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基于胶囊及压片制样的实验设计与改进

摘要：教育装备与教学融合创新的视域下，结合创新化学实验SCAMPER法，首次将胶囊及压片制样工艺应用于新实验的设计与改进，对教材中硫与铁、浓硫酸与蔗糖、铝热反应三个实验重新设计，取得较好的实验效果。改进后的实验操作简单、现象清晰、安全环保，实验装置取材容易、经济实惠、易于师生探究与实践，可为广大基层学校推进创客式实验教学提供参考。

关键词：创客式实验设计；硫与铁反应；浓硫酸与蔗糖反应；铝热反应

1问题的提出

2023年教育部印发《关于加强新时代中小学科学教育工作的意见》、《基础教育课程教学改革深化行动方案》和《中小学实验教学基本目录（2023年版）》，强调要聚焦核心素养导向的实验教学改革重难点问题，加强实验教学。2019年教育部《关于加强和改进中小学实验教学的意见》中指出：“要注重加强实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育、社会实践等有机融合……”“在实验教学中要拓展创新，不断将科技知识和技术成果融入实验教学，丰富内容，改进方式……”。粉末压片和胶囊工艺在医药行业的应用极其广泛，现如今90%以上的药物都制成了片剂或胶囊剂。粉末压片和胶囊不仅工艺简单、成品质量稳定，而且药品粉末不易沾容器壁，携带、储存、使用均较为方便。粉末压片是在一定的压力下将粉末压实，最后变为具有一定孔隙率压块的过程，即从松散的结构变为相对均匀的成型固体。胶囊作为药用辅助材料，主要用于填装粉末或颗粒。在中学化学实验中也经常会使用到单一粉末或混合粉末作为反应物，能否引入粉末压片和胶囊工艺对教材实验进行创客式设计呢？基于此，筆者尝试采用胶囊和压片制样的方法，并融入创新化学实验SCAMPER法［1］，借助中学实验室和日常生活中常见易得的仪器及物品，对教材中部分有固体粉末参与的实验（硫与铁、浓硫酸与蔗糖、铝热反应）进行创新与改进，以期在前期研究的基础上［2，3］，依托上海市中小学实验教学指导中心研究项目，继续探寻和提供适合广大基层学校及偏远地区开展创客式实验教学的具体实践路径，促进新课程、新教材（“双新”）背景下教育装备与教学的强衔接、强融合，推动创客式实验教学的实践应用与广泛开展，助推教师和实验员设计制作教具的积极性与创造性。指导师生能够从创客教育理念出发，积极变革实验教学育人方式，重新理解实验教学思维，灵活利用实验教学器材，主动重构实验教学场景，逐步开拓实验教学创新。

2实验设计与现象

2.1硫与铁反应的实验改进

硫与铁的反应是中学生认识硫、铁化学性质的重要实验之一，现行的沪科版新教材（2021版）［4］提供的实验方法是将铁粉（4g）和硫粉（2.5g）充分混合后装入干燥的石英试管中。在试管口塞上带有长导管的橡皮塞，在导管末端放入一小团蘸有氢氧化钠溶液的棉花，试管口微朝上。加热试管，待混合物开始出现红热现象后，立即移开热源，观察现象。该实验设计能有效解决普通玻璃试管易破裂、熔化的液体易流出、二氧化硫易污染空气的问题，但存在粉末易沾试管壁、反应物用量过多、生成物不易取出、实验时间较长等问题。基于以上分析，笔者借助陶土网、玻璃三角漏斗、玻璃棒、脱脂棉等常见物品，采用胶囊及压片的制样方式，对硫与铁的反应实验进行改进。

实验开始前先进行硫铁粉压片或硫铁粉胶囊的制备。制作硫铁粉压片时，首先将小型家用药片压片机的下模和中模安装好，然后将硫粉（约1.25g）和铁粉（约2.01g）搅拌均匀后，倒入模具，用装有水的小喷壶稍微喷湿一下。接着将上模插入粉末中，用安全锤用力敲打9～10次后，把整个模具倒置过来。从上方取走原下模，然后将中模向下移动，即可取出硫铁粉压片。制作硫铁粉胶囊时，先将硫粉（约0.63g）和铁粉（约1.01g）混合搅拌均匀，接着用药匙将硫、铁混合粉末填装入透明的空胶囊中，然后盖上胶囊帽即可。实验时，如图1所示，将硫铁粉压片或胶囊放在陶土网上，用一个玻璃三角漏斗罩住。接着将一根玻璃棒插入漏斗短颈中，调整漏斗的位置使玻璃棒最下端能接触到硫铁粉压片的中心位置［图1（a）］或硫铁粉胶囊的一端［图1（b）］，并根据漏斗短颈下端口和玻璃棒相接触的位置在玻璃棒上包裹蘸有氢氧化钠溶液的脱脂棉。然后取出已包裹脱脂棉的玻璃棒，在酒精灯上加热其下端25秒左右后迅速将其插回漏斗的短颈中，在硫铁粉压片的中心位置或硫铁粉胶囊的一端引燃，可立即观察到红热现象从硫铁粉压片中心开始向四周蔓延或从硫铁粉胶囊一端开始向另一端蔓延，反应产生的二氧化硫气体则被蘸有氢氧化钠溶液的脱脂棉吸收。

硫与铁反应实验的改进之处：（1）改进后的实验装置简单、材料易得；（2）将硫、铁混合粉末制成压片或装进胶囊的处理方式，既节约了药品用量，反应物又不易向四周飞溅，且实验操作简单、现象清晰、用时较短、安全性较高，易于学生操作，适合学生探究实践；（3）反应直接在