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視頻標(biāo)簽：鐵與水蒸氣反應(yīng)

所屬欄目：高中化學(xué)說課視頻

視頻課題：高中化學(xué)說課視頻及說課文稿_鐵與水蒸氣反應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

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“鐵與水蒸氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”說課文稿
湖北省天門中學(xué) 伍強(qiáng)
一、使用教材
人民教育出版社、高中、一年級(jí)、化學(xué)必修、第一冊(cè)、第三章、第一節(jié)。
二、實(shí)驗(yàn)器材與試劑
大試管、單孔橡皮塞、酒精燈、試管夾、帶金屬蓋的塑料小瓶、普通塑料小瓶、面巾紙、粗銅絲、防火膠布、打火機(jī)、中性筆芯、輸液管滴壺，超細(xì)鋼絲棉、蒸餾水、洗潔精溶液。
三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)
（1）用化學(xué)組成與還原鐵粉相似的超細(xì)鋼絲棉代替鐵粉進(jìn)行反應(yīng)，增大了鐵與水蒸氣的接觸面積，提高了實(shí)驗(yàn)成功率。
（2）對(duì)吸水材料和超細(xì)鋼絲棉進(jìn)行了定量裝配設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了操作過程。
四、對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)的評(píng)價(jià)及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路
1.教材實(shí)驗(yàn)及現(xiàn)有改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)
（1）舊教材將鐵粉附著在石棉絨上進(jìn)行反應(yīng)，由于石棉絨導(dǎo)熱性不好，大多數(shù)鐵粉溫度不夠高，難以反應(yīng)。現(xiàn)行教材實(shí)驗(yàn)中水蒸氣與鐵粉接觸面積有限，大多數(shù)水蒸氣來不及與鐵粉反應(yīng)就逸出了試管；鐵粉與供水劑間的距離太遠(yuǎn)、太近都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗；實(shí)驗(yàn)前藥品裝填困難、實(shí)驗(yàn)后廢棄物不易取出。
（2）當(dāng)前的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)分兩類，一類是改進(jìn)供水材料，延緩水蒸氣的發(fā)生，如將棉花改為富水蔬菜等，提高了實(shí)驗(yàn)成功率，卻導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)時(shí)間過長(zhǎng)的問題，而且這一類設(shè)計(jì)并沒有解決供水劑與鐵粉的距離問題。另一類是增加鐵與水蒸氣的接觸面積，如用半圓形磁鐵吸附鐵粉，使其呈毛刷狀，增大了鐵粉與水蒸氣的接觸面積，但該設(shè)計(jì)有裝置過于復(fù)雜、操作不便等缺點(diǎn)。
2.用超細(xì)鋼絲棉代替還原鐵粉的可行性分析
超細(xì)鋼絲棉是將低碳鋼制成0.125～0.189mm的細(xì)絲而組成,具有極大的比表面積，能在流動(dòng)的空氣中劇烈燃燒，近年來，不少攝影愛好者將其應(yīng)用在光繪攝影中，為此出現(xiàn)了專門的企業(yè)生產(chǎn)攝影用超細(xì)鋼絲棉，并在網(wǎng)絡(luò)上大量銷售，使其成為一種價(jià)廉易得的物品。查閱低碳鋼國家標(biāo)準(zhǔn)及還原鐵粉國家標(biāo)準(zhǔn)可知，低碳鋼與還原鐵粉的純度相差不大，雖然低碳鋼中含有錳、鋁等雜質(zhì)，但含量較低，難以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)論產(chǎn)生干擾。由鋼絲棉極易與流動(dòng)空氣中的氧氣反應(yīng)這一特性可推知，用超細(xì)鋼絲棉代替鐵粉，進(jìn)行鐵與水蒸汽的反應(yīng)，應(yīng)該能克服鐵與水蒸氣接觸不充分的問題。
3.實(shí)驗(yàn)中的定量裝配設(shè)計(jì)
早期子彈的設(shè)計(jì)中，發(fā)射藥與彈頭是分開的，且發(fā)射藥的用量也不確定，這導(dǎo)致了發(fā)射前裝填困難、發(fā)射過程中引起炸膛、發(fā)射后槍管不易清理等缺點(diǎn)，彈殼將發(fā)射藥與彈頭定量裝配在一起，克服了以上的缺點(diǎn)。現(xiàn)有的鐵與水蒸氣反應(yīng)設(shè)計(jì)與早期子彈設(shè)計(jì)中存在的問題類似。因此，對(duì)該實(shí)驗(yàn)采用定量裝配設(shè)計(jì)，應(yīng)該既能保證實(shí)驗(yàn)的成功率，又能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
五、實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)
（1）通過評(píng)價(jià)“鐵與水蒸氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”的舊教材設(shè)計(jì)、現(xiàn)行教材設(shè)計(jì)及已有改進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生的分析能力與評(píng)價(jià)能力。
（2）指導(dǎo)學(xué)生參與該實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
（3）通過反復(fù)測(cè)試，對(duì)裝置不斷進(jìn)行優(yōu)化，培養(yǎng)學(xué)生精益求精的大國工匠精神。
六、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容
美國教育心理學(xué)家布魯姆將學(xué)生的認(rèn)知能力分為低級(jí)思維能力，包括：記憶、理解、應(yīng)用能力，以及高級(jí)思維能力，包括：分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)新能力。
傳統(tǒng)的高考題主要考查學(xué)生的低級(jí)思維能力，通過對(duì)常規(guī)題型的反復(fù)訓(xùn)練，僅靠記憶能力就能應(yīng)付考試。但近年來，高考題越來越注重通過在題目中引入新信息，創(chuàng)設(shè)陌生的情境，考查學(xué)生的高級(jí)思維能力。例如2019年全國Ⅰ卷涉及到一些頂級(jí)期刊的研究?jī)?nèi)容，許多學(xué)生考完后哀嘆：高中化學(xué)白學(xué)了！
因此，教師在教學(xué)過程中，應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的高級(jí)思維能力。當(dāng)學(xué)生具備高級(jí)思維能力后，就能對(duì)某道看似陌生的考題進(jìn)行正確的分析；然后作出評(píng)價(jià)：本題起點(diǎn)高、落點(diǎn)低，考查的還是高中的基礎(chǔ)知識(shí)；最后，依據(jù)已有知識(shí)，輕松解題。
化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，教師在教學(xué)過程中，給出一個(gè)陌生的實(shí)驗(yàn)操作或設(shè)計(jì)，然后，問這一操作或設(shè)計(jì)的目的是什么，就是對(duì)學(xué)生高級(jí)思維能力的培養(yǎng)。本課以素材較為豐富的鐵與水蒸氣反應(yīng)為例進(jìn)行教學(xué)，既可作為高一學(xué)生的新課使用，又可作為高三學(xué)生復(fù)習(xí)備考課使用。
七、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程
（一）實(shí)驗(yàn)裝置的初步設(shè)計(jì)

