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化学是一门以实验为基础的学科,在实验教学过程中,物质的性质以及相关结论最好以化学实验来呈现。实验的现象受人为因素、外界环境、物质的用量、浓度等诸多因素影响而表现出差异。因此,化学实验不仅是验证已知结论的工具,而且也应该是学生探索未知世界,推导未知性质、未知结论的重要手段。而这也刚好与近几年高考实验探究题的要求相符。
一、善用实验过程中的“异常”现象,培养学生发现问题的意识
发现问题是科学研究的前提。实验现象受诸多因素影响,因此在学生分组实验中,很多时候会呈现或小或大的差异。善于利用其中有价值的信息,引导学生观察,有利于培养学生发现问题的意识。
案例1:NaHCO3的热稳定性实验(人教版化学必修Ⅰ,2007年3月第3版,第56页)
教材提供了实验装置图(图1),并预设了实验表格,给出了NaHCO3受热分解的化学方程式,按照设计意图,当观察到澄清石灰水变浑浊,实验就达到目的。但学生在分组实验时却出现不同的现象:
甲组:澄清石灰水变浑浊;
乙组:澄清石灰水先浑浊,后变澄清。
提问:请两组同学谈谈澄清石灰水变浑浊后的操作。(意图:让学生注意实验时间的控制)
甲组:澄清石灰水变浑浊后马上撤去B试管;
乙组:澄清石灰水变浑浊后继续通入气泡,没有撤去B试管。
追问:请大家思考澄清石灰水变浑浊说明什么物质与澄清石灰水反应?产物是什么?后来变澄清,说明什么物质之间进行反应?
通过观察、分析、思考,学生发现了问题的所在:澄清石灰水变浑浊,说明NaHCO3受热产生CO2,验证了教材的结论。但是乙组同学没有及时撤去试管B,导致继续通入的CO2与浑浊物CaCO3在水中继续反应,得到可溶于水的新物质。
板书:CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2
追问:Na2CO3也具有类似的性质,请写出化学反应方程式(意图:培养学生迁移知识的能力,引导学生注意Na2CO3与NaHCO3相互转化的特点)
这本是一个验证NaHCO3受热分解生成CO2的实验,但通过教师的引导,学生对发现的“异常”现象进一步观察、分析,最后找到问题出现的原因。当学生感受到发现问题并解决问题的乐趣时,慢慢就会养成带着探索未知问题的态度去进行观察、实验的习惯,而不是把实验单纯当成验证已知结论的工具,进一步提高他们发现问题的意识。
二、运用化学实验,培养学生敢于质疑的科学精神
在教材和某些教辅材料中,对某些实验原理的解释比较简单,甚至是回避的。而在平常的学习中需要经常运用这些原理去解决相关问题,所以学生只能采用背诵的方式来记住这些结论。在实验教学过程中,我会鼓励学生质疑这些解释,并选择一些合适的问题让学生运用所学的知识去验证自己的质疑。
案例2:乙酸、乙醇的酯化反应(人教版必修Ⅱ,2004年5月第1版,69页)
学生按照教材提供的装置(图2)、药品的用量,装药品的顺序,进行了分组实验,看到了预期的分层现象。对于饱和Na2CO3溶液的作用教材没有介绍,教学参考书上列举了3点:(1)减小酯在水中的溶解度(利于分层),(2)除出混合在乙酸乙酯中的乙酸,(3)溶解混合在乙酸乙酯中的乙醇。说明饱和Na2CO3溶液的主要作用是除去乙酸乙酯中的杂质乙酸和乙醇,否则就没有存在的必要了。学生对于饱和Na2CO3溶液与乙酸反应比较熟悉,对利用Na2CO3溶液中的水溶解乙醇也可以理解,但由于在除杂质的过程中,现象不是很明显,学生对产物乙酸乙酯中是否存在乙酸、乙醇这两种杂质感到怀疑。
提问:是否存在杂质乙酸、乙醇的可能?
学生:通过观察实验装置(需要加热),联系乙酸、乙醇的物理性质——易挥发,认为存在这种可能。
追问:用什么试剂、方法检验,现象比较明显。(意图:引导他们运用刚学习过乙酸、乙醇的有关性质进行实验。)
学生:通过回忆刚学过的知识,经过讨论和老师的引导,认为用紫色石蕊试液检验呈酸性的乙酸,利用酸性高锰酸钾溶液氧化乙醇而发生褪色检验乙醇现象会较明显。
追问:检验时,取上层液体还是下层液体进行检验?
