“喷泉”实验教学功能的挖掘

顾春燕

摘要：以氨气“喷泉”实验为起点，从课程标准、教材要求和学生认知基础等方面探讨“喷泉”实验在高中不同教学阶段的教学功能。

关键词：“喷泉”实验；研究性学习；实验教学；教学功能

文章编号：1008-0546（2017）01-0011-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.01.003

以氨气为例的喷泉实验是高中化学实验教学中的一个亮点，它不仅能紧密联系生活中的景观，抓住学生的兴趣点，而且该实验操作简单，现象明显，探究性强，处理得当，能在学生的脑海中留下难忘的印迹，受益终身。对该实验的变形设计，包括引发方式和原理的探寻、双喷泉的设计都能激发学生的探究热情，但是笔者认为，对喷泉实验的学习和探究也要循序渐进，依据不同版本教材的不同呈现方式在高中教学的不同阶段提升和挖掘该实验素材的教学功能。

一、高一阶段——以喷泉认知氨气的性质

1. 教材分析

“喷泉”实验在人教版、苏教版和鲁科版的高中化学教材中有不同的呈现方式，具体如表1所示。

2. 学生认知基础分析

以使用人教版教材的学生为例，学生在第二章化学物质及其变化中已学习了物质的分类和离子反应的基本概念，初步了解了电解质和电离，但由于对这部分知识的学习还处于初级阶段，比如对弱电解质及其电离还不够深入，学生对氨气遇水形成碱性溶液的认识缺乏理论基础，此外学生对气体在水中的溶解性也不够明确，结构知识还很不到位，还没有完全掌握“结构→性质→用途”的化学学习规律。

3. 教学目标达成

以人教版为例，氨的性质和制备共安排1课时，本节课的教学目标可以定位在通过对喷泉实验的分析掌握氨的主要性质，结合氨的性质引导学生探究氨的制备方法及其原理。教学过程中，学生对氨的性质的获得，主要通过教师借助喷泉实验引导学生大胆猜想和推断来完成。目标达成过程中，从红色的喷泉推断出氨溶液呈碱性，由碱性推断出溶液存在氢氧根离子，而根据氨本身的组成元素分析和第二章所学，氨属于非电解质，本身不会产生氢氧根，由此可以推断氨首先与水结合成可以电离出氢氧根的物质NH3·H2O；结合已有的物理知识，明确喷泉实验的原理是因烧瓶内外产生的压强差使烧杯中的液体进入烧瓶内，从而形成喷泉。实验中是通过挤压滴管使少量水进入烧瓶即产生较大的压强差，由此可以推断氨在水中的溶解性很大。

二、高二阶段——以原理探讨喷泉实验的改进

1. 学情分析

对高一学过的喷泉实验进行深入剖析会让学生有更高的探究热情。此时将既有的结论从性质推测走向理性的结构分析，进一步构建结构决定性质，性质决定用途的化学思想方法，明确氢键对物质性质的影响，推知氨极易溶于水并且所得氨水显碱性的原因是氨分子和水分子之间的氢键，分析氨易液化也是源于氢键，是因为NH3分子与NH3分子之间形成氢键导致沸点较高，易于液化。

2. 学生认知基础分析

进入高二阶段学习的学生已经完成了高中化学两个必修模块的学习（具备了有关氨的基本知识），再加上高二下阶段对选修3的学习（具备了价键意识），可以建立研究性学习平台，在对氨气喷泉实验的原理进行深入探究的基础上，探讨喷泉实验的改进。

3. 活动设计和目标达成

[活动主题]氨与水的喷泉实验引发方法

[资料获取]以“喷泉实验”“引发措施”等关键词进行搜索（教师在布置任务前先行检索相关文献）。

[汇报交流]学生根据所收集的资料进行筛选和整理，形成文本材料，并制作成PPT进行交流汇报。

[实验探究]指导学生通过分组讨论、实验、小结等环节完成科学探究：

（1）提出研究假设。通过分組讨论，提出喷泉实验引发方法存在以下几种：①用胶头滴管先注入少量水；②用热毛巾先捂装满氨气烧瓶后取走；③用冷毛巾先捂装满氨气烧瓶后取走；④……

