高中化学教材典型实验的拓展运用研究

华庆江

摘 要：学生发展核心素养是党的教育方针具体化、细化的落脚点。化学实验基于学科特点和本质，凝练了核心素养，是落实必备品格和关键能力培养的具体措施和出发点。化学学科重视以实验教学和创新运用为核心，以能力培养为引领，使课程内容情境化，促进学科核心素养的落实。对典型实验的创新运用，是在具备良好的实验技能、充分掌握实验原理基础上思考如何创新才能达到效果最优化，是对思维能力的更高要求，是实现探究过程的再提升。展开对典型实验的创新运用，旨在使实验现象更加明显，让学生能够借助创新实验的探索研究，深刻理解实验中所蕴含的相关化学知识，让典型实验创新教学成果更加显著，更加简便，易于操作，服务于课堂，提高课堂效率，这是我们的研究目的。

关键词：高中化学创新运用；实验；综合运用

在平日学生必做实验和演示实验中，学生动手体验、进行实验验证等发现异常现象时及时探究。采取教师演示实验学生做，或利用替代品变为学生实验，通过实验真实体验知识的形成过程，学生印象深刻，有利于形成学科素养。

一、一定物质的量浓度溶液配制实验的创新运用

鲁科版（2019）必修一教材27页“活动·探究”栏目中，配制一定物质的量浓度溶液的实验是笔者对教材实验拓展运用的一个案例。该装置为固体配制溶液的实验，作为学生必做实验缺乏明确的步骤，在课后题目中需要掌握浓溶液配制稀溶液的必要实验操作，分别在教材33页、40页出现了两次，足以看到对该实验的重视程度，而这恰恰是学生学习的难点，尤其是计算与配制过程。为了更好地使知识有机衔接，便于学生理解与应用，我们结合实验原理进行如下改进。

实验名称：一定物质的量浓度溶液配制实验的创新运用

实验目的：

（1）由单纯固体配制溶液的实验整合为固体配制溶液，然后将配制好的溶液稀释的综合性实验，利用电导率传感器标定标准液的浓度作为基准，测定学生配制的溶液浓度，从而进行误差分析。

（2）将常规配制实验进行综合应用，实现实验的综合运用功能，培养学生分析问题、解决问题的能力。

（3）配制0.1molL-1的碳酸钠溶液500mol，并将配制好的溶液稀释为0.020molL-1的溶液250ml。

实验原理：m=nM.C（浓）V（浓）=C（稀）V（稀）

实验仪器及药品：托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、500ml容量瓶、胶头滴管、量筒、试剂瓶、电导率测试仪。

