鍵信息。我們以各級示范課、優質課、展示課為需求驅動，集化學教研組全體人員之智慧，創新和改進實驗裝置32套，彰顯了探究過程，增強了探究效果。在實踐過程中，我們總結出五種實驗裝置改進思路：一體設計法、載體變換法、微型密閉法、電路輔助法、替換觸動法。

（1）一體設計法

【案例1】氨氣溶于水實驗。原實驗設計存在的問題：課前收集的氨氣不干燥、易逸散，是造成實驗失敗的主要原因。改進方法：進行裝置一體化設計，制氣裝置連接“噴泉”裝置。采用固液法（濃氨水+生石灰）制氨氣，把氨氣直接導入燒瓶，同時增加尾氣吸收裝置，實現制氣、溶水、尾氣處理一體化。整套裝置簡單，產氣快，不需加熱，綠色環保。

（2）載體變換法

【案例2】鋁熱實驗。原實驗設計存在的問題：操作復雜、成功率低、不安全。改進方法：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記（如圖1）。采用火柴頭引燃，可避免視力傷害;反應器內壁高，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】氯氣的制備與性質實驗。原實驗設計存在的問題：整套儀器龐大、復雜，操作麻煩，實驗時間長;試劑劑量大，且有毒。改進方法：用一個六穴反應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象（如圖2）。儀器簡單，操作方便，劑量小，安全性好，適合學生課堂實驗。

（4）電路輔助法

【案例4】鐵釘的腐蝕實驗。原實驗設計用酸洗除生銹的鐵釘，經飽和食鹽水浸泡后放入具支試管中。該設計現象不明顯，在課堂上基本觀察不到。改進方法：用U型管代替具支試管，增加靈敏電流表形成一個完整電路（如圖3）。通過電流表指針偏轉和溶液顏色變化，幫助學生理解金屬的吸氧腐蝕。

（5）替換觸動法

【案例5】氯氣與氫氣光照爆炸實驗。原實驗方法：收集氯氣、氫氣，混合后用點燃的鎂條靠近。原實驗方法成功率不高，且不安全。改進方法：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）。實驗改進后成功率高，安全環保，裝置還可以探究氯氣與氫氣比例變化的反應情況。

2.進行試劑處理，凸顯實驗現象

實踐中，從試劑的濃度、顆粒度、表面處理、純度等方面做了大量預處理嘗試，形成多種試劑預處理或調整的實驗方案，獲得了清晰、明顯、直觀、可信的實驗現象，使學生印象深刻，化學概念清晰呈現。

【案例6】濃度對化學平衡移動的影響實驗（如表1）。

3.增加實驗內容，輔助原理理解

化學實驗的“三大原理”是實驗原理、裝置原理和操作原理，原理實驗可以為化學創新提供最直接的實驗價值。在實踐過程中，我們以三大原理實驗為基礎，梳理教材上雖未設計，但對強化化學原理理解有支撐的實驗，充分挖掘原理實驗的教學價值。除常規教學中教材要求必做的實驗外，我們還增設了原理實驗三類10項，并在課外開放實驗室課程中，增設原理實驗3項：熔融硝酸鉀導電實驗、氧化還原反應法滴定實驗、探究鎂-鋁-氫氧化鈉原電池。

4.優化實驗步驟，厘清概念關系

部分實驗設計未考慮課堂實時效果，實驗步驟缺乏合理性，無法更好地促進學生新概念形成。實踐中，我們采取優化操作順序或者增加后續驗證性操作的策略，厘清概念關系，達到實驗探究目的。（如表2）

5.引入數字技術，揭示規律關系

合理引入數字傳感技術，通過顯示屏的數據，使實驗現象呈現連續性過程，促進學生形成圖像表征，有利于學生的概念理解和規律總結。在實踐過程中，我們常態開展的數字化實驗已有10項。（如表3）

6.設計正交試驗，確定最佳配比

引入正交試驗這一多因素多水平的實驗研究方法，進行課本實驗的改良。我們對“濃度對 H2C2O4溶液與酸性 KMnO4溶液褪色反應速率的影響實驗”等十多個實驗采取正交試驗法進行研究，以獲取實驗最佳配比。（如表4）

高中化學實驗本體研究應是化學課堂實驗教學創新的基石，以教師的創新教學方能激活學生的創新思維。南寧三中化學實驗教學“三實融合”課題組提出了六類實驗研究思路，在實際演示中取得了很好的效果。如課題組的化學實驗作品獲全國一等獎1項，獲全國優秀獎1項，獲廣西一等獎2項，三等獎1項;開發了化學實驗校本教材8冊。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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

（責任編輯 羅 艷）