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《实验化学》是新中国成立以来首次将化学实验设置成独立的选修模块。该课程作为浙江省高考必考模块在全省开设的过程中遇到了课时不足、仪器短缺、药品消耗量大、环境污染严重等困难。教学过程多沿用标准化的仪器组合,程式化的操作规程,侧重于操作模仿层面,缺乏对创新精神的养育。
近年来,微型实验的仪器材质、功能、安全性及操作简化程度进步明显。[1]其简约、绿色、易操作、适合单人实验的优势能克服《实验化学》教学过程中遇到的部分困难,实现实验的创新教学。
一、微型实验优化教学模式
化学实验教学模式通常为演示讲授式和学生分组实验。这两种模式都不能让学生独自完成全部实验内容,无需主动提出和发现问题,无法对解决问题的思路和方法进行尝试探究。以探究实验为主体的单人随堂实验虽然给予学生发现问题、科学尝试、解决问题的机会。然而常规实验仪器价格高、装置复杂、药品用量大、污染严重,不宜带入教室等因素,制约了单人随堂实验的开设。
使用微型实验技术可以解决以上问题。例如“Cl2的生产原理和性质”这一节中,既有工业上电解法制Cl2的模拟实验,又介绍实验室制Cl2的方法,还要完成Cl2性质实验。教学量大,教学节奏快,空气污染严重。我们布置了相关研究课题,让学生通过书本、网络寻找实验方案,选用微型实验完成教学任务。图1是电解法制Cl2的微型装置,充满H2、Cl2混合气的肥皂泡能被点燃;图2是用废CD盒改制的实验室制Cl2和性质检验装置。微型实验的Cl2产量少,便于尾气处理,可在教室内进行。再如“火柴头中硫元素、氯元素检验”的常规实验需点燃十余根火柴,分步检验两种元素,室内污染严重且成功率低。运用图3所示微型实验装置只需1根火柴就能观察到SO2使酸性KMnO4褪色现象,侧转试管使AgNO3浸没火柴头又现白色AgCl沉淀。操作简单、污染少、成功率高。
跟踪测试表明使用微型实验,让学生亲手实践,得到的感性材料更易接受,不易遗忘。
二、从思维创新的角度来审视微型化学
创新思维是指有创建的思维,即通过思维不仅揭露客观事物的本质及内在联系,而且能指引人们去获得新知识或以前未曾发现的问题解释。在教学中表现为对知识的牢固掌握和实验探究能力的增强。
1. 微型化学实验有助于掌握知识
化学实验知识包括实验事实、实验仪器和药品安全知识。获取实验事实的途径是提供直观材料,让学生亲手实践。微型实验让学生亲自动手,近距离观察,获得的感性材料比较完整、清晰、正确。微型化的实验装置是常规实验装置的变形,让学生明白常规实验装置的原理以后再用微型实验装置进行分析、探究,正是创新精神的体现。
我们对使用相同教材的两个平行班作对照实验:08届A班级作为实验班,用微型实验代替部分常规实验,08届B班级作为对照班,沿用常规实验,教学成绩变化如下表:
(2)激发主体求知欲
求知欲是人追求某种现象或某个问题的内部动因。微型实验让学生人人动手,不仅发现了许多问题,也激起了学生的好奇心和求知欲,形成自觉型实验态度。在进行电解饱和食盐水实验后,有同学提出电解食盐稀溶液现象如何?我们设计了微型探究实验,几乎所有学生都发现有氧气生成。还有同学在课余用铜电极电解饱和食盐水,并对电解取得的橙色沉淀做深入分析。新现象的发现,新假设的提出,是顺利解决问题的关键,这些书本中未出现的现象激励着学生去学习更多知识。
三、微型实验与高中化学教法整合的新进展
1. 微型“分钟实验”营造教学情境
“分钟实验”是简单、快速、不用特殊实验仪器的小实验,[3]具有快速高效的特点。在赋予学生亲自操作机会的同时营造了教学情境。例如“用纸层析法分析Fe3 和Cu2 ”新授课引课时,先给学生一支粉笔,分别用红色水笔和蓝色水笔在接近粉笔底部的同一地方画圈,再放于水中进行层析分离,如图4。通过实验,学生不仅获得了层析的初步印象和操作步骤,更激发其系统、深入学习层析技术的欲望,达到营造教学情景的目的。