對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)

在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生們成立了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)小組。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)舊教材、現(xiàn)行教材及已有改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

實(shí)驗(yàn)試劑的選擇

用鋼絲棉代替還原鐵粉進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，鋼絲棉有彈性，堵在試管中，水蒸氣只能從鋼絲棉的縫隙中通過，增大了接觸面積，有利于反應(yīng)的發(fā)生。鋼絲棉是鋼纖維，導(dǎo)熱性好，不僅緊挨著試管內(nèi)壁的鋼絲棉可以反應(yīng)，部分靠近內(nèi)壁的鋼絲綿也能反應(yīng)。

對(duì)初期成果的評(píng)價(jià)

教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出如圖1所示的初期成果，并以思考題形式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)初期成果進(jìn)行評(píng)價(jià)，具體過程如下：

圖1 初期成果裝置示意圖
【思考題】已知：鋼絲棉與面巾紙定量裝配流程如圖2所示，取1份市售面巾紙，對(duì)折3次，形成一個(gè)長(zhǎng)方塊；取一根粗銅絲，將一端彎成鉤狀，鉤在折好的面巾紙上，并捏緊，使面巾紙難以移動(dòng)；稱取2g鋼絲棉，對(duì)折成圖2a所示形狀，將單層部分壓在面巾紙和銅絲上，雙層部分壓在銅絲上，卷成一個(gè)如圖2b所示的圓柱狀，用細(xì)銅絲在圓柱兩端扎好，防止面巾紙和鋼絲棉散開。在粗銅絲中部折出一個(gè)U形彎，并將粗銅絲另一端折成一個(gè)環(huán)，最終得到一個(gè)鋼絲棉與面巾紙組合而成的定量裝配裝置。

