关于“爆炸条件探究”实验课的实践和思考

孙鹏 朱国定

摘要： 以初中化学“爆炸条件探究”的实验课为例，介绍面粉爆炸实验的探索和改进，对课堂教学过程的设计和组织作了阐述与反思。提出真正的改进实验应安全可行、现象明显、重复性好，不仅给学生实验探究带来便利，也要给同行更多启发。

关键词： 实验改进; 面粉爆炸; 教学反思; 价值追求

文章编号： 10056629（2019）1007303      中图分类号： G633.8      文献标识码： B

化学是以实验为基础的科学，实验不仅能激发学生学习的兴趣，还能更好地帮助学生理解和掌握有关的化学知识，提高学生的科学素养[1]。沪教版九年级化学教材中不仅安排了众多的教师演示实验，还专門设计了8个具有化学特色的分组实验。笔者在设计组织“爆炸条件探究”实验课中，坚持以学生分组实验为主体、以探究学习为基础设计教学内容，突出化学学科特色。下文介绍笔者在教学设计与组织过程中遇到的问题、困惑和解决方法，与同行们交流。

1 教学内容分析

沪教版九年级化学教材上册第95页，正文插入了定向爆破、面粉爆炸和爆炸极限的介绍[2]。教材指明了教学重点： 了解燃烧型爆炸的基本条件和体会爆炸极限的存在。本节课在设计中应注重以下4个方面[3]：

（1） 面粉爆炸、氢气燃烧爆炸都属于由燃烧引起的爆炸，属于化学变化，在教学中应与物理爆炸作比较。

（2） 爆炸实验的重点是引导学生认识燃烧型爆炸的特征： 固体可燃物燃烧时产生大量气体与热量，这两者使体积有限的空间内的气体体积迅速膨胀，压强急速增大从而发生爆炸，且压力差越大爆炸的效果越剧烈，让学生从实验中了解燃烧型爆炸发生的基本条件。

（3） 氢气爆炸实验的主要目的除了使学生认识爆炸现象外，还应该让学生体会爆炸极限的存在，引导学生认识到可燃性气体爆炸与爆炸极限有关，从而建立点燃（或加热）可燃性气体之前必须验纯的意识。

（4） 教学中，还应结合实验引导学生认识生活中的各种爆炸现象，学会预防和避免爆炸发生，强化安全意识。

2 “面粉爆炸”实验的设计和改进

笔者设想把教材中的面粉爆炸实验（见图1）设计成分组实验（4人一组，一个班级分成12组）。发现问题如下： 洗耳球不能将面粉充分扬起，蜡烛火焰很难点燃面粉，失败概率较高;实验使用的食用油瓶罐，难以大量准备，且大小不一，不同空间对实验有一定影响;蜡烛固定在塑料瓶靠边一侧，易使塑料瓶壁受热融化变形，不易多次或重复操作。

笔者尝试了不同的改进装置（见图2、图3），收集了圆筒式外卖盒、饮料瓶、“农夫山泉”超大桶矿泉水等容器，实验的结果都不理想。资料中改进实验也有很多，经过反复实验，事实与理论相差甚远。结合自己的实践和思考，做了如下改进（见图4）。

改进1： 无底HDPE塑料瓶代替食用油桶。

优点： （1）便于收集，市售1.5L饮料瓶大都是由这种白色、半透明硬质塑料制成;（2）耐高温，可经受反复实验，高温下不变形、不软化。

改进2： 蜡烛位置由边缘移至中间，用固定在橡皮塞上的燃烧匙支撑，橡皮塞打双孔，一孔插玻璃导管，另一小孔插燃烧匙。

优点： （1）蜡烛火焰远离瓶壁，避免塑料瓶软化变形;（2）蜡烛高度可以通过燃烧匙的高度调节，使火焰位于瓶中央偏下，更容易点燃粉尘;（3）燃烧匙凹槽朝下，且直径大于蜡烛底面，可抵御打气筒直吹的强风，有效避免蜡烛熄灭，重复性较高。

改进3： 鼓气设备改用打气筒替换洗耳球。

优点： （1）方便收集，物理实验室或者市场有吹气球的气筒出售;（2）打气筒鼓气量足，可以将面粉充分扬起。若无硬纸板覆盖，冲出塑料瓶的火光可达0.5m高，效果十分明显。

注： 加入食用面粉即可，无需加热烘干等处理，简化实验过程;用50mL烧杯盛两次即可满足实验用量。

3 教学过程设计

实验的改进是为了提高教学效果。江苏无锡教科院何翔曾指出： 化学实验的主要目的是帮助学生认知和学习，如果实验的改进单单停留在现象的表现提高学生的兴趣，而不能引领学生深入分析问题、探究原理，这反而会削弱化学实验的教学功能[4]。

3.1 情景创设，引入主题

[视频]加油站工作人员用灭火器喷向吸烟男子。

设计意图： 视频真实且夸张地突出加油站“禁止烟火”的重要性，与本节课的主题“爆炸条件的探究”相呼应。加油站的情境也贯穿整节课，引导学生发现问题、探究问题和解决问题。