（2）设计实验进行验证。为了学生顺利实施自行设计的方案，教师应该预先准备好若干个装满氨气的烧瓶。也可以引导一些具有探究经验的学生尝试对某个指定装置产生喷泉的思考和操作。如图1所示装置，将锥形瓶放置在水槽中，锥形瓶中加入易挥发试剂（如酒精），水槽中加入冰水后，如果再加入一种物质，结果也产生了喷泉。思考水槽中可以加入的是什么物质？简述理由并通过实验验证。

（3）得出实验结论：小组交流完善（略）。

在面对学生不合理的方案设计，不要过多的干预，只要他们是积极去完成实验探究，就能自行发现方案的不合理性，从而激发他们改进的欲望和热情，体验自食其力收获知识达成目标的喜悦。教师要有静待花开的气量和耐心。直接给予的方案再成熟也是别人的，探究的目的就是要让学生自己的方案从不成熟到成熟，或许我们还能收获出乎意外的惊喜。所以对于研究性学习活动，我们主要是为学生提供科学探究的平台，提供时间、空间和设备仪器，培养学生脱离老师的指令后自己获取知识的能力。在实验探究热情高涨的情况下，再鼓励学生结合所学的结构知识探究氨在水中的溶解性很大和氨水呈碱性的原因，最后再做一个小结。

三、高三阶段——以喷泉实验拓展知识运用

1. 学生认知基础分析

进入高三化学一轮复习时，学生已经完成了对高中化学两个必修模块和三个选修模块的学习。此时，学生已经掌握了必要的基本概念（反应热、弱电解质的电离等）、比较系统的元素化合物知识（氨与氯化氢的化合、氨与水的反应等）及物质结构与性质（氨易溶、氨易液化、氨水显碱性等性质与氢键存在的密切联系。）

2. 复习目标达成

高三复习不仅要“温故”，更重要的是“知新”，也就是说要在复习已有知识的基础上进行知识的整合，实现知识的融会贯通，进而达成能力的提升。这就要求教师精心策划组织，积极调动学生情感，提升课堂价值。此时以氨气的喷泉实验为主题的专题复习，可以将基本概念、元素化合物知识和物质结构知识等有机结合，进一步帮助学生提升从掌握基础知识到运用知识解决实际问题的能力和水平，最终达成三维综合目标。对高三一轮复习喷泉实验的教学目标进行分解，如图2所示。

3. 专题复习教学片断

片断1 常见喷泉实验装置的分析和比较

[设计意图]如图3所示，通过不同喷泉实验装置，不同实验原料和多种引发方式的选择比较，帮助学生进一步厘清喷泉实验的本质，总结出喷泉实验成功的关键因素：①盛气体的烧瓶必须干燥，否则，在收集气体时因甁内残留水分迅速将收集的气体大量溶解，导致瓶内空气没有被排尽，压力不够，难以形成喷泉；②烧瓶内气体的量。要充满烧瓶， 确保气体溶解后产生的内外压强差足够大；③实验装置的气密性。实验前必须检查装置气密性，若漏气，则喷泉难以形成；④气体的溶解性。所选气体能在所用液体中因大量溶解或快速反应而被吸收。通过对喷泉实验原理的深入研究，帮助学生在喷泉的自然情境下对一些化学实验基本操作进行复习，同时帮助学生触类旁通，掌握综合理化知识解决实际问题的本领，完成了解、理解到灵活运用的目标转变。

