基于学科核心素养发展的几则化学实验设计

2019-10-10唐劲军黎琼

中国教育技术装备 2019年3期

唐劲军黎琼

摘要从生活化、绿色化、简易化角度出发，对蔗糖与浓硫酸反应、二氧化碳与水反应、金属在氯气中燃烧等实验进行创新设计，实现仪器装置生活化、实验过程绿色化、操作便捷化，解决化学探究性实验中操作复杂、药品耗量大、尾气污染等问题，增强探究性，激活学生创新思维，为发展学生学科核心素养提供实验素材。

关键词学科核心素养;化学实验;自制仪器;绿色实验

中图分类号：G652 文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）03-0114-03

1 问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版）》凝练了学科核心素养，明确提出“提升学生综合素质，着力发展核心素养”[1]的培养目标。“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”作为化学核心素养，需要在实验教学和探究活动中落实。但由于部分中学化学实验装置复杂，操作不够便捷，废液、废气污染较大，制约了实验探究活动的开展，进而影响学科核心素养的落实。笔者针对几则实验中存在的问题，进行创新设计，使其更加有利于实验教学和学生探究活动，通过实验创新发展学生化学核心素养。

关于蔗糖与浓硫酸反应，二氧化碳与水反应，以及钠、铜在氯气中燃烧等反应，已有实验改进研究。

1）蔗糖与浓硫酸的反应。已有研究[2-3]主要设计成密闭容器中反应，并在容器中检验产物，较好地解决尾气污染、药品耗量大的问题;但装置比较复杂，操作不够简便。

2）二氧化碳与水的反应。已有研究[4-6]将湿润石蕊试纸置于二氧化碳中，利用试纸变色证明反应发生，便于现象对比;但仍存在实验成功率不高的问题，如设计用注射器的活塞移动来观测二氧化碳与水的反应，经常出现注射器活塞不灵活，导致现象不明显。

3）钠和铜在氯气中燃烧实验。已有研究[7-9]设计了在同一密闭体系中进行氯气发生和氯气与钠燃烧反应，避免了氯气泄露;但整体装置较复杂，前期准备工作较长，部分自制仪器（如无底玻璃瓶）制作难度大。关于铜在氯气中燃烧实验，研究者[10-12]通过外加热源对铜丝进行加热，解决了装置中尾气泄露问题;但装置和操作比较复杂，耗时较多。

基于此，笔者对上述几个实验进行创新设计，通过选用生活器材、自制仪器、对实验进行改进，设计成趣味性绿色实验，以便更有利于学生开展探究活动，为落实“探究意识、创新精神、社会责任感”等学科核心素养提供参考。

2 实验设计

蔗糖与浓硫酸的反应

1）实验改进装置如图1所示。

2）实验药品及仪器：蔗糖、浓硫酸、NaOH溶液、品红溶液、蒸馏水、500 mL“东方树叶”绿茶塑料瓶、10 mL注射器、青霉素瓶、白纸、研钵、胶头滴管和双面泡棉胶带等。

3）实验步骤及现象。按图连接装置，检查气密性;注射器吸取10 mL NaOH溶液，透过泡棉胶带插入瓶盖;将浸有品红溶液的白纸片置于瓶底铺开，压扁，尽量排出空气;往青霉素瓶中加6～8 g蔗糖，加几滴蒸馏水，搅至糨糊状后加入6 mL浓硫酸，搅拌，将青霉素瓶放进瓶中，旋紧瓶盖;观察到青霉素瓶中黑色物质迅速膨胀，发出白烟，饮料瓶逐渐膨胀，有水雾（图2、图3）;纸片由红色逐渐褪成无色（图4、图5）;反应结束后，将NaOH溶液注入瓶中，振荡，吸收尾气。

4）改进优点。

①采用常见的生活器材，装置可循环使用。生活化、绿色化实验设计能让学生感知反应过程，帮助学生克服对该实验的畏惧，增强实验探究的趣味性。

②实验操作简单，无尾气排放，现象明显，能用于学生探究活动和家庭小实验。

③依据此实验的启示，学生可设计不同的替代用品，培养学生的创新意识和社会责任感。

二氧化碳与水的反应

1）实验药品及仪器：紫色石蕊溶液、红墨水、CO2气体、蒸馏水、10 mL注射器、橡胶管、具支U形管、泡沫板、白纸、医用输液管、止水夹。

2）实验改进装置（图6）。

3）实验步骤及现象。

①制作U形管压力计。利用泡沫和双面胶制作白板;取一段医用输液管，注入红墨水，置于具支U形管中，固定于白色硬纸板上，调整液柱高度，使两边高度持平（图7）。

②CO2与水反应。用注射器吸取5 mL紫色石蕊溶液，吸入半筒CO2，与医用输液管一端橡胶管连接，多次倒转注射器，发现紫色石蕊溶液逐渐变红，两端红墨水形成高度差（图8）。

4）改进优点。

①相比教材中用矿泉水瓶验证CO2水溶性的实验，自制U形管压力计，液柱高度变化较大，便于观察实验现象，有利于感受探究的乐趣。