3.2 感受爆炸，激发兴趣

教师： 你能制造一场爆炸吗？

[实验]食品包装袋填充空气，扎住袋口，用手挤压爆炸（学生动手）;由带橡皮塞的打火枪引燃氢气和空气的混合气体爆炸（教师演示）。

设计意图： 区分物理爆炸和化学爆炸的同时可以激发学生的学习热情。尤其氢气爆炸震耳欲聋，塑料瓶飞出十几米，学生对“化学爆炸”印象深刻。

3.3 尝试爆炸，探索未知

教师： 你相信面粉也会爆炸吗？

[活动]参考教材组装面粉爆炸（改进）装置，完成实验;思考面粉爆炸需要的基本条件。

设计意图： 由于学生打气的力度和角度不同可能会影响爆炸效果，一定会经历失败的过程，而改进后的装置重复性高，能让学生反复实验，在成功和失败中总结经验，突出科学探究的乐趣;且带着问题去动手实验，体现合作学习的意义。

3.4 启发诱导，小结知新

[板书]小结面粉爆炸的基本条件。

设计意图： 观察爆炸不是目的，引导学生总结爆炸条件才是目标。不同班级上课时，学生都能独立总结出爆炸条件。如： 学生回答：“燃烧的蜡烛是给爆炸提供明火”;“面粉被吹起来作为可燃物”;“只有被打气筒吹起来的面粉才能因为燃烧而爆炸，桶内没有被吹起来的面粉便没有燃烧，得出爆炸需要面粉和氧气充分接触”等。由于反复实验的经验积累，学生的回答多次运用对比的方法，语言较规范。但此时学生并未提出“爆炸极限”的概念。

3.5 演示启迪，引发冲突

教师： 你确定这样就可以爆炸吗？

[演示]释放打火机中的气体至实验室中并点燃，没有爆炸;家里燃气灶用火点燃也没有爆炸。为什么看起来满足了爆炸条件却没有发生爆炸呢？

设计意图： 从已知出发，产生矛盾冲突，学生回答是因为可燃性气体的浓度（体积分数）不够，顺理成章引出爆炸极限的概念。

[活动]探究氢气爆炸极限，用350mL矿泉水瓶做容器，利用排水法分别收集体积分数10%～90%范围内不同浓度的氢气和空气的混合气体并用瓶盖旋紧（学生活动），用带有橡皮塞的打火器替换瓶盖并点燃（教师指导）。

学生分组实验不能验纯（后面反思中介绍原因），也不能让学生将瓶中的水完全排尽，后果是大量气体从瓶口逸出，导致体积分数不准确。这个实验安排只是让学生体会“爆”与“不爆”，感受爆炸极限。课上设计让两组学生同时收集相同的混合气，避免其中一组收集的气体误差太大而失败。

3.6 联系生活，学以致用

[应用]请给加油站提出一些有效的建议来预防爆炸;如果夜间发现管道煤气泄漏，你该如何处理;刚才收集氢气实验过程中，老师做了哪些预防爆炸的措施？

设计意图： 以多元化活动巩固学习的知识，检验学习成果，提升学生运用知识解释实际问题的能力，提高安全意识。上述最后一个问题传达给学生一个理念： 化学实验有危险，但只要正确运用知识，合理操作，危险是可以避免的。

4 教后反思

4.1 谨记安全第一

备课组成员曾提出本节课不适合给学生分组，尤其是探究氢气爆炸极限实验，一旦教室中出现明火且学生实验过程中泄漏过多氢气，极易发生爆炸。为了避免危险，应采取以下3个措施： ①发生装置统一使用初中阶段还没有接触的启普发生器，避免氢气泄漏;②在第二个分组实验学生准备收集氢气和空气混合气前，回收火柴，杜绝火种。同时也解释了学生收集氢气时，无法验纯的原因;③实验过程中应确保教室开窗通风。

4.2 改进实验的初衷

实验筹备过程中发现教材安排的实验很难成功，查阅文献，收集大量改进实验，皆以失败告终。文献中的失败，不能说是作者改进方向失真，也许作者本人成功了，但缺少对实验细节的介绍和描述，导致读者无法重复;较多改进实验文献中只有实验装置的图示，缺少成功案例的真实展示，是否只是一种设计，并未得到证实？个别改进实验准备的用品多达几十种，化简为繁，实不可取。

因此，改进实验必须要安全、可行、现象明显等，更要兼顾重复性、操作简便和材料易得。真正的改进，不仅要给学生学习带来便利，也需给同行们更多启发。

4.3 实验探究的价值追问

课后交流过程中，有的教师提出：“我平时讲课中对爆炸条件的讲解基本上是运用阅读、填空形式，十分钟就讲完了……。”笔者认为，化学学习课堂是需要轻松、有趣、丰富、真实的实验来滋润的。虽然本节课只有兩部分组成，学生的收获在应试中也很难以纸笔的形式得以体现，但是学生在课堂上展现出的学习热情和得以培养的学科素养是其他课堂无法给予的。让学生在快乐中学习、学习时感悟、感悟后升华才是科学的教育。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京： 北京师范大学出版社， 2012.

[2]王祖浩主编.义务教育课程标准实验教科书·化学（上册）[M].上海： 上海教育出版社，2017： 95～96.

[3]沈健.中学理科实验教学指导——初中化学分册[M].南京： 江苏科学技术出版社， 2012： 141～145.

[4]何翔.基于比赛作品分析的化学实验创新设计思考[J].化学教育， 2014，（13）： 66～69.