学生:在老师的指导下,通过分析、讨论后认为:在收集一定量的产物后,由于产物与饱和Na2CO3溶液分层,如果不经过振荡试管,有一部分乙酸、乙醇应该停留在上层。所以检验乙酸应该采用振荡前的上层液体,乙酸与饱和Na2CO3溶液反应,所以在下层检验不到。而乙醇与饱和Na2CO3溶液不反应,所以检验乙醇不受限制。
实验操作:准备两支已经收集了一定量产物的试管,(1)往其中一支滴入一滴紫色石蕊试液,上层液体显红色,证明有乙酸存在,再振荡试管,上层液体红色消失,而下层液体显蓝色。说明上层的乙酸与下层的饱和Na2CO3溶液发生反应,被除去;(2)往另一支试管滴入一滴酸性高锰酸钾溶液,振荡,紫色褪去或颜色变浅。说明发生了氧化反应,结合相关物质的性质,证明乙醇存在。
尽管通过实验证明:有关材料中对饱和Na2CO3溶液的作用解释是正确的,也耗费了一些时间,但通过实验验证,学生对这个问题的理解会更加深刻,而且会使他们慢慢养成敢于质疑,不盲目迷信结论的科学精神。
三、利用课本的素材,培养学生提出问题、设计实验、验证问题的能力
在必修、选修教材中,有许多介绍物质的性质及应用的内容。由于内容较为综合,涉及的知识很多,在新授课阶段学生的知识储备和分析能力暂时都不具备,往往只作文字性的叙述,并没有设计相应的实验。但在高考复习备考阶段,学生综合运用知识的能力达到一定程度时,利用这些素材,补充一些实验,既能活跃课堂,也能进一部提高学生的能力。
案例3:人教版化学必修Ⅰ(2007年3月第3版,第90页)中介绍了不法商人利用SO2和某些含硫化合物的漂白作用来漂白食品。而媒体也不时报道市面上出售的某些中药材被SO2漂白的情况比较严重,危害消费者的利益。
经过高考的一轮复习后,学生对高考的实验探究题已经比较熟悉,对物质的检验的流程、方法都有一定的了解,而且对无机框图题等逻辑性较强的题目也进行过大量的训练,熟悉了对物质的处理方法。因此我尝试指导学生设计综合性实验——如何检验被SO2漂白过的中药材。
提问:SO2漂白中药材的原理?
学生:通过查阅相关资料得知:不法商人在密闭的空间内点燃硫磺,利用产生的SO2气体熏蒸中药材,与药材中的有色物质反应,生成不稳定的无色物质,达到漂白的效果。
实验方案一:有学生提出模仿必修Ⅰ中的实验4—7,加热中药材,使其中不稳定的无色物质分解,把产生的气体通入到品红溶液中,如果品红褪色,证明药材被SO2漂白过。经过实验发现,效果不明显,原因是被药材吸收的SO2的量很少,分解后以气体逸出的量更少(SO2可溶于水),不足以使品红褪色。
追问:直接检验SO2失败,结合SO2的性质,是否可以考虑把SO2转化为更容易检验的物质呢?
学生:回顾SO2的性质,有两点是非常主要的:漂白性、还原性。
SO2中的(+4价)S可以被氧化为(+6价)S(SO3或SO42-)。
经过老师的指导,结合高考“无机框图题”和“实验探究题”的特点,学生设计出实验方案二:用“漂白过的淮山”和“未漂白过的淮山”两个药材样品进行对比实验。
步骤1:浸出一部分被淮山吸收的SO2(或含硫化合物),并将SO2氧化为SO42-;
步骤2:在含有硝酸的上层清液中加入Ba(NO3)2,得到白色浑浊,证明有SO42-存在;
步骤3:使白色浑浊沉淀在离心试管底部,现象更加明显。
用“未漂白过的淮山”重复上述实验,未出现白色浑浊。结合上述的步骤2,说明经过硝酸酸浸后产生SO42-,药材被漂白过,也证明这种方法是有效可行的。
在高考复习的过程中,利用一些有现实意义的素材,指导、帮助学生设计综合性的实验,能够培养他们提出问题、设计实验、解决问题的能力,同时也能帮助他们巩固相关知识,提高他们对高考相关题型的解题能力。
化学实验是学习已知物质的主要工具,更是探索未知世界的主要途径。在化学实验教学过程中,我们不应局限于验证教材的已知结论,可以在完成教材的教学任务的前提下,充分利用高中生思维活跃、观察力强、求知欲旺盛的特点,拓展实验,设计实验,利用实验培养他们的探索精神。
