STEM视域下的微项目高中化学实验探究——以“自制酸碱指示剂并测定显色范围”为例

在具体实施活动时，教师要注意把握时间。

在本课中，由于前面的议题活动费时较多，导致后期议题活动相对紧促，学生思维展开不够充分，一些生成的问题处理不够到位。

四尧素养为旨归
议题式教学最终落脚点是学科素养的培育和提升。

为此，议题的设计和情境的选择、活动过程的展开、课堂评价的实施必须始终聚焦学科核心素养。

素养虽不构成具体的教学环节，但却是所有教学过程的最终指向。

本课整体上通过各种活动培养学生的推理能力，发挥学生主体作用，引导学生对议题进行深入思考、大胆质疑和小心论证，最终做出符合逻辑的推论，这一过程旨在让学生明辨事理，培育其科学精神。

辩论活动的设计引导学生认清社会基本矛盾，接下来介绍成功经验的设计则让学生凝聚共识，使其更加坚定对中国特色社会主义的道路自信和理论自信，体现了旗帜鲜明的核心价值导向，可激发学生的爱国情，促使学生立下强国志、实施报国行，实现政治认同素养的培育。

此外，本课的第二个活动还指向学生公共参与素养的培育。

活动引导学生在思考中认知自己的发展与家乡、国家的发展密切相关，意识到个体的共同努力和奋斗可以助推中国梦的实现，而中国梦又能够助推和成全个人梦想，从而勇敢肩负起现代公民应具有的主体意识和责任担当。

注:本文系福建省教育科学“十三五”规划2019年度课题“核心素养视域下思想政治活动型学科课程的实践研究”(立项批准号:FJJKXB19-378)的研究成果。

项目实验改进实验教学方式，力争使学生成为实验的设计者、实施者和分析者，“自制酸碱指示剂并测定显色范围”便是其中一例。

一、微项目实验理论指
导
信息化时代，科技研究成果绝大部分以文献的形式存储在数据库中。

学生若能够通过数据库检索、查阅文献，便能快速获得与项目相关的最新研究进展。

因此，在微项目研究前期，教师需传授学生关于文献检索的常见方法，教会学生利用中国知网、万方等数据库进行文献检索。

学生掌握方法后，便可检索如何自制酸碱指示剂，并下载相关文献。

通过认真研读文献，学生归纳总结出制备酸碱指示剂的常见方法，为项目研究奠定基础。

学生在初中阶段就接触过酸碱指示剂，但他们没有考虑过如何自制酸碱指示剂。

事实上，许多植物体（如紫甘蓝、鲜花花瓣、黑豆、黑米等）组织器官中都含有有机色素，可以作为酸碱指示剂使用。

在该微项目实验中，我们采用植物组织提取的方法自制酸碱指示剂。

经查阅文献，学生可知从黑豆和紫甘蓝植物组织中提取的指示剂显色范围及颜色变化（
见下表）。

为了增强实验的说服力，学生在定性测定酸性、中性、碱性条件下自制酸碱指示剂的颜色时，需采用空白对照。

我们建议学生利用点滴板进行实验，以便更清晰地观察实验现象。

实验时，学生往点滴板的四个空格中分别滴加等量的自制酸碱指示剂，然后在前三个格子中分别滴加适量等体积的酸性、中性、碱性溶液，在第四个格子中滴加等体积的蒸馏水。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确要求学生掌握酸碱中和滴定的基本原理（包括选择合适显色范围的酸碱指示剂
）、实验操作及误差分析。

教材中介绍的滴定方法是：实验者利用滴定管往酸（或碱）溶液中滴加碱（
或酸）溶液，通过指示剂颜色的突变来判断滴定终点，测得所消耗溶液的体积。

而在现代仪器分析中，实验者更倾向于使用pH 计或pH 传感器协助滴定过程。

在该微项目实验中，我们选择pH 计或pH 传感器来测定自制酸碱指示剂的显色范围。

采用pH 计或pH 传感器，除了能获得更加准确的实验数据外，还能让学生更多地了解现代仪器分析的方法，拓展他们的研究视野。

定量测定自制酸碱指示剂的显色范围，学生需要用到pH 计或pH 传感器、磁力搅拌器等。

面对陌生的化学仪器，学生常忽略校正这一环节。

因此，在学生进行定量测定之前，教师应指导学生配制两种不同pH 的溶液，用一种溶液来校正仪器参数，用另一种溶液来检验仪器参数的准确性。

这一环节在实验过程中不可或缺，因为它提醒学生“仪器校正能降低仪器自身带来的系统误差，增加实验数据的科学性和可信度”，对学生形成科学的实验流程意识和严谨的实验习惯具有重大意义。

二、微项目实验探
究
我们要求各小组成员均要参与前期文献检索。

学生对查阅的资料进行分析、归纳，掌握实验原理，整理出制备酸碱指示剂和测定显色范围的方法，并设计实验方案。

在实验课上，各组组长汇报每个小组的研究成果。

全体学生参与项目讨论，集思广益。

最后，教师对学生的实验方案进行评析并提出修改建议。

应指出的是，虽然微项目实验的流程比较简单，但实验方案设计对学生思维模式的建立非常之重要，教师切不可替学生完成实验方案设计。

学生根据教师的建议对实验方案进行改进，得出较为切实可行的实验方案，主要有以下两种：
紫甘蓝菜叶（或玫瑰花）等新鲜植物→洗净（玫瑰花除去花蕊）→研钵中研成浆状→添加1~2mL 酒精，再研磨→加少量蒸馏水稀释→过滤→定性测定酸性、中性、碱性条件下指示剂颜色→定量测定不同pH 条件下指示剂颜色。

