基于增值理念的“金属与酸反应”创新实验设计

山东省东营市实验中学   张晓丹   刘如伦

“双减”对课堂教学提出了更高的要求，提质增效成为当前课堂教学的首要任务。实验是学习化学的重要途径，其中蕴藏着很多化学核心素养的增值点。但是在现如今的有些课堂中，由于实验花费时间过长而导致教学进度拖延等原因，教师们更多地选择以播放实验教学视频代替课堂实验。因此，创新设计省时、高效的实验是实现化学课堂增值的重要途径之一。在教学实践中，笔者以“增值”理念为指导，以初中化学“金属与酸反应”为例，设计了三种不同难度梯度的创新实验，环环相扣、层层递进，引发学生不断深入思考和探究，促进学生学习的高效增值。

一、改进教材实验

“金属与盐酸、稀硫酸的反应”实验是人教版九年级下册化学探究金属化学性质的重要实验，实验如图1所示。分析教材实验，发现了几点不足：镁与盐酸反应太剧烈，危险系数高；为了控制变量，需要用量筒量取8次等量的盐酸和硫酸，课堂上耗时太长，且用量多，造成浪费；金属形状各不相同，不利于准确地引导学生形成“控制变量”的思想。为此，对该实验进行了改进创新。

镁与盐酸的反应 锌与盐酸的反应 铁与盐酸的反应 把铜放入盐酸中

图1   教材中“金属与盐酸、稀硫酸的反应”实验

（一）实验仪器和试剂

矿泉水瓶，剪刀，注射器，相同大小、形状的镁、锌、铁、铜四种金属片，盐酸，稀硫酸。

（二）实验步骤

1.安装实验装置，如图2所示。

2.用注射器向瓶底凹槽内分别注射盐酸、稀硫酸。

图2   实验装置图

（三）创新后的优点

1.药品用量少，敞口大散热快，安全性更高。

2.用注射器注射，酸液平均向下流，控制酸用量相等的同时大大节省了时间。

3.选用相同大小、形状的金属片，更能体现“控制变量”的思想。

4.就地取材便于开展学生分组实验，增加了学生的参与意识。

通过这样的创新设计，安全、省时得出实验结论的同时，培养了学生的实验探究能力和创新意识，实现了学生实验操作能力和严谨科学态度的增值。

二、创新定量实验

通过以上实验，学生借助观察四种金属片上产生气泡的快慢进行定性分析。但是由于锌和铁在金属活动性顺序表中相邻，学生观察到锌片和铁片的区别并不明显，为此带领学生共同设计了一套用于定量比较的创新实验装置。

（一）实验仪器和试剂

试管，注射器，试管架，洗洁精，酒精灯，相同大小、形状的镁、锌、铁、铜四种金属片，盐酸。

（二）实验步骤

1.安装实验装置，如图3所示，并检查装置的气密性。

2.将四种金属片分别放入试管中，四支注射器分别吸取2mL的盐酸，快速同时向下推动注射器到最底部。观察并记录在第10秒时四种金属与酸反应产生的氢气体积，如图4所示。

3.将其中的一支注射器安上针头，对产生的气体进行性质检验，如图5、图6所示。

（三）创新后的优点

1.能读出生成气体的体积，可以培养学生的定量分析能力。

2.作为演示实验，后排的同学也可以清晰明显地观察到注射器推动的快慢，学生可以更精确地感受四种金属的活泼性差异。

3.注射器针头蘸取洗洁精吹出的气泡，向上飘动，且爆鸣燃烧，证明生成的气体密度比空气小且具有可燃性，使产物的检验现象明显，过程有趣又安全。

4.安全、省时，能体现“控制变量”的思想。

教学过程中，教师一步步地引导学生思考如何设计定量实验，集体讨论，优化并实施实验方案。通过这样的创新设计，锻炼学生思维，培养学生的核心素养，真正实现深度教学，实现了学生实验探究能力和科学创新能力的增值。

三、引入数字化实验

在实验结束后通过讨论发现，由于四支注射器的摩擦力不同会造成实验误差，为了进行更精确的定量分析，引入了数字化实验。

（一）实验仪器和试剂

气压传感器，电脑，数字化实验系统软件，试管，相同大小、形状的镁、锌、铁、铜四种金属片，盐酸。

（二）实验步骤

1.安装实验装置，如图7所示。

2.将无线接收器连接到电脑，打开数字化实验系统软件，并设置参数。

3.分别向装有金属片的四支试管中倒入6mL盐酸，塞紧橡胶塞，采集数据，如图8所示。

图8   气压随时间的变化曲线

（三）创新后的优点

1.直观展示出气压随时间变化曲线的绘制过程。

2.数据更加精确。

3.增强了学生应用科学技术的意识。

数字化实验精准、定量、可视、实时地展现了实验过程，让学生体会到数字化技术的魅力。随后学生进行图像分析，实现了数据分析能力和科学兴趣的增值。

四、实验创新评价

围绕“金属与酸反应”这一实验，笔者利用矿泉水瓶底等材料改进教材实验，使学生操作更简单、科学、安全；引导学生巧用注射器创新定量实验，启发学生深入思考，学会定量分析；引入数字化实验，引导学生学会利用现代仪器采集并分析数据。整堂课既有基础实验又有拓展实验，既有定性分析也有定量分析，既有内容广度又有内容深度，不同水平学生的化学核心素养均得到不同程度的提升。在实际教学中，教师应不断地优化教学过程，更好地促进学生的学习，从而实现化学学习的增值。

（《山东教育》2023年3月第8期）