实验步骤及现象：

1.计算：m=nM=5.3g

2.用托盘天平称量固体碳酸钠5.3g（分析天平称量5.30g）。

3.用小烧杯量取50ml水溶解碳酸钠固体，玻璃棒搅拌后冷却至室温。

4.将冷却后的溶液转移到500ml容量瓶。

5.用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2—3次，将洗涤液转移到500ml容量瓶。

6.继续加水至离刻度线1—2厘米，改用胶头滴管滴加至凹液面的最低处与刻度线相平。

7.振荡摇匀后，装瓶贴标签。

8.利用电导率测试仪对学生配制的溶液进行标定，观察导电率曲线。

9.用量筒量取配制好的溶液50.0ml倒入250ml烧杯中，加少量蒸馏水稀释，并冷却至室温。

10.将冷却后的溶液转移到250ml容量瓶。

11.用蒸馏水洗涤烧杯和玻璃棒2—3次，将洗涤液转移到250ml容量瓶。

12.继续加水至离刻度线1—2厘米，改用胶头滴管滴加至凹液面的最低处与刻度线相平。

13.振荡摇匀后，装瓶贴标签。

14.再次标定学生配制溶液的浓度，进行误差分析。

创新设计后的优点：

1.将两种类型的配制实验合并到一起，运用刚配制的溶液进行稀释，得到稀溶液，实现固体配制溶液、浓溶液配制稀溶液的综合运用，开发了实验的综合功能。

2.学生动手实验，锻炼学生动手能力，培养严密的逻辑思维。

3自己设计，通过计算、推理、实验培养学生学科素养。

二、铁与水蒸气反应实验的创新运用

鲁科版（2019）必修一教材89页“交流研讨”中，铁单质与水蒸气反应装置。该装置实验现象不明显，没有明确的步骤，操作起来有难度。本课题组结合实验原理进行改进。

实验名称：铁与水蒸气反应实验的创新设计

实验目的：改进铁与水蒸气反应的实验，使操作更简单，现象更明显，安全性更高，创新性更强。实验创新的同时，培养学生动手能力。

实验原理：3Fe+4H2OFe3O4+4H2  CuSO4·5H2OCuSO4+5H2O

实验仪器及药品：酒精喷灯、试管、带有橡皮塞的导气管、铁架台（带铁夹）、蒸发皿、火柴、木条、还原铁粉、五水硫酸铜晶体、肥皂液。

实验步骤及现象：

1.首先检验装置的气密性，观察水槽中能否產生气泡，停止加热后是否导管末端产生水柱。

2.称取大约10g五水硫酸铜晶体，用折叠的纸条将其平铺于试管底部，将10g还原铁粉置于试管中后部位，塞好塞子后，将导管末端插入肥皂液中。

3.先预热再集中加热。用酒精灯a加热铁粉，后用酒精灯b对五水硫酸铜晶体加热。用带火星的木条靠近气泡，能够听到爆鸣声。多次重复直到没有声音。说明氢气较纯。

4.点燃气体，观察到安静燃烧，产生淡蓝色火焰。

5.停止加热，观察到试管底部为白色固体，中部为黑色固体。

创新设计后的优点：

1.材料易得，操作安全，现象明显。

2.利用肥皂液展示氢气的验纯，形象生动，安全易操作。

3.装置的创新性强。

①根据反应程度随时调整加热方式。

②合理控制水蒸气的产生。通过观察固体颜色，随时调整水蒸气的产生速率和产量。

③改变加热的顺序。提前预热铁粉后加热CuSO4·5H2O，提高水蒸气的利用率，产生更多氢气。

三、基础实验的创新运用

课程标准指出：鼓励实验的绿色化设计，鼓励开展微型实验、家庭小实验等，发挥现代信息技术的作用，探索现代信息技术与化学实验的深度融合，合理运用计算机模拟实验，但不能完全替代真实的化学实验[1]。我们也开展基础实验操作抽滤、结晶等实验的创新运用。

1.基础实验操作：除去硝酸钾中的氯化钠的创新运用

作为高考化学重点考核的典型实验之一，“除去硝酸钾中的氯化钠的创新运用”的实验视频中，让学生借助不同的方法来独立完成实验，从而建立独立的化学思考能力和动手实践能力，在实验中自然而然地掌握相关的化学原理。

创新之处：改用自制抽滤装置进行过滤。

2.基础实验操作：除氯化钠中的硝酸钾的创新运用

作为高考化学重点考核的典型实验之一，除氯化钠中的硝酸钾的实验中，由于在相同温度下，硝酸钾在水中的溶解度比氯化钠要大很多，所以直接加热溶解，然后蒸发结晶至大量晶体析出时停止加热，趁热过滤即可析出氯化钠晶体。将剩余溶液反复浓缩冷却结晶得到硝酸钾。通过学生独立操作实验步骤，不仅可以让学生注意到硝酸钾可能会留在残留液中造成的问题，也会让学生在实践中深刻感受到要注意到溶剂不要蒸干，趁热过滤得到氯化钠。深刻理解两种物质因为溶解度不同采取不同的结晶方式，这样可以让学生对于比较复杂却抽象的化学理论，留下深刻的记忆。

创新之处；改用自制抽滤装置进行过滤。

3.硫代硫酸钠的合成方法

作为高考化学重点考核的典型实验之一，硫代硫酸钠的合成方法较多，通过视频记录学生独立完成实验的过程，让学生体验做中学，学中做，并不断改进，培养创新能力。

创新之处：采用多种晶种进行实验。

四、化学课堂实验教学设计与实施

“素养为本”的化学课堂实验教学设计与实施，落实到平日教学环节中，是一个很大的挑战。尤其是近几年高考题中出现的实验题目，我们通过反思归纳总结，实现规律化、小结化、能力化的认识。

针对考查点，我们平日鼓励学生动手操作，多用心体会，尽量多尝试不同的解决办法，这些考查点都来源于教材，又高于教材，是多个实验操作的综合运用。在教材经典实验的基础上进行创新运用，实现教材的拓展，能力的提升。师生合作通过实验方案的再设计，达到实验效果更明显，学生印象更深刻，教学效果更显著的总目标。通过学生动手做实验创新改进并视频记录，师生共同讨论总结，优化方案设计，实施方案等，随时跟踪记录，掌控学习质量，增加质量检测环节，不断优化措施进行实验，达到培养学生学科素养的目的。

结合历年高考题对于化学实验考查的特点，我们对备考实验做了如下总结。

1.仔细研究，认真分析，总结规律，群策群力想办法。

2021年高考题单选部分突出了对学生基础的考查，加大实验部分的考查力度，突出了对STSE的考查。例如选择第6题，实际上是聚焦基础化学基础理论，思维容量大。3.5.7甚至包括第10题电化学的题，都与实验基础脱不了干系，突出学生实验能力（实验设计、标准实验操作、仪器用途等）的考查。