黑豆、黑米等干质食材→洗净→研钵中研细→转入烧杯→加适量热水浸泡→过滤→定性测定酸性、中性、碱性条件下指示剂颜色→定量测定不同pH 条件下指示剂颜色。

指示剂pH <3pH :3~5pH :6~7pH
:8~9pH :10~12pH >13
黑豆
提取液红色浅紫色蓝色青绿色绿色黄色
紫甘蓝提取液
教学58
通过酸碱中和滴定，学生探究在不同pH下，自制酸碱指示剂的颜色变化：取50mL配制好的0.5mol/L H2SO4溶液于装有磁子的250mL锥形瓶中，滴加2~3滴自制酸碱指示剂，观察颜色并记录。

将上述锥形瓶置于磁力搅拌器上，调节合适的转速，插入pH计或pH传感器，缓慢滴加1mol/L NaOH溶液，观察溶液颜色变化并记录。

三尧思维碰撞下的实验创
新
学生发现实验操作存在以下问题：（1）过滤时，由于色素颗粒较小，容易堵塞滤纸孔隙，使过滤过程耗时太长。

（2）定量测定了自制酸碱指示剂显色范围，如果还定性测定自制酸碱指示剂在酸性、中性、碱性条件下的颜色，属于重复工作，实验用时过长。

教师提出关于实验拓展的问题：（1）从其他蔬菜或水果中提取的酸碱指示剂，与从紫甘蓝或黑豆中提取的酸碱指示剂，显色范围是否相似？（2）能否找到比酚酞、甲基橙更好的自制酸碱指示剂用于酸碱中和滴定？（3）在厨房中，能否自制酸碱指示剂，并定性检测食物的酸碱性
？
学生提出改进实验的方案：其一，常压过滤耗时太长，改用离心机分离沉淀物和溶液，取离心后的上层清液做后续实验；改用抽滤也可以快速分离沉淀物和溶液。

其二，对于有文献报道的自制酸碱指示剂，只做酸碱中和滴定实验，测定指示剂的显色范围。

拓展实验：①利用市面上多种蔬菜和水果，提取酸碱指示剂，并测定指示剂显色范围。

将从其他蔬菜或水果中提取的酸碱指示剂显色范围与紫甘蓝和黑豆的酸碱指示剂显色范围做对比，学生发现不同的自制酸碱指示剂，显色范围会有很大差别。

②用pH计测定不同自制酸碱指示剂的显色范围，观察滴定终点时溶液的颜色变化是否明显，颜色突变点pH与滴定终点pH是否偏差较大，计算酸碱中和滴定的误差。

通过实验对比，学生得出不同的酸碱中和滴定，最佳的指示剂随滴定终点溶液的pH 不同而不同，必须根据实际情况选择，不能一概而论。

③借助豆浆机或破壁机，将特定蔬菜或水果打成浆状，然后加入少量水，静置，取上层清液滴在需要测定酸碱性的食物中，记录滴加了自制指示剂后食物的颜色并与前期实验结论对比，即可判断食物的酸碱性。

STEM视域下的校本实验，更加贴近复杂情境，更能促使学生从多学科融合的角度了解科学研究的过程。

实验探究过程渗透空白对照、仪器参数校正等步骤，引导学生形成严谨的科学研究方法、养成良好的科学研究态度。

微项目的融入，促进了学生的分工与合作，增强了学生的团队意识。

学生从开展微项目开始，通过文献调研、综合分析、归纳整理、提出实验方案、讨论完善、实验探究、实验改进、实验反思、实验拓展等科学研究过程，建立了完整的解决实际问题的思维模型。

我们在开发STEM视域下微项目校本实验课程的过程中，发现了不少探究效果良好的实验项目：（1）指纹提取。

每个学生的心里都有一个福尔摩斯。

教师可以利用学生的好奇心理，燃起学生探究的欲望，让学生通过文献调研、动手实践，掌握指纹提取技能，对比指纹提取不同方法的优劣。

（2）硫酸铜结晶水含量的测定。

学生通过微项目实验探究可以认识到：硫酸铜晶体中结晶水与铜离子的结合方式是不完全相同的，随温度变化，硫酸铜晶体失水分步进行。

实验中，通过对干燥器、高精密分析天平等仪器的正确使用，学生拓展了视野，提升了操作能力。

（3）肥皂的制备。

这个微项目实验可以安排在学生学过“酯的水解反应”后进行。

学生在实验室中模拟肥皂的工业生产过程，将所学的化学知识、技能应用到日常生活之中，体会到化学是一门实用的、具有创造性的、充满魅力的学科。

（4）海带中碘的提取及其含量的测定。

教材简单描述了海带提碘的工业流程，对于学生来说，这一过程抽象且费解。

我们在此设置微项目实验探究，可以让学生更好地掌握物质的分离、提纯和氧化还原滴定的方法。

解决复杂情境下的实际问题，学生既提高了实验技能，又磨砺了意志品质。

STEM视域下的微项目高中化学实验探究，能增强学生对化学学科的认同感，培育学生的“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养。

在强调融合发展与素养培育的高考综合改革背景下，这一做法值得提倡和推广。

注:本文系2019年度泉州市基础教育课程教学研究立项课题“STEM视域下高中化学实验教学探究”(课题批准号:QJYKT2019-045)阶段研究成果。