(作者单位:广东广州市番禺区东涌镇鱼窝头中学)
(责任编校:扬子)
一、善用实验过程中的“异常”现象,培养学生发现问题的意识
发现问题是科学研究的前提。实验现象受诸多因素影响,因此在学生分组实验中,很多时候会呈现或小或大的差异。善于利用其中有价值的信息,引导学生观察,有利于培养学生发现问题的意识。
案例1:NaHCO3的热稳定性实验(人教版化学必修Ⅰ,2007年3月第3版,第56页)
教材提供了实验装置图(图1),并预设了实验表格,给出了NaHCO3受热分解的化学方程式,按照设计意图,当观察到澄清石灰水变浑浊,实验就达到目的。但学生在分组实验时却出现不同的现象:
甲组:澄清石灰水变浑浊;
乙组:澄清石灰水先浑浊,后变澄清。
提问:请两组同学谈谈澄清石灰水变浑浊后的操作。(意图:让学生注意实验时间的控制)
甲组:澄清石灰水变浑浊后马上撤去B试管;
乙组:澄清石灰水变浑浊后继续通入气泡,没有撤去B试管。
追问:请大家思考澄清石灰水变浑浊说明什么物质与澄清石灰水反应?产物是什么?后来变澄清,说明什么物质之间进行反应?
通过观察、分析、思考,学生发现了问题的所在:澄清石灰水变浑浊,说明NaHCO3受热产生CO2,验证了教材的结论。但是乙组同学没有及时撤去试管B,导致继续通入的CO2与浑浊物CaCO3在水中继续反应,得到可溶于水的新物质。
板书:CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)2
追问:Na2CO3也具有类似的性质,请写出化学反应方程式(意图:培养学生迁移知识的能力,引导学生注意Na2CO3与NaHCO3相互转化的特点)
这本是一个验证NaHCO3受热分解生成CO2的实验,但通过教师的引导,学生对发现的“异常”现象进一步观察、分析,最后找到问题出现的原因。当学生感受到发现问题并解决问题的乐趣时,慢慢就会养成带着探索未知问题的态度去进行观察、实验的习惯,而不是把实验单纯当成验证已知结论的工具,进一步提高他们发现问题的意识。
二、运用化学实验,培养学生敢于质疑的科学精神
在教材和某些教辅材料中,对某些实验原理的解释比较简单,甚至是回避的。而在平常的学习中需要经常运用这些原理去解决相关问题,所以学生只能采用背诵的方式来记住这些结论。在实验教学过程中,我会鼓励学生质疑这些解释,并选择一些合适的问题让学生运用所学的知识去验证自己的质疑。
案例2:乙酸、乙醇的酯化反应(人教版必修Ⅱ,2004年5月第1版,69页)
学生按照教材提供的装置(图2)、药品的用量,装药品的顺序,进行了分组实验,看到了预期的分层现象。对于饱和Na2CO3溶液的作用教材没有介绍,教学参考书上列举了3点:(1)减小酯在水中的溶解度(利于分层),(2)除出混合在乙酸乙酯中的乙酸,(3)溶解混合在乙酸乙酯中的乙醇。说明饱和Na2CO3溶液的主要作用是除去乙酸乙酯中的杂质乙酸和乙醇,否则就没有存在的必要了。学生对于饱和Na2CO3溶液与乙酸反应比较熟悉,对利用Na2CO3溶液中的水溶解乙醇也可以理解,但由于在除杂质的过程中,现象不是很明显,学生对产物乙酸乙酯中是否存在乙酸、乙醇这两种杂质感到怀疑。
提问:是否存在杂质乙酸、乙醇的可能?
学生:通过观察实验装置(需要加热),联系乙酸、乙醇的物理性质——易挥发,认为存在这种可能。
追问:用什么试剂、方法检验,现象比较明显。(意图:引导他们运用刚学习过乙酸、乙醇的有关性质进行实验。)
学生:通过回忆刚学过的知识,经过讨论和老师的引导,认为用紫色石蕊试液检验呈酸性的乙酸,利用酸性高锰酸钾溶液氧化乙醇而发生褪色检验乙醇现象会较明显。
追问:检验时,取上层液体还是下层液体进行检验?
