STEAM视域下高中化学创新实验研究

基金项目：本文系2019年度泉州市基础教育课程教学研究立项课题“STEM视域下高中化学实验教学探究”（课题批准号QJYKT2019-045）阶段性研究成果

摘要：实验课程是高中阶段化学课程的重要组成部分，在帮助学生理解和掌握相关化学理论知识、培养学生探究能力、知识应用能力、动手实践能力方面有不可或缺的作用。因此，加强对高中化学实验教学的重视十分必要。焰色反应实验是高中化学的常见实验之一，既往在进行该实验操作时多存在有操作烦琐、现象不明显等不足之处，不利于学生观察。本文就以STEAM理念为基础，对焰色反应实验的创新优化方式进行探究，以达到更好的实验效果。

关键词：STEAM理念；高中化学；创新实验

中图分类号：G633.8文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）01-0125

将STEAM教育运用于高中化学教学中，不仅能够引导学生更深入地学习知识，提升学生的课堂参与度，同时还有利于提升学生运用知识解决实际问题的能力。基于此，本次研究中就以STEAM教育为基础，探究高中化学实验教学的创新策略。

一、问题的提出

焰色反应为高中化学的一个重要实验，该实验的开展能够帮助学生认识到化学知识与日常生活的紧密关联，同时对于培养学生的化学艺术美感有十分重要的作用。但既往课堂实验教学中多存在一定的不足和问题。笔者通过查阅文献的方式对多种改进方法进行总结分析，并尝试进行了铝箔法、喷雾瓶法、试纸法等多种实验方法，并对其优缺点进行了总结，然后自主设计了喷雾瓶法来开展焰色反应。以STEAM理念为基础，进行跨学科融合学习，通过自制彩色火焰打火机、焰色反应图谱装置等方式来创新优化实验，从而引导学生更好地体验焰色反应带来的化学艺术之美。

二、实验设计

1.实验原理

焰色反应即某些金属或其化合物进行无色火焰灼烧时所呈现的特殊颜色火焰的现象。教材中的实验方法是以镍铬合金或铂等金属丝承载金属，然后置于酒精灯火焰上灼烧，从而形成特征颜色。本实验以自主研制的彩色火焰打火机、焰色反应图谱装置、特定配比喷雾瓶等进行实验。

2.实验用品及实验装置

实验用品主要分为实验药品及实验仪器两大类，实验药品包括纯固体药物（如氯化铜、氯化钠、氯化钙等）及纯液体药品（如盐酸、蒸馏水、无水乙醇等）。实验仪器主要包括货叉、喷雾瓶、酒精灯、升降台、烧杯、打火机、钻玻璃、棉签、坩埚钳、脱脂棉、铂丝、湿抹布、焰色反应图谱装置等。

实验装置主要是指自主研制的喷雾瓶装置、彩色火焰打火机装置及焰色反应图谱装置。

三、实验过程

1.以喷雾瓶法改进焰色反应实验

逐步尝试喷雾溶液中各成分比例，获取的黄色尾焰影响最小、现象最明显的配比。发现将绿豆粒大小的金属盐固体溶液溶于100mL水中，并按照水和酒精1∶1.5的配比制作溶液，然后以稍微湿润的棉花蘸取酒精，点燃后便可见焰色较纯、火焰团较大的火焰。该实验操作简单，反应明显，便于学生观察。

2.以彩色火焰打火机改进焰色反应实验

以喷火口不涂金属盐的打火机为空白对照实验，然后再取四个彩色火焰打火机，分别在其喷火口周围涂抹氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化钙等金属盐，然后按下打火机就可见有不同颜色的火焰呈现。以该装置进行焰色反应实验操作，一方面具有取材方便，且贴近学生生活，有利于引导学生认识到化学知识和日常生活的紧密联系，同时也能让学生在观看实验、动手实践的过程中逐渐形成思维迁移能力，从而让学生更好地体会化学的创造美。另一方面，该实验通过在打火机周围涂抹不同的金属盐可以呈现出不同的火焰颜色，有利于达到通过化学美來激发学生学习兴趣，激活学生学习内在动力的效果。

3.以焰色反应图谱装置改进焰色反应实验

该实验需以丁烷作为染料，然后在彩色火焰打火机实验的基础上，连接有四个并排喷火嘴的燃气管，然后进行包装，支撑焰色反应图谱装置。利用该装置进行实验，可获取淡蓝色火焰；然后以棉签代替铂丝，明确棉签不会对焰色产生影响；然后再蘸取药品进行灼烧，可见明显现象，明确药品状态不会对焰色反应产生影响。在此基础上，以该装置对课本上提到的7种金属元素的焰色反应现象进行呈现，并拍照形成自制的焰色反应化学图谱。以该装置进行实验操作，具有火焰温度高、显色速度快、且可消除黄色火焰干扰等优点，反应现象更明显、更准确，便于学生观察；同时该实验还可突破液体局限，通过棉签蘸取固体或液体药品的方式进行实验；并且该实验还可同时进行四种金属元素的焰色反应，让学生直观地进行对比观察，为学生带来更直观的印象，利于学生掌握相关知识。

四、结论

在实际教学中引导学生熟悉焰色反应原理后，以STEAM理念为基础，在分析总结各项实验方式优缺点的基础上，以自制焰色反应图谱装置、喷雾瓶装置、彩色火焰打火机装置进行实验创新优化。三种装置在改进焰色反应实验方面均有一定的优势，其中喷雾瓶法具有现象明显、稳定性好等优势；而彩色火焰打火机法则更易于取材，且简单易操作；焰色反应图谱装置更有针对性，并可更好地对课本实验进行再现。上述三种实验方案在改进教学效果、提升学生学习兴趣方面均有积极作用和价值。

参考文献：

[1]薛继平.融合STEAM教育理念的高中化学教学研究[D].福建师范大学，2018.

[2]姜雨欣.STEAM理念下高中生化学创新能力培养策略研究[D].哈尔滨师范大学，2019.

[3]许亮亮，邹正，马嘉源.基于STEAM教育的高中化学创新实验研究——以“化学红绿灯振荡反应最优条件探究”为例[J].化学教育（中英文），2017（21）.

作者简介：刘建桂（1982-），男，泉州第五中学中级教师。

（作者单位：福建省泉州第五中学362000）