高中化学实验本体研究“六策略”实践案例

贝伟浩 张金恒 潘卫周

[摘   要]南宁三中化学实验教学“三实融合”课题组对化学实验本体研究展开了探索与实践，总结出“六策略”：改进实验装置，进行试剂处理，增加实验内容，优化实验步骤，引入数字技术，设计正交试验。研究成果提高了化学实验课堂教学的探究效度。

[关键词]高中化学;实验本体;正交试验

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）29-0063-03

由于化学实验本身的复杂性、动态性，使得实验课堂教学中的实验变量较多，直接影响化学课堂教学效果。如何以化学实验本体的创新改进激发学生的创新思维，是高中化学实验教学研究的重要内容。南宁三中化学实验教学“三实融合”课题组对化学实验本体研究展开了探索与实践，总结出“六策略”：改进实验装置，进行试剂处理，增加实验内容，优化实验步骤，引入数字技术，设计正交试验。研究成果提高了化学实验课堂教学的探究效度。

一、研究目标

技术性目标：绿色环保、仪器简洁、重复使用、安全可控、操作简单、现象明显、合理数字化。以装置仪器、内容步骤、技术思想三方面展开化学实验本体研究;以发展化学实验的设计思想革新实验装置改进思路，实现化学实验本体的改进，促进课堂上化学原理的探析和认知冲突的解决;以实验本体的创新改进激活学生的创新思维。

二、研究内容和成果

1.改进实验装置，彰显探究过程

实验装置的改进以简单简约、安全绿色、现象清晰为目标，着力体现过程性变化，凸显实验过程中的关键信息。我们以各级示范课、优质课、展示课为需求驱动，集化学教研组全体人员之智慧，创新和改进实验装置32套，彰显了探究过程，增强了探究效果。在实践过程中，我们总结出五种实验装置改进思路：一体设计法、载体变换法、微型密闭法、电路辅助法、替换触动法。

（1）一体设计法

【案例1】氨气溶于水实验。原实验设计存在的问题：课前收集的氨气不干燥、易逸散，是造成实验失败的主要原因。改进方法：进行装置一体化设计，制气装置连接“喷泉”装置。采用固液法（浓氨水+生石灰）制氨气，把氨气直接导入烧瓶，同时增加尾气吸收装置，实现制气、溶水、尾气处理一体化。整套装置简单，产气快，不需加热，绿色环保。

（2）载体变换法

【案例2】铝热实验。原实验设计存在的问题：操作复杂、成功率低、不安全。改进方法：以黏土筒做容器，用火柴头做引燃物，在氧化铁和铝粉的混合物中插入两根铁丝，以焊接铁丝为成功标记（如图1）。采用火柴头引燃，可避免视力伤害;反应器内壁高，可有效减少熔融物飞溅;减少氯酸钾使用量，可减少烟尘排放。反应原理更清晰：火柴头引燃，氯酸钾分解助燃，铝和氧化铁置换。

（3）微型密闭法

【案例3】氯气的制备与性质实验。原实验设计存在的问题：整套仪器庞大、复杂，操作麻烦，实验时间长;试剂剂量大，且有毒。改进方法：用一个六穴反应板放入密封塑料袋中，将药品放入空穴，迅速封闭塑料袋，透明的塑料袋可以清晰观察现象（如图2）。仪器简单，操作方便，剂量小，安全性好，适合学生课堂实验。

（4）电路辅助法

【案例4】铁钉的腐蚀实验。原实验设计用酸洗除生锈的铁钉，经饱和食盐水浸泡后放入具支试管中。该设计现象不明显，在课堂上基本观察不到。改进方法：用U型管代替具支试管，增加灵敏电流表形成一个完整电路（如图3）。通过电流表指针偏转和溶液颜色变化，帮助学生理解金属的吸氧腐蚀。

（5）替换触动法

【案例5】氯气与氢气光照爆炸实验。原实验方法：收集氯气、氢气，混合后用点燃的镁条靠近。原实验方法成功率不高，且不安全。改进方法：用大塑料瓶套小塑料瓶，用闪光灯代替镁条，增加尾气吸收（如图4）。实验改进后成功率高，安全环保，装置还可以探究氯气与氢气比例变化的反应情况。

2.进行试剂处理，凸显实验现象

实践中，从试剂的浓度、颗粒度、表面处理、纯度等方面做了大量预处理尝试，形成多种试剂预处理或调整的实验方案，获得了清晰、明显、直观、可信的实验现象，使学生印象深刻，化学概念清晰呈现。

【案例6】浓度对化学平衡移动的影响实验（如表1）。

3.增加实验内容，辅助原理理解

化学实验的“三大原理”是实验原理、装置原理和操作原理，原理实验可以为化学创新提供最直接的实验价值。在实践过程中，我们以三大原理实验为基础，梳理教材上虽未设计，但对强化化学原理理解有支撑的实验，充分挖掘原理实验的教学价值。除常规教学中教材要求必做的实验外，我们还增设了原理实驗三类10项，并在课外开放实验室课程中，增设原理实验3项：熔融硝酸钾导电实验、氧化还原反应法滴定实验、探究镁-铝-氢氧化钠原电池。

4.优化实验步骤，厘清概念关系

部分实验设计未考虑课堂实时效果，实验步骤缺乏合理性，无法更好地促进学生新概念形成。实践中，我们采取优化操作顺序或者增加后续验证性操作的策略，厘清概念关系，达到实验探究目的。（如表2）

5.引入数字技术，揭示规律关系

合理引入数字传感技术，通过显示屏的数据，使实验现象呈现连续性过程，促进学生形成图像表征，有利于学生的概念理解和规律总结。在实践过程中，我们常态开展的数字化实验已有10项。（如表3）

6.设计正交试验，确定最佳配比

引入正交试验这一多因素多水平的实验研究方法，进行课本实验的改良。我们对“浓度对 H2C2O4溶液与酸性 KMnO4溶液褪色反应速率的影响实验”等十多个实验采取正交试验法进行研究，以获取实验最佳配比。（如表4）

高中化学实验本体研究应是化学课堂实验教学创新的基石，以教师的创新教学方能激活学生的创新思维。南宁三中化学实验教学“三实融合”课题组提出了六类实验研究思路，在实际演示中取得了很好的效果。如课题组的化学实验作品获全国一等奖1项，获全国优秀奖1项，获广西一等奖2项，三等奖1项;开发了化学实验校本教材8册。

[   参   考   文   献   ]

[1]  贝伟浩.正交试验法探讨氢氧化亚铁制备的最佳实验条件[J].中学教学参考，2015（8）：102-103.

（责任编辑 罗 艳）