郑春，邱少旭，江锐昌，阙建志，温伟新
梅州中学（514011）
摘要：STEAM教育注重对学生综合素质和创新能力的培养，与我国“以人为本”教育理念相符，多省份已将STEAM教育列入教师教学方法和考核中，对提升各学科创新能力具有重要的指导作用，高中化学实验有利于帮助学生认识和理解化学反应和原理。因此基于STEAM教育理念对高中化学实验创新可激发学生学习兴趣。本文从STEAM教育角度对氨气喷泉高中化学实验进行改进，首先分析了氨气喷泉实验的操作步骤及现象，然后总结了此次改进实验的特点、优点，为高中化学实验创新提供理论参考。
关键词：氨气；喷泉实验；化学创新；STEAM教育
引言
STEAM教育起源于美国，是Science、Technology、Engineering和Mathematics的首字母集合，即科学、技术、工程和数学的结合，为了更全面的发挥STEAM教育的作用，又融入Arts艺术，给STEAM教育注入了更多人文素养[1]。STEAM教育强调多元化多场景多跨界的解决问题，倡导教师课程的实践性和综合性，致力于提高学生的综合素质，激发学生学习兴趣和创新能力[2]。我国在“十三五”期间，全国多个省份将STEAM教育科目列入考试体系内，为我国基础教育改革和创新性人才的培养注入新的活力。氨气的喷泉实验是高中人教版化学必修一第四章实验课内容之一，主要是为了让高中生了解氨气的物理性质及其水溶液的酸碱性。由于氨气的储存和收集到容器过程中容易发生泄漏，且氨气瓶组装过程要快，整个实验操作若出现纰漏极容易失败，因此大多数教师以视频教学取代实践操作。笔者基于STEAM教育对氨气的喷泉实验进行改进，提高实验的成功率，让教师敢于演示，学生可以动手操作演练，为学生呈现安全、可视化和可控性的化学实验。
1实验用具和试剂
1.1实验用具
250mL圆底烧瓶、250mL烧杯、带铁夹的铁架台、玻璃导管、双孔橡胶塞、止水夹、胶头滴管、注射器、胶皮管。
1.2实验试剂
浓氨水、紫甘蓝液、水、氨气、氢氧化钠粉末、0.1M醋酸溶液。
2实验注意事项
第一，圆底烧瓶内部一定要干燥，不能有任何液体，保障圆底烧瓶内无任何其他气体，若存在液体或气体时，会影响实验效果。第二，圆底烧瓶和双孔橡胶塞、玻璃导管、注射器、止水夹组装后应无任何漏气，保障连接处的密闭性，以防破裂或液体渗出。第三，注射器一定要塞紧到双孔橡胶塞内，安装时止水夹是关闭状态，以防氨气从此处泄漏。第四，玻璃导管需要插入到烧杯的底部，若导管高于液面则会导致反应失败。
3实验原理
一是浓氨水具有较强的挥发性，将浓氨水滴加到氢氧化钠粉末上，粉末会溶解并产生氢氧根离子和热量，这种释放的热量不仅会促使平衡向生成氨气的方向移动，还会加速浓氨水的挥发。一是氨气没有颜色，极易溶于水，当将注射器内的蒸馏水挤压进入圆底烧瓶后，氨气会迅速溶解于蒸馏水中，且溶解速率快，此时瓶内的压强快速降低，与外界大气压形成明显的压强差，打开止水夹3，促使烧杯中的紫甘蓝醋酸指示液压入到圆底烧瓶内，从导管口处喷出多种颜色喷泉。
4实验操作步骤及现象
第1步，组装各个部件：根据圆底烧瓶和烧杯的高度合理调整铁架台的铁夹高度，各个玻璃导管置于相应的烧杯内，导管一定要低于液面高度。
第2步，配置紫甘蓝指示剂：向烧杯内注入热水，将紫甘蓝浸泡入内，浸泡时间约为5min即为紫甘蓝溶液，用胶头滴管吸取紫甘蓝溶液，向0.1M醋酸溶液滴加几滴紫甘蓝溶液直至溶液呈粉红色，该粉红色液体为紫甘蓝醋酸溶液。
第3步，添加试剂：称取5g氢氧化钠粉末加入到锥形瓶内，将20mL浓氨水装入到分液漏斗内。向烧杯1内加入180～200mL的紫甘蓝醋酸溶液，烧杯2中加入10～15mL蒸馏水。