圖2 鋼絲棉與面巾紙定量裝配流程圖
（1）本實(shí)驗(yàn)的投料過程較為方便，原因是                                   。
（2）為什么要用“面巾紙”包住鋼絲棉？原因是                           。
（3）用蒸發(fā)皿收集氣體，點(diǎn)燃?xì)怏w時(shí)發(fā)生較劇烈燃爆，需要用坩堝鉗夾住火柴。本實(shí)驗(yàn)將蒸發(fā)皿改為試管的目的是什么？
                                                            。
（4）初期成果還有那些地方值得改進(jìn)                           。
（二）實(shí)驗(yàn)裝置的中期設(shè)計(jì)
小組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置作了便攜式設(shè)計(jì)：如圖3所示，用試管夾代替了鐵架臺(tái)，用纏有防火膠布的廢棄中性筆芯代替了玻璃導(dǎo)管，用青霉素小瓶代替了小試管。小組成員對(duì)中期成果進(jìn)行測(cè)試：發(fā)現(xiàn)，如果操作不當(dāng)，試管可能會(huì)炸裂。

圖3 中期成果裝置示意圖
（三）實(shí)驗(yàn)裝置的后期設(shè)計(jì)
小組成員對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了防炸裂設(shè)計(jì)：如圖4所示，在導(dǎo)管上端增加了用輸液管滴壺制成的防倒吸裝置，在試管口增加了用面巾紙制成的吸水裝置。通過測(cè)試，取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

圖4 后期成果裝置示意圖
（四）后期成果的推廣與定型
教師采取送教入班的形式對(duì)實(shí)驗(yàn)成果進(jìn)行推廣，共選擇了本校19個(gè)班級(jí)進(jìn)行了教學(xué)，收到了良好的效果。
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圖5 送教進(jìn)班活動(dòng)
由于實(shí)驗(yàn)室腐蝕性氣體較多，無法安裝一體機(jī)等電子設(shè)備，本校涉及分組實(shí)驗(yàn)的課程，往往是將實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)到普通教室進(jìn)行教學(xué)。但儀器中常有鐵架臺(tái)等較重的物品，授課教師一般提不動(dòng)實(shí)驗(yàn)儀器，需要好幾名同事幫忙，這就限制了這種教學(xué)模式的推廣。由于本實(shí)驗(yàn)為便攜式設(shè)計(jì)，授課教師一個(gè)人就能輕松提入班級(jí)，給教學(xué)工作帶來了極大的便利，值得推廣。
通過送教進(jìn)班活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)，由于青霉素小瓶重心較高，易被學(xué)生打翻，因此將青霉素小瓶改為金屬瓶蓋，如圖6所示。由于準(zhǔn)備了200多組學(xué)生實(shí)驗(yàn)，工作量較大，將定量裝配裝置的制作工序進(jìn)行了簡(jiǎn)化，去掉了捆扎面巾紙和鋼絲棉的細(xì)銅絲，發(fā)現(xiàn)鋼絲棉和面巾紙也不易散開。由于裝置較簡(jiǎn)單，即使學(xué)生基于好奇心，把裝置拆掉了，也能重新將裝置包好。去掉了U形彎，鋼絲棉也不易脫離面巾紙，即使鋼絲棉在插入過程中脫離了面巾紙，用鑷子將鋼絲棉往里推一下，緊挨到面巾紙，也不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果。

圖6 定型裝置示意圖
八、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)
本課實(shí)驗(yàn)為原創(chuàng)實(shí)驗(yàn)，初期成果已于2019年6月20日被中文核心期刊《化學(xué)教學(xué)》錄用，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)：裝置簡(jiǎn)單、操作方便、安全，成功率高，使用的儀器與藥品價(jià)廉易得，值得推廣。
作者姓名：伍強(qiáng) 、單位名稱：湖北省天門中學(xué) 、聯(lián)系電話：13545937650、電子郵箱：35552082@qq.com。

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