關(guān)于“爆炸條件探究”實驗課的實踐和思考

孫鵬 朱國定

摘要： 以初中化學“爆炸條件探究”的實驗課為例，介紹面粉爆炸實驗的探索和改進，對課堂教學過程的設計和組織作了闡述與反思。提出真正的改進實驗應安全可行、現(xiàn)象明顯、重復性好，不僅給學生實驗探究帶來便利，也要給同行更多啟發(fā)。

關(guān)鍵詞： 實驗改進; 面粉爆炸; 教學反思; 價值追求

文章編號： 10056629（2019）1007303 ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ?文獻標識碼： B

化學是以實驗為基礎(chǔ)的科學，實驗不僅能激發(fā)學生學習的興趣，還能更好地幫助學生理解和掌握有關(guān)的化學知識，提高學生的科學素養(yǎng)[1]。滬教版九年級化學教材中不僅安排了眾多的教師演示實驗，還專門設計了8個具有化學特色的分組實驗。筆者在設計組織“爆炸條件探究”實驗課中，堅持以學生分組實驗為主體、以探究學習為基礎(chǔ)設計教學內(nèi)容，突出化學學科特色。下文介紹筆者在教學設計與組織過程中遇到的問題、困惑和解決方法，與同行們交流。

1 教學內(nèi)容分析

滬教版九年級化學教材上冊第95頁，正文插入了定向爆破、面粉爆炸和爆炸極限的介紹[2]。教材指明了教學重點： 了解燃燒型爆炸的基本條件和體會爆炸極限的存在。本節(jié)課在設計中應注重以下4個方面[3]：

（1） 面粉爆炸、氫氣燃燒爆炸都屬于由燃燒引起的爆炸，屬于化學變化，在教學中應與物理爆炸作比較。

（2） 爆炸實驗的重點是引導學生認識燃燒型爆炸的特征： 固體可燃物燃燒時產(chǎn)生大量氣體與熱量，這兩者使體積有限的空間內(nèi)的氣體體積迅速膨脹，壓強急速增大從而發(fā)生爆炸，且壓力差越大爆炸的效果越劇烈，讓學生從實驗中了解燃燒型爆炸發(fā)生的基本條件。

（3） 氫氣爆炸實驗的主要目的除了使學生認識爆炸現(xiàn)象外，還應該讓學生體會爆炸極限的存在，引導學生認識到可燃性氣體爆炸與爆炸極限有關(guān)，從而建立點燃（或加熱）可燃性氣體之前必須驗純的意識。

（4） 教學中，還應結(jié)合實驗引導學生認識生活中的各種爆炸現(xiàn)象，學會預防和避免爆炸發(fā)生，強化安全意識。

2 “面粉爆炸”實驗的設計和改進

筆者設想把教材中的面粉爆炸實驗（見圖1）設計成分組實驗（4人一組，一個班級分成12組）。發(fā)現(xiàn)問題如下： 洗耳球不能將面粉充分揚起，蠟燭火焰很難點燃面粉，失敗概率較高;實驗使用的食用油瓶罐，難以大量準備，且大小不一，不同空間對實驗有一定影響;蠟燭固定在塑料瓶靠邊一側(cè)，易使塑料瓶壁受熱融化變形，不易多次或重復操作。

筆者嘗試了不同的改進裝置（見圖2、圖3），收集了圓筒式外賣盒、飲料瓶、“農(nóng)夫山泉”超大桶礦泉水等容器，實驗的結(jié)果都不理想。資料中改進實驗也有很多，經(jīng)過反復實驗，事實與理論相差甚遠。結(jié)合自己的實踐和思考，做了如下改進（見圖4）。

改進1： 無底HDPE塑料瓶代替食用油桶。

優(yōu)點： （1）便于收集，市售1.5L飲料瓶大都是由這種白色、半透明硬質(zhì)塑料制成;（2）耐高溫，可經(jīng)受反復實驗，高溫下不變形、不軟化。