学生:在老师的指导下,通过分析、讨论后认为:在收集一定量的产物后,由于产物与饱和Na2CO3溶液分层,如果不经过振荡试管,有一部分乙酸、乙醇应该停留在上层。所以检验乙酸应该采用振荡前的上层液体,乙酸与饱和Na2CO3溶液反应,所以在下层检验不到。而乙醇与饱和Na2CO3溶液不反应,所以检验乙醇不受限制。
实验操作:准备两支已经收集了一定量产物的试管,(1)往其中一支滴入一滴紫色石蕊试液,上层液体显红色,证明有乙酸存在,再振荡试管,上层液体红色消失,而下层液体显蓝色。说明上层的乙酸与下层的饱和Na2CO3溶液发生反应,被除去;(2)往另一支试管滴入一滴酸性高锰酸钾溶液,振荡,紫色褪去或颜色变浅。说明发生了氧化反应,结合相关物质的性质,证明乙醇存在。
尽管通过实验证明:有关材料中对饱和Na2CO3溶液的作用解释是正确的,也耗费了一些时间,但通过实验验证,学生对这个问题的理解会更加深刻,而且会使他们慢慢养成敢于质疑,不盲目迷信结论的科学精神。
三、利用课本的素材,培养学生提出问题、设计实验、验证问题的能力
在必修、选修教材中,有许多介绍物质的性质及应用的内容。由于内容较为综合,涉及的知识很多,在新授课阶段学生的知识储备和分析能力暂时都不具备,往往只作文字性的叙述,并没有设计相应的实验。但在高考复习备考阶段,学生综合运用知识的能力达到一定程度时,利用这些素材,补充一些实验,既能活跃课堂,也能进一部提高学生的能力。
案例3:人教版化学必修Ⅰ(2007年3月第3版,第90页)中介绍了不法商人利用SO2和某些含硫化合物的漂白作用来漂白食品。而媒体也不时报道市面上出售的某些中药材被SO2漂白的情况比较严重,危害消费者的利益。
经过高考的一轮复习后,学生对高考的实验探究题已经比较熟悉,对物质的检验的流程、方法都有一定的了解,而且对无机框图题等逻辑性较强的题目也进行过大量的训练,熟悉了对物质的处理方法。因此我尝试指导学生设计综合性实验——如何检验被SO2漂白过的中药材。
提问:SO2漂白中药材的原理?
学生:通过查阅相关资料得知:不法商人在密闭的空间内点燃硫磺,利用产生的SO2气体熏蒸中药材,与药材中的有色物质反应,生成不稳定的无色物质,达到漂白的效果。
实验方案一:有学生提出模仿必修Ⅰ中的实验4—7,加热中药材,使其中不稳定的无色物质分解,把产生的气体通入到品红溶液中,如果品红褪色,证明药材被SO2漂白过。经过实验发现,效果不明显,原因是被药材吸收的SO2的量很少,分解后以气体逸出的量更少(SO2可溶于水),不足以使品红褪色。
追问:直接检验SO2失败,结合SO2的性质,是否可以考虑把SO2转化为更容易检验的物质呢?
学生:回顾SO2的性质,有两点是非常主要的:漂白性、还原性。
SO2中的(+4价)S可以被氧化为(+6价)S(SO3或SO42-)。
经过老师的指导,结合高考“无机框图题”和“实验探究题”的特点,学生设计出实验方案二:用“漂白过的淮山”和“未漂白过的淮山”两个药材样品进行对比实验。
步骤1:浸出一部分被淮山吸收的SO2(或含硫化合物),并将SO2氧化为SO42-;
步骤2:在含有硝酸的上层清液中加入Ba(NO3)2,得到白色浑浊,证明有SO42-存在;
步骤3:使白色浑浊沉淀在离心试管底部,现象更加明显。
用“未漂白过的淮山”重复上述实验,未出现白色浑浊。结合上述的步骤2,说明经过硝酸酸浸后产生SO42-,药材被漂白过,也证明这种方法是有效可行的。
在高考复习的过程中,利用一些有现实意义的素材,指导、帮助学生设计综合性的实验,能够培养他们提出问题、设计实验、解决问题的能力,同时也能帮助他们巩固相关知识,提高他们对高考相关题型的解题能力。
化学实验是学习已知物质的主要工具,更是探索未知世界的主要途径。在化学实验教学过程中,我们不应局限于验证教材的已知结论,可以在完成教材的教学任务的前提下,充分利用高中生思维活跃、观察力强、求知欲旺盛的特点,拓展实验,设计实验,利用实验培养他们的探索精神。
(作者单位:广东广州市番禺区东涌镇鱼窝头中学)
(责任编校:扬子)