2. 微型“发现实验”激发思维动机
“发现实验”是指在每节课的开头,用简单的实验提出问题,引导学生进入本节课的学习;也可在前一节课尾声用实验引出值得思考的问题,留待下次上课解决。例如在上“水果中维生素C含量的测定”前,我们给学生一片维生素C药片,半滴管白醋,数滴淀粉溶液,一小撮碘盐,引导学生在六孔井穴板(或小量杯)中检验食盐中的碘元素。结果四分之一的学生发现淀粉变蓝,证明有I2生成,现象如图5。其余学生却未见淀粉变蓝。造成这种现象的原因是什么?学生通过后续学习懂得了维生素C能把IO3-还原成I2,进而继续还原成I-的事实,明白了药品用量对实验结果的巨大影响。
3. 整合手持技术开发微型定量实验
我国部分地区的中学实验室已经开始配备传感器、数据采集器,为利用传感器进行微型实验提供了物质基础。我们使用Vernier LabPro数据采集器和电流传感器,Logger Pro数据处理软件在六孔井穴板中利用电解法测定阿伏加德罗常数。电解时间从1小时缩短到20分钟;采用电脑自动积分获得电量,避免电流突变引起的误差。实验过程无需守候观察电流变化,赢得了宝贵的教学时间。随着化学实验探头配备的不断完善,微型实验与手持数据采集器的整合成为研究的又一方向。
正如戴安邦先生写给微型实验的题词:“大力推行微型实验……学生在实验室的作业中,不仅学到第一手的知识技能,更能受到科学思维与方法的训练。”实验教学改革是在实验设计和仪器发展的基础上,兼容并包地创新运用多种先进教学方法,优化教学质量。期待微型实验使每位学生萌发的创新之花都结出丰硕的果实。
参考文献:
[1] 宋心琦.关于发展和推广微型化学实验的一点看法[J].发明与创新(微型实验专辑),2007(7):1-2.
[2] 王祖浩,王磊.化学课程标准(实验)解读[M].湖北:湖北教育出版社,2004:212.
[3] 王磊.化学比较教育[M].南宁:广西教育出版社,2006:273.
近年来,微型实验的仪器材质、功能、安全性及操作简化程度进步明显。[1]其简约、绿色、易操作、适合单人实验的优势能克服《实验化学》教学过程中遇到的部分困难,实现实验的创新教学。
一、微型实验优化教学模式
化学实验教学模式通常为演示讲授式和学生分组实验。这两种模式都不能让学生独自完成全部实验内容,无需主动提出和发现问题,无法对解决问题的思路和方法进行尝试探究。以探究实验为主体的单人随堂实验虽然给予学生发现问题、科学尝试、解决问题的机会。然而常规实验仪器价格高、装置复杂、药品用量大、污染严重,不宜带入教室等因素,制约了单人随堂实验的开设。
使用微型实验技术可以解决以上问题。例如“Cl2的生产原理和性质”这一节中,既有工业上电解法制Cl2的模拟实验,又介绍实验室制Cl2的方法,还要完成Cl2性质实验。教学量大,教学节奏快,空气污染严重。我们布置了相关研究课题,让学生通过书本、网络寻找实验方案,选用微型实验完成教学任务。图1是电解法制Cl2的微型装置,充满H2、Cl2混合气的肥皂泡能被点燃;图2是用废CD盒改制的实验室制Cl2和性质检验装置。微型实验的Cl2产量少,便于尾气处理,可在教室内进行。再如“火柴头中硫元素、氯元素检验”的常规实验需点燃十余根火柴,分步检验两种元素,室内污染严重且成功率低。运用图3所示微型实验装置只需1根火柴就能观察到SO2使酸性KMnO4褪色现象,侧转试管使AgNO3浸没火柴头又现白色AgCl沉淀。操作简单、污染少、成功率高。
跟踪测试表明使用微型实验,让学生亲手实践,得到的感性材料更易接受,不易遗忘。
二、从思维创新的角度来审视微型化学