改進2： 蠟燭位置由邊緣移至中間，用固定在橡皮塞上的燃燒匙支撐，橡皮塞打雙孔，一孔插玻璃導管，另一小孔插燃燒匙。

優(yōu)點： （1）蠟燭火焰遠離瓶壁，避免塑料瓶軟化變形;（2）蠟燭高度可以通過燃燒匙的高度調(diào)節(jié)，使火焰位于瓶中央偏下，更容易點燃粉塵;（3）燃燒匙凹槽朝下，且直徑大于蠟燭底面，可抵御打氣筒直吹的強風，有效避免蠟燭熄滅，重復性較高。

改進3： 鼓氣設備改用打氣筒替換洗耳球。

優(yōu)點： （1）方便收集，物理實驗室或者市場有吹氣球的氣筒出售;（2）打氣筒鼓氣量足，可以將面粉充分揚起。若無硬紙板覆蓋，沖出塑料瓶的火光可達0.5m高，效果十分明顯。

注： 加入食用面粉即可，無需加熱烘干等處理，簡化實驗過程;用50mL燒杯盛兩次即可滿足實驗用量。

3 教學過程設計

實驗的改進是為了提高教學效果。江蘇無錫教科院何翔曾指出： 化學實驗的主要目的是幫助學生認知和學習，如果實驗的改進單單停留在現(xiàn)象的表現(xiàn)提高學生的興趣，而不能引領(lǐng)學生深入分析問題、探究原理，這反而會削弱化學實驗的教學功能[4]。

3.1 情景創(chuàng)設，引入主題

[視頻]加油站工作人員用滅火器噴向吸煙男子。

設計意圖： 視頻真實且夸張地突出加油站“禁止煙火”的重要性，與本節(jié)課的主題“爆炸條件的探究”相呼應。加油站的情境也貫穿整節(jié)課，引導學生發(fā)現(xiàn)問題、探究問題和解決問題。

3.2 感受爆炸，激發(fā)興趣

教師： 你能制造一場爆炸嗎？

[實驗]食品包裝袋填充空氣，扎住袋口，用手擠壓爆炸（學生動手）;由帶橡皮塞的打火槍引燃氫氣和空氣的混合氣體爆炸（教師演示）。

設計意圖： 區(qū)分物理爆炸和化學爆炸的同時可以激發(fā)學生的學習熱情。尤其氫氣爆炸震耳欲聾，塑料瓶飛出十幾米，學生對“化學爆炸”印象深刻。

3.3 嘗試爆炸，探索未知

教師： 你相信面粉也會爆炸嗎？

[活動]參考教材組裝面粉爆炸（改進）裝置，完成實驗;思考面粉爆炸需要的基本條件。

設計意圖： 由于學生打氣的力度和角度不同可能會影響爆炸效果，一定會經(jīng)歷失敗的過程，而改進后的裝置重復性高，能讓學生反復實驗，在成功和失敗中總結(jié)經(jīng)驗，突出科學探究的樂趣;且?guī)е鴨栴}去動手實驗，體現(xiàn)合作學習的意義。

3.4 啟發(fā)誘導，小結(jié)知新

[板書]小結(jié)面粉爆炸的基本條件。

設計意圖： 觀察爆炸不是目的，引導學生總結(jié)爆炸條件才是目標。不同班級上課時，學生都能獨立總結(jié)出爆炸條件。如： 學生回答：“燃燒的蠟燭是給爆炸提供明火”;“面粉被吹起來作為可燃物”;“只有被打氣筒吹起來的面粉才能因為燃燒而爆炸，桶內(nèi)沒有被吹起來的面粉便沒有燃燒，得出爆炸需要面粉和氧氣充分接觸”等。由于反復實驗的經(jīng)驗積累，學生的回答多次運用對比的方法，語言較規(guī)范。但此時學生并未提出“爆炸極限”的概念。

