基于发展生物学核心素养的教材实验改进*——以比较过氧化氢在不同条件下分解实验为例

李军军

一、实验改进的原因及意义

“比较过氧化氢在不同条件下的分解”是人教版高中生物必修1课程标准规定的必做实验。实验完成后，很多学生反映实验操作中卫生香易熄灭，卫生香并未复燃，实验装置漏气，定性比较，实验结果只能粗略比较H2O2分解反应速率的快慢，不能显示H2O2分解反应的终点状态等问题。笔者没有立即解答学生的疑惑，引导学生分组讨论问题产生的根源及解决方案，鼓励学生创新思维，利用实验室常规材料优化制作操作安全、结果明显且能定量分析结果的实验装置，不但完美解答学生的所有问题，而且培养了学生敢于质疑教材，深入挖掘教材资源，提高自身批判性思维和科学探究能力。

二、改进后的实验方案

1.实验原理

H2O2分解反应(2H2O2=2H2O+O2↑)是一个产气反应。2 mL3%的H2O2完全分解释放大约19.6 mL的氧气[1]。在密闭容器中，19.6 mL的氧气在常温下引起的压强变化完全可以用自制实验装置检测到。

2.实验材料

试管、具支试管、玻璃管、烧杯、橡皮管、剪刀、酒精灯、橡皮塞、打孔器、秒表、自制U型玻璃管(教师指导学生利用玻璃管、改进酒精灯烘烤自制U型管)。

3.实验装置图(如图1所示)

图1

4.操作步骤

(1)组装与安放实验装置(如图1所示)。

(2)分别在装置a、装置b、装置c和装置d的1号管和2号管中加入适量的3%的H2O2溶液，在各装置的1号管中加入2滴FeCl3溶液，2号管中加入2滴新鲜的肝脏研磨液，然后用橡皮塞迅速塞紧试管口。

(3)打开秒表，记录时间，观察实验想象、记录结果并填入表格(见表1)。

表1

(4)分析结果，得出结论并反思改进。

三、改进实验方案的再优化

利用优化装置重新实施实验，评价自制实验装置与不足，并根据实验结果再次改进装置与方案。利用优化实验装置时应注意以下问题：(1)实验之前要确保各装置的密封性，确保管口及连接处不漏气；这是保证实验准确、减小误差的关键。(2)装置a中最好用小气球，为了确保H2O2分解产生足够的氧气，能把气球吹起来，实验前可先进行预实验[2]，选择合适的H2O2体积及浓度。装置b中一定要确保玻璃管插入H2O2溶液，形成液封。装置d中的U型管要足够长，确保有色液滴不溢出U型管。(3)对比实验要同时进行且设置平行重复实验，以减小误差。

四、改进实验方案的优点

改进实验方案以解决学生在实验操作中出现的问题为出发点，强化协作探究、批判性思维的培养，学生参与度高，兴趣浓厚。对实验装置的改进活动充分发挥学生的创新思维，具有以下优点：(1)材料易得且经济实惠。(2)操作简单、安全。(3)能克服教材实验的不足，实验可重复性强、成功率高。(4)自制实验装置定量比较不同条件下H2O2分解反应速率及反应到达终点时的产气量，利于学生有效突破催化剂只改变化学反应的速率，不改变其平衡点这一教学难点。(5)自制实验装置还可用来定量探究pH值对过氧化氢酶活性的影响。

五、教材实验改进的反思

(1)实验的改进要围绕发展学生生物学核心素养展开。新一轮课程改革强调发展学生核心素养，近年的生物高考题也注重考查学生的理性思维、探究能力等核心素养。改进实验是充分培养学生探究能力和理性思维的良好途径，不但有利于学生突破高考，而且能发展学生能力，有长久的生命力，有更大的推广价值。

(2)实验改进要求教师和学生有意识地思考并评价教材实验的优点、不足以及与本地学生实际的切合度。教师和学生要尊重教材但不拘泥于教材，要深入研究教材，提高挖掘并合理利用教材资源的能力，充分利用教材实验的不足，适时创设情境，引导学生提出问题、分析问题以及利用所学知识解决问题的能力，要善于激发学生进行批判性思维，进而培养其理性思维。

(3)实验的改进要充分信任并尊重学生，以问题为出发点，驱动学生思考、探究更好的实验方案。教师要避免过多干预，适时启发并引导学生发散思维，创新思维，质疑权威，团队协作，参与探究，利用实实在在的真课堂、真活动及真探究让学生在亲身体验中反思、内化所学知识，以便提升学生的真素养。