第4步，关闭烧杯1上方的止水夹3，打开止水夹1和止水夹2，并打开分液漏斗活塞，可观察到分液漏斗内的浓氨水滴加至氢氧化钠粉末上，并产生许多气泡，装有蒸馏水烧杯2内的玻璃导管口产生气泡，继续向氢氧化钠粉末上滴加浓氨水，直至玻璃导管无气泡产生（或气泡很少），此时圆底烧瓶已收集好氨气。
第5步，关闭止水夹1和止水夹2，将注射器中的液体挤入到圆底烧瓶内，小心打开圆底烧瓶下方的止水夹3，外界大气压会将烧杯内的紫甘蓝醋酸溶液沿着玻璃导管压入到圆底烧瓶内，圆底烧瓶内会出现多彩喷泉（由于不同pH值的紫甘蓝醋酸溶液颜色不同，在pH值为7.5～8.5、8.5～9.0、9.0～10.0、10.0～11.0、11.0～13.0时分别为蓝色、青绿色、翠绿色、草绿色、黄绿色）。
第6步，关闭圆底烧瓶下方的止水夹3，打开止水夹1和止水夹2，让圆底烧杯内的多彩液体流入到烧杯2。教师演示完后可以让学生分组演练。
.png)
5实验特点和优点
5.1实验特点
一是由于氨气是一种具有强烈刺激性气味的气体，若在使用过程中发生泄漏，虽然实验量少，但也破坏环境，而本实验的改进杜绝了氨气溢出和泄漏，保障学生安全。二是在各个器材安装完后，整个实验过程仅需2～3min，耗时短，教师可利用多余的时间让学生操作或讲解反应原理，提高了氨气的喷泉实验课效率。三是通过学生自制的紫甘蓝汁作为颜色指示剂，学生动手参与，符合STEAM教育理念，且颜色多变，激发学生对化学学科的兴趣，让枯燥的理论可视化和有趣化。
5.2实验优点
一是实验所需的用具和试剂都是化学实验常见的，不用耗费时间申请和采购。二是整个实验安装和操作简便，且试剂用量少，成功率高于教材演示的氨气的喷泉实验，有利于增强学生对教师和化学学科的信任和崇拜。三是实验对环境要求不高，教师可以在化学实验室或教室进行演示，且在实验用具充足的情况下，通过分组演练，让学生自行组装和操作，提高了学生动手操作能力。四是传统氨气的喷泉实验反应过程仅几秒钟，本实验改进后延长了整个反应实验，让学生可以更加直观的欣赏到化学的美妙，有利于培训学生自主探究意识。
6结论
第一，高中化学的理论性和实验性较强，通过实验操作可让理论可视化，帮助高中生形成一个完善的化学理论和知识结构体系，以直观方法认知化学元素、物质间的关系和特性，培养学生的动手操作能力，有利于提高高中生对化学学习的热情，符合STEAM教育理念，最终为我国培养出实践操作强、科学严谨的综合型人才[3]。第二，随着化学工业和实验技术的发展，传统的化学实验方法不能更直观或综合的阐述某些物质的性质。以氨气的喷泉实验为例，传统实验是圆底烧瓶内注满氨气，然后将圆底烧瓶橡胶塞更换双孔橡胶塞，但此时速度一定要快，以防氨气泄漏。基于STEAM教育理念对高中化学实验的改进，则利用浓氨水产生氨气，不需要人为充入氨气，这样就避免氨气泄漏，大大提高了化学实验的成功率，且改进实验有三个部分组装，分别由止水夹控制，若某一环节出现问题，则可以更换相应装置，以防实验全部失败。第三，基于STEAM教育理念改进的氨气喷泉实验具有较高的安全性和环保型，可以让学生参与和演示，有利于提高学生主动探究能力，使高中生热爱化学，提高对化学学习的兴趣。这样学生在日常生活中也可以利用家庭或生活物品去开发小实验，主动探究化学奥秘。
参考文献
[1]张明春,杨玲,孟金磊,等.STEAM教育理念下的立体化教学改革研究[J].科技与创新,2021(10):79-80+82.
[2]许伟红.基于STEAM理念的中职专业课程改革实践[J].现代职业教育,2021(26):234-236.
[3]王晓瑜,冉鸣.氨气喷泉实验的一体化设计[J].化学教育(中英文),2018,39(19):52-53.
郑春，女，汉族，湖北黄冈，1986年3月10日，研究生，中学化学一级教师，梅州中学（514011），研究方向：高中化学教育