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长期以来由于受传统教育理念的影响,在“设计实验方案”的农村中学教学中,教师没有足够重视起来,农村初中学生相对来说基础又比较薄弱,所以农村初中学生设计化学实验方案的能力有所欠缺.但是教师通过指导,帮助学生分析问题的关键所在,学生设计化学实验方案的能力会明显提高,不仅能培养学生自主学习能力,科学素养,同时教学质量也得到了一定的提升.
首先认识清楚学生不会设计实验方案的原因.经过调查研究发现,主要有下列一些因素:
(1)学生找不到解决实验中出现的问题的有效方法.
例如,笔者在教学人教版五单元课题一“质量守恒定律”.
【实验5-1】用碳酸钠和稀盐酸反应验证质量守恒定律,实验结果天平指针最终不在标尺中央,问学生是什么原因,学生都能找出是因为反应过程中有气体逸出,那么应如何设计实验方案使得天平平衡来验证质量守恒定律呢,结果同学们有的答在烧杯口盖上玻璃片、有的答用塑料包住烧杯口…在经过小组讨论发现这些方案行不通.如,不用温度计,如何设计实验验证氢氧化钠、氯化钠、硝酸铵溶于水时是放热还是吸热?学生陷入一片茫然之中.
(2)学生不会利用相关物质的性质分析实验中的干扰因素,需要控制哪些变量.
例如,在中考复习课中要求学生设计用不同的方法验证盐酸与氢氧化钠发生
了中和反应,学生除了会用酸碱指示剂来验证,其他方法也就难以找出.当提示如用碳酸钠溶液作指示剂来验证盐酸与氢氧化钠发生了中和反应,该如何来设计方案呢?结果学生也难以下手.
具体指导方法和策略
一、遵循学生的认知规律,触类旁通,循序渐进地实施
例如,上述按照【实验5-1】用碳酸钠和稀盐酸反应验证质量守恒定律时,天平最终不平衡是因为反应过程中有气体逸出,那么如何不让气体逸出成了本实验的关键.而在烧杯口该玻璃片又漏气,可以引导学生在验证质量守恒定律时还有什么实验中也遇到了气体,同学们很快就想到用白磷燃烧验证质量守恒定律中有气体参加和逸出.然后再问该实验是怎样解决的呢?同学们就找出原来利用气球来解决问题的.这样学生就设计如图1所示的装置来验证.结果有同学提出新问题,那就是加入试剂后才塞紧瓶塞,在塞紧瓶塞前会有部分气体逸出.然后同学们再改进方法,即如何在加入试剂反应时不需打开瓶塞,同学们最终想到了解决问题的方案即用图2(注射器中放稀盐酸、瓶中放碳酸钠)及图3(瓶中放稀盐酸,气球中放碳酸钠粉末)的设计方案.接下来笔者又提出一个问题,当气球胀大后,会不会受到空气的浮力而影响实验结果呢?学生纷纷讨论,最终得出结论:当产生的二氧化碳量少时,对实验没影响,反之当产生的二氧化碳的量较多时会有影响,最后笔者要求分别用质量不同的两组物质(事先准备好了)做对比试验加以验证.
指导学生设计实验的思维方法,排除其思维障碍,培养学生加强设计实验方案的能力.
让学生感悟设计实验的基本方法,从解答实验过程分析试题人手,透析其各环节的优缺点,实现学生从感性上了解实验方案的形式,体会设计实验需要注意的问题.
从上可知,不仅要指导学生如何设计实验方案,还要比较不同方案的优缺点,以及注意在实验中的用量、安全等问题.
二、指导学生分析相关物质的性质,利用性质利用实验现象解决问题
例如,在新课或中考复习课中要求学生不用酸碱指示剂而用其他方案来验证.
盐酸与氢氧化钠发生了反应.首先帮助学生分析指示剂为什么由红色褪成无色,(其实利用了盐酸把碱反应完,使得酚酞变成无色),接下来可以引导学生思考盐酸还有那些化学性质呢?学生答出盐酸能跟排在氢前面的金属反应,产生气体.这时,就可以问学生能否把锌粒当成“指示剂”来验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.小组讨论后得出可以用锌粒当成“指示剂”来验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.方案如下:在试管中加入2 mL稀盐酸,逐滴加入过量的氢氧化钠溶液,振荡后再加入锌粒,实验过程中无气泡逸出可以验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.但是有学生提出问题,盐酸与氢氧化钠反应无现象,不知加多少氢氧化钠才过量呀?一旦有盐酸剩余当再加入锌粒就会有气体产生,接下来笔者就引导学生分析,等量的同种盐酸不加入氢氧化钠与加入了一定量的氢氧化钠后再与锌粒反应,两种情况产生的氢气量一样吗?同学们答出当然不一样,然后同学们就恍
然大悟,方案找到了:取两分等量的同种盐酸,一份直接加入锌粒,另一份加入一定量氢氧化钠后,再加入锌,测定产生的体积,比较两者体积,发现后者体积比前者少.
三、指导学生归纳设计的实验方案的一般思路和方法及注意事项
即对实验设计的方案应符合科学性(即实验原理、操作程序和方法必须正确);安全性(即用药量及操作要注意安全,注意环境保护等问题);可行性(要满足学校现有的实验条件和设施);简约性(装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等);实验现象明显性等五个方面.