片断2 组合式喷泉实验的设计

如图4所示装置，实验前关闭a、b、c止水夹。

（1）若要在该装置中产生喷烟现象，如何操作？

（2）若要在该装置中产生双喷泉现象，如何操作？

[设计意图]组合式喷泉实验的设计有助于进一步提高学生对喷泉实验原理的掌握。通过轻微挤压胶头滴管使很少量水进入烧瓶，溶解右瓶中的部分NH3使瓶Ⅱ内压强减小。打开活塞a、c，瓶Ⅰ中的HCl进入右瓶生成NH4Cl固体而在右瓶管口产生喷烟现象。过一段时间，打开活塞b，则烧杯内的水会压向左右两个烧瓶，在左右两瓶中均产生喷泉。若预先在水中滴加紫色石蕊试液，则在左瓶中产生红色喷泉，在右瓶中产生蓝色喷泉。运用已有的喷泉实验基础，拓展思维，将元素化合物知识与喷泉实验原理之间的结合进一步延伸，提升学生的科学素养和综合应用能力。

片断3 氨气喷泉实验拓展

在喷泉实验的基础上进一步拓展，以提高学生知识应用的能力。

[设问1]利用图5装置所收集到的气体能否直接用于“喷泉实验”？说明你的理由。

[设计意图]引导学生从“喷泉实验”的要点思考NH3的净化、收集、检验等一系列问题，巩固整理NH3的部分性质。

[设问2]NH3为何极易且快速溶于水？要使“喷泉实验”现象明显需对该装置得到的气体作怎样的处理？

[设计意图]在“喷泉实验” 实际准备情境下引导学生对氨气的性质复习巩固并灵活运用。鼓励学生针对两个问题所涉及的多个知识点和多处细节，相互补充完善，充分体验“合作学习”。同时为后面乙、丙烧瓶中“喷泉”的引发作好铺垫。

[拓展延伸]（1）图6 乙烧瓶中充满干燥的NH3，是否可以产生喷泉？如果可以则如何引发？（2）丙烧瓶中是空气，如何选择试剂A、B才能使水向上喷出？（3）若在标准状况下“喷泉实验”结束时整个烧瓶充满液体，则所得溶液的物质的量浓度是多少？

在上述过程中，以“喷泉實验”问题组为主线，以归纳氨的结构和性质为暗线，组织独立思考、合作探讨、运算对比等学生活动最终达成对信息的获取、加工和应用。

教学目标的达成不是一蹴而就，而是在循序渐进中分阶段达成的，从现象到本质，从本质到运用，是科学认知的必经之路。分阶段达成教学目标、能力目标和情感价值目标应以不同教学阶段，学生不同认知基础和教材知识结构等诸多要素为基础。关于喷泉实验的学习是一个集物质结构、元素化合物知识和实验的综合性问题，没有必要在高一新授课就多面灌输，急求透彻理解，全面把握，否则必将得不偿失，不如保护学生的求知欲和兴趣点，在不同的教学阶段逐步深化对其认识和理解，让学生在求学过程中渐渐体验拨开云雾，豁然开朗。比如高二巧妙利用喷泉实验培养学生学习化学的兴趣和探究热情，高三复习则侧重于通过一些基本实验素材，努力提升学生对知识的综合运用水平，增强学生对实际问题的解决能力。我们还可以寻找并科学合理地利用好其他实验素材，在尊重学生学情、权衡不同学段学习重心的基础上，不断挖掘他们内在的教学功能，充分发挥高中化学实验对培养学生化学核心素养的重要作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003

[2] 顾晔.“氨和铵盐”一轮复习课[J].化学教学，2010（7）：51-53

[3] 顾晔.“过氧化钠与水反应后滴加酚酞”实验在高中不同阶段的教学功能挖掘[J].化学教学，2014（8）：42-45

[4] 华文清. 氨的喷泉实验创新设计[J].化学教育，2007（9）：49

[5] 杜海彦.NH3的喷泉实验的创新[J].教学仪器与实验，2008（1）：28