通过山东省模考1、模考2、2020年高考题、2021年高考题对比来发现：关注化学与STSE，关注实验、关注真实化学工业生产情境、关注基础化学原理、关注基本概念等，都是新高考化学的着力点，侧重于考查学生用化学知识解决实际问题的能力。总体难度适当提升，思维容量和计算量都在增大，对计算能力要求适当提升。

山东卷化学高考选择题中有（3+1）道独立考查化学实验基础的试题，涉及知识点包括化学实验安全基本操作、仪器使用、物质的分离与提纯、物质的制备及性质实验、实验方案的评价。这样能够很好地落实了化学学科素养中的证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等。

2.重视必做实验和演示实验，总结实验原理和细节，尽可能多给学生提供动手操作的机会，体会知识形成过程。

我们在备考实验时注意：高考对基础实验的考查为基本，尤其是以常见仪器的选用、实验基本操作为中心，围绕是什么、为什么和怎么做来重点考查实验基本操作的规范性和准确性；2022年、2023年高考仍然保持对传统知识点的考查，我们在培养学生实验能力的同时，注意实验细节，给学生更多的动手操作机会，体会知识的形成过程，达到关键能力的提升。高考不拘泥于教材版本，我们要多关注不同教材中提到的实验及其变式。例如KI溶液在酸性条件下被空气氧化实验（人教版第21页），H2O2在不同催化剂条件下催化分解实验（人教版第23页），K2Cr2O7溶液自平衡（人教版第26页）。这些实验在不同省份高考题目中都曾出现和考查。

3.做好总结和拓展，不同层次学生做好分层教学，实现实验教学效果的最大收获。

对课本中出现过的每一个基本实验均应详尽复习，清楚每一个实验的原理、操作过程、反应现象、原因、结论、注意事项。对实验中经常碰到的一些装置或操作应适当进行归纳和延伸[2]。如拓展实验室制O2、CO2、Cl2、NH3的替代方法，拓展制取HCl、SO2、CO、NO、NO2的实验。重视探究性、开放性实验试题的开发与训练，创设情境让学生自己动手体验探究的全过程。总结几个简单流程图原型：①海带提碘（反萃取）②海水提镁（带结晶水氯化物去结晶水）③海水提溴（气流带气问题）

④侯氏制碱法。

对于综合实验题，我们要“瞻前顾后，借花献佛”，充分学会利用题干信息加工后来作答。综合实验题通常的命题特点是以考查化学原理和基本技能为基础，重点考查结合新信息解决实际问题能力，以制备实验为主，不仅考查制备方法和实验操作，而且对定量分析提出了较高的要求。核心考查点是：反应原理确定如化学方程式书写，仪器辨识与使用，实验装置的连接，实验基本操作，实验现象描述与解释，实验关键条件控制，物质分离提纯方法和基本操作，定量计算如滴定法、热重法，实验方案设计与评价。培养学生分析思路：实验目的是什么，整个过程是如何实现的？为什么这样设计（这样设计的优点）？从环保角度有哪些优点？尾气如何处理？最终是如何达到实验目的的？

复习过程中我们采取相应策略：

①抓基础、抓教材。重视双基是前提。

②抓细节、抓规范。如：审题不认真，不按要求作答；书写不规范，答题不准确，必备知识有漏洞，解题有断层；信息提取迁移能力差，不能与所学知识有效整合，逻辑思维能力弱，答题方法有欠缺等。

③抓能力、抓提升。考练结合，反思总结及时。最终实现关键能力：信息迁移能力和逻辑推理能力的达成和提升。

结束语

学科核心素养下，化学学科的魅力是各种典型实验的教学实践和创新探索，充分激发学生的学习兴趣，促進学生主动参与化学实验的教学中，在科学探索和实践进程中培养化学学科的核心素

养[3]。我们通过设计更多具有创新性的教学模式和教学内容，给学生更多机会做实验，培养学生的动手能力，在实验过程中享受到喜悦，形成学科核心素养。教师用实际行动落实立德树人的根本教学目标，在今后教学过程中，不断创新课堂教学模式和实验教学形式，成为学生学习实验和喜欢化学的引路人。同时，在日常实验课堂中，深度理解和掌握化学学科核心素养的内涵，并通过不断创新和改革教学模式，提升化学课堂的教学质量和教学水平，确保学生学科素养的综合能力的提升。

参考文献

[1]周学兴，熊娟，贵元香.捕捉不同类型高考化学试题的关键信息，提升解题效率[J].高中数理化，2022（20）：69-71.

[2]叶炜华.高考化学实验试题的命题特点与备考策略[J].中学化学教学参考，2023（1）：55-60.

[3]吴来庆，佘学智，陈再来.稳中有变变中有新重视能力：2020年高考全国Ⅱ卷理综化学试题特点分析[J].数理化解题研究，2021（7）：93-98.