创新思维是指有创建的思维,即通过思维不仅揭露客观事物的本质及内在联系,而且能指引人们去获得新知识或以前未曾发现的问题解释。在教学中表现为对知识的牢固掌握和实验探究能力的增强。
1. 微型化学实验有助于掌握知识
化学实验知识包括实验事实、实验仪器和药品安全知识。获取实验事实的途径是提供直观材料,让学生亲手实践。微型实验让学生亲自动手,近距离观察,获得的感性材料比较完整、清晰、正确。微型化的实验装置是常规实验装置的变形,让学生明白常规实验装置的原理以后再用微型实验装置进行分析、探究,正是创新精神的体现。
我们对使用相同教材的两个平行班作对照实验:08届A班级作为实验班,用微型实验代替部分常规实验,08届B班级作为对照班,沿用常规实验,教学成绩变化如下表:
(2)激发主体求知欲
求知欲是人追求某种现象或某个问题的内部动因。微型实验让学生人人动手,不仅发现了许多问题,也激起了学生的好奇心和求知欲,形成自觉型实验态度。在进行电解饱和食盐水实验后,有同学提出电解食盐稀溶液现象如何?我们设计了微型探究实验,几乎所有学生都发现有氧气生成。还有同学在课余用铜电极电解饱和食盐水,并对电解取得的橙色沉淀做深入分析。新现象的发现,新假设的提出,是顺利解决问题的关键,这些书本中未出现的现象激励着学生去学习更多知识。
三、微型实验与高中化学教法整合的新进展
1. 微型“分钟实验”营造教学情境
“分钟实验”是简单、快速、不用特殊实验仪器的小实验,[3]具有快速高效的特点。在赋予学生亲自操作机会的同时营造了教学情境。例如“用纸层析法分析Fe3 和Cu2 ”新授课引课时,先给学生一支粉笔,分别用红色水笔和蓝色水笔在接近粉笔底部的同一地方画圈,再放于水中进行层析分离,如图4。通过实验,学生不仅获得了层析的初步印象和操作步骤,更激发其系统、深入学习层析技术的欲望,达到营造教学情景的目的。
2. 微型“发现实验”激发思维动机
“发现实验”是指在每节课的开头,用简单的实验提出问题,引导学生进入本节课的学习;也可在前一节课尾声用实验引出值得思考的问题,留待下次上课解决。例如在上“水果中维生素C含量的测定”前,我们给学生一片维生素C药片,半滴管白醋,数滴淀粉溶液,一小撮碘盐,引导学生在六孔井穴板(或小量杯)中检验食盐中的碘元素。结果四分之一的学生发现淀粉变蓝,证明有I2生成,现象如图5。其余学生却未见淀粉变蓝。造成这种现象的原因是什么?学生通过后续学习懂得了维生素C能把IO3-还原成I2,进而继续还原成I-的事实,明白了药品用量对实验结果的巨大影响。
3. 整合手持技术开发微型定量实验
我国部分地区的中学实验室已经开始配备传感器、数据采集器,为利用传感器进行微型实验提供了物质基础。我们使用Vernier LabPro数据采集器和电流传感器,Logger Pro数据处理软件在六孔井穴板中利用电解法测定阿伏加德罗常数。电解时间从1小时缩短到20分钟;采用电脑自动积分获得电量,避免电流突变引起的误差。实验过程无需守候观察电流变化,赢得了宝贵的教学时间。随着化学实验探头配备的不断完善,微型实验与手持数据采集器的整合成为研究的又一方向。
正如戴安邦先生写给微型实验的题词:“大力推行微型实验……学生在实验室的作业中,不仅学到第一手的知识技能,更能受到科学思维与方法的训练。”实验教学改革是在实验设计和仪器发展的基础上,兼容并包地创新运用多种先进教学方法,优化教学质量。期待微型实验使每位学生萌发的创新之花都结出丰硕的果实。
参考文献:
[1] 宋心琦.关于发展和推广微型化学实验的一点看法[J].发明与创新(微型实验专辑),2007(7):1-2.
[2] 王祖浩,王磊.化学课程标准(实验)解读[M].湖北:湖北教育出版社,2004:212.
[3] 王磊.化学比较教育[M].南宁:广西教育出版社,2006:273.