四:对设计的实验方案作出评价
即对设计的实验方案从科学性,可行性,安全性,简约性、实验现象明显性等方面进行评价.(见表1)
首先认识清楚学生不会设计实验方案的原因.经过调查研究发现,主要有下列一些因素:
(1)学生找不到解决实验中出现的问题的有效方法.
例如,笔者在教学人教版五单元课题一“质量守恒定律”.
【实验5-1】用碳酸钠和稀盐酸反应验证质量守恒定律,实验结果天平指针最终不在标尺中央,问学生是什么原因,学生都能找出是因为反应过程中有气体逸出,那么应如何设计实验方案使得天平平衡来验证质量守恒定律呢,结果同学们有的答在烧杯口盖上玻璃片、有的答用塑料包住烧杯口…在经过小组讨论发现这些方案行不通.如,不用温度计,如何设计实验验证氢氧化钠、氯化钠、硝酸铵溶于水时是放热还是吸热?学生陷入一片茫然之中.
(2)学生不会利用相关物质的性质分析实验中的干扰因素,需要控制哪些变量.
例如,在中考复习课中要求学生设计用不同的方法验证盐酸与氢氧化钠发生
了中和反应,学生除了会用酸碱指示剂来验证,其他方法也就难以找出.当提示如用碳酸钠溶液作指示剂来验证盐酸与氢氧化钠发生了中和反应,该如何来设计方案呢?结果学生也难以下手.
具体指导方法和策略
一、遵循学生的认知规律,触类旁通,循序渐进地实施
例如,上述按照【实验5-1】用碳酸钠和稀盐酸反应验证质量守恒定律时,天平最终不平衡是因为反应过程中有气体逸出,那么如何不让气体逸出成了本实验的关键.而在烧杯口该玻璃片又漏气,可以引导学生在验证质量守恒定律时还有什么实验中也遇到了气体,同学们很快就想到用白磷燃烧验证质量守恒定律中有气体参加和逸出.然后再问该实验是怎样解决的呢?同学们就找出原来利用气球来解决问题的.这样学生就设计如图1所示的装置来验证.结果有同学提出新问题,那就是加入试剂后才塞紧瓶塞,在塞紧瓶塞前会有部分气体逸出.然后同学们再改进方法,即如何在加入试剂反应时不需打开瓶塞,同学们最终想到了解决问题的方案即用图2(注射器中放稀盐酸、瓶中放碳酸钠)及图3(瓶中放稀盐酸,气球中放碳酸钠粉末)的设计方案.接下来笔者又提出一个问题,当气球胀大后,会不会受到空气的浮力而影响实验结果呢?学生纷纷讨论,最终得出结论:当产生的二氧化碳量少时,对实验没影响,反之当产生的二氧化碳的量较多时会有影响,最后笔者要求分别用质量不同的两组物质(事先准备好了)做对比试验加以验证.
指导学生设计实验的思维方法,排除其思维障碍,培养学生加强设计实验方案的能力.
让学生感悟设计实验的基本方法,从解答实验过程分析试题人手,透析其各环节的优缺点,实现学生从感性上了解实验方案的形式,体会设计实验需要注意的问题.
从上可知,不仅要指导学生如何设计实验方案,还要比较不同方案的优缺点,以及注意在实验中的用量、安全等问题.
二、指导学生分析相关物质的性质,利用性质利用实验现象解决问题
例如,在新课或中考复习课中要求学生不用酸碱指示剂而用其他方案来验证.
盐酸与氢氧化钠发生了反应.首先帮助学生分析指示剂为什么由红色褪成无色,(其实利用了盐酸把碱反应完,使得酚酞变成无色),接下来可以引导学生思考盐酸还有那些化学性质呢?学生答出盐酸能跟排在氢前面的金属反应,产生气体.这时,就可以问学生能否把锌粒当成“指示剂”来验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.小组讨论后得出可以用锌粒当成“指示剂”来验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.方案如下:在试管中加入2 mL稀盐酸,逐滴加入过量的氢氧化钠溶液,振荡后再加入锌粒,实验过程中无气泡逸出可以验证盐酸与氢氧化钠发生了反应.但是有学生提出问题,盐酸与氢氧化钠反应无现象,不知加多少氢氧化钠才过量呀?一旦有盐酸剩余当再加入锌粒就会有气体产生,接下来笔者就引导学生分析,等量的同种盐酸不加入氢氧化钠与加入了一定量的氢氧化钠后再与锌粒反应,两种情况产生的氢气量一样吗?同学们答出当然不一样,然后同学们就恍
然大悟,方案找到了:取两分等量的同种盐酸,一份直接加入锌粒,另一份加入一定量氢氧化钠后,再加入锌,测定产生的体积,比较两者体积,发现后者体积比前者少.
三、指导学生归纳设计的实验方案的一般思路和方法及注意事项
即对实验设计的方案应符合科学性(即实验原理、操作程序和方法必须正确);安全性(即用药量及操作要注意安全,注意环境保护等问题);可行性(要满足学校现有的实验条件和设施);简约性(装置简单、步骤少、药品用量少、时间短等);实验现象明显性等五个方面.
四:对设计的实验方案作出评价
即对设计的实验方案从科学性,可行性,安全性,简约性、实验现象明显性等方面进行评价.(见表1)