3.5 演示啟迪，引發(fā)沖突

教師： 你確定這樣就可以爆炸嗎？

[演示]釋放打火機中的氣體至實驗室中并點燃，沒有爆炸;家里燃氣灶用火點燃也沒有爆炸。為什么看起來滿足了爆炸條件卻沒有發(fā)生爆炸呢？

設計意圖： 從已知出發(fā)，產(chǎn)生矛盾沖突，學生回答是因為可燃性氣體的濃度（體積分數(shù)）不夠，順理成章引出爆炸極限的概念。

[活動]探究氫氣爆炸極限，用350mL礦泉水瓶做容器，利用排水法分別收集體積分數(shù)10%～90%范圍內(nèi)不同濃度的氫氣和空氣的混合氣體并用瓶蓋旋緊（學生活動），用帶有橡皮塞的打火器替換瓶蓋并點燃（教師指導）。

學生分組實驗不能驗純（后面反思中介紹原因），也不能讓學生將瓶中的水完全排盡，后果是大量氣體從瓶口逸出，導致體積分數(shù)不準確。這個實驗安排只是讓學生體會“爆”與“不爆”，感受爆炸極限。課上設計讓兩組學生同時收集相同的混合氣，避免其中一組收集的氣體誤差太大而失敗。

3.6 聯(lián)系生活，學以致用

[應用]請給加油站提出一些有效的建議來預防爆炸;如果夜間發(fā)現(xiàn)管道煤氣泄漏，你該如何處理;剛才收集氫氣實驗過程中，老師做了哪些預防爆炸的措施？

設計意圖： 以多元化活動鞏固學習的知識，檢驗學習成果，提升學生運用知識解釋實際問題的能力，提高安全意識。上述最后一個問題傳達給學生一個理念： 化學實驗有危險，但只要正確運用知識，合理操作，危險是可以避免的。

4 教后反思

4.1 謹記安全第一

備課組成員曾提出本節(jié)課不適合給學生分組，尤其是探究氫氣爆炸極限實驗，一旦教室中出現(xiàn)明火且學生實驗過程中泄漏過多氫氣，極易發(fā)生爆炸。為了避免危險，應采取以下3個措施： ①發(fā)生裝置統(tǒng)一使用初中階段還沒有接觸的啟普發(fā)生器，避免氫氣泄漏;②在第二個分組實驗學生準備收集氫氣和空氣混合氣前，回收火柴，杜絕火種。同時也解釋了學生收集氫氣時，無法驗純的原因;③實驗過程中應確保教室開窗通風。

4.2 改進實驗的初衷

實驗籌備過程中發(fā)現(xiàn)教材安排的實驗很難成功，查閱文獻，收集大量改進實驗，皆以失敗告終。文獻中的失敗，不能說是作者改進方向失真，也許作者本人成功了，但缺少對實驗細節(jié)的介紹和描述，導致讀者無法重復;較多改進實驗文獻中只有實驗裝置的圖示，缺少成功案例的真實展示，是否只是一種設計，并未得到證實？個別改進實驗準備的用品多達幾十種，化簡為繁，實不可取。

因此，改進實驗必須要安全、可行、現(xiàn)象明顯等，更要兼顧重復性、操作簡便和材料易得。真正的改進，不僅要給學生學習帶來便利，也需給同行們更多啟發(fā)。

4.3 實驗探究的價值追問

課后交流過程中，有的教師提出：“我平時講課中對爆炸條件的講解基本上是運用閱讀、填空形式，十分鐘就講完了……?！惫P者認為，化學學習課堂是需要輕松、有趣、豐富、真實的實驗來滋潤的。雖然本節(jié)課只有兩部分組成，學生的收獲在應試中也很難以紙筆的形式得以體現(xiàn)，但是學生在課堂上展現(xiàn)出的學習熱情和得以培養(yǎng)的學科素養(yǎng)是其他課堂無法給予的。讓學生在快樂中學習、學習時感悟、感悟后升華才是科學的教育。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京： 北京師范大學出版社， 2012.

[2]王祖浩主編.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上冊）[M].上海： 上海教育出版社，2017： 95～96.

[3]沈健.中學理科實驗教學指導——初中化學分冊[M].南京： 江蘇科學技術(shù)出版社， 2012： 141～145.

[4]何翔.基于比賽作品分析的化學實驗創(chuàng)新設計思考[J].化學教育， 2014，（13）： 66～69.