网络实验对初中化学课堂实验的影响

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  [摘 要]
  网络实验不仅可以充分创造让实验“开口说话”的机会,达成实验影响,而且还可以让学生能像科学家那样进行一些在实验室难以操作的科学实验,从而使学生获得进行科学技术活动的经验。教师应多注意探讨网络实验能够替代课堂实验及哪些实验更适合使用网络实验,从而达到两者的有机结合,完成最佳的实验教学效果。
  [关键词]
  网络实验;化学课堂;实验影响
  所谓网络实验就是采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室平台,让学生体验到实验原理、实验用品、实验步骤、实验现象及实验的注意事项等,实现实验的仿真操作。通过教学实践表明,网络实验适用于:一是可以形象、逼真地表示宏观世界的化学现象和微观世界的原子、分子等物质的内部变化和发展过程,能艺术地表现化学世界的奥秘,从而有效地激发学生学习的兴趣,帮助学生理解化学知识;二是现实中一些难以做到的实验,在多媒体课件中通过动画的形式却能很好地模拟出来。
  一、抽丝剥茧,分析教材演示实验,挑选适用于网络模拟的实验
  人教版初中化学教材九年级上册有40个演示实验,九年级下册有18个演示实验。其中,基本操作实验有10个,如闻气体时的正确操作、液体倾倒、酒精灯的使用等;物质制取实验有6个,如石灰石与盐酸的反应、实验室制取蒸馏水、制取氢气以及制取氧气的三个实验等;性质实验有个42个,包括物质的性质验证实验、规律探究实验。在这些实验中,基本操作实验和物质制备实验用网络模拟大多数是可行的,因为这些实验它们基本上是以操作为主的,没有嗅觉(闻气味)、触觉(温度变化)等层次的要求。而性质实验中有少数实验用网络模拟是不尽如人意的,如浓硫酸稀释实验、氧化钙与水反应、中和反应(在氢氧化钠溶液中加入盐酸)等,有温度变化,网络实验不能感知温差,仅仅借助文章或配音来描述触觉实验现象,有点如同“画屏充饥”感觉,不是科学实验。所以,选择使用网络实验要排除那些触觉和嗅觉的实验,当然最好是将网络实验与真实实验两者有机地结合起来。
  二、效能模拟,缩短演示实验时间,动手模仿网络模拟实验
  在课堂上很多实验需要花费较长的时间去演示和说明操作步骤,通过教师的“言传身教”学生才能有所领悟。但是,教师所演示的这些实验对于班级全体学生而言,过程的现象清晰度不一定理想,有的现象时间过短,一瞬即逝,有的实验因学生相距甚远,现象是雾里看花。若采用网络实验则有效的弥补了过程与现象的反差,也可以通过实验放大特写让现象一目了然。
  如氧气的实验室制备实验,倘若教师进行实验,一边演示一边对实验注意事项加以说明,一节课45分钟是不足以解决的。实验有诸多的环节,每一环节都是制备气体物质至关重要的部分,也是学习化学、科学探究的基础。例如,检验氧气制备装置的气密性,发生装置用手握住微热后,浸入水下导管口产生气泡;松开手恢复到室温,浸入水下导管回升一段水柱。实验现象分两个部分,现象是“气泡”、“水柱”,因为水在导管中的现象并不十分明显,所以学生往往将最重要的现象忽视了,在以后的实验探究或高中学习中就产生了实验“缺陷”。用网络实验模拟,可以将水添加“色彩”,将手松开,气体发生装置恢复到室温,浸入水下导管回升一段水柱就一目了然了。将这两个特别关注的“气泡”、“水柱”用特写方式留在实验结束后的“精彩瞬间”视窗中,自然可以加深实验操作的印象。先将“精彩瞬间”展示如下:
  氧气的制备实验操作的各个重要环节都可以用相似的方式进行处理,便于学生在接下来的氧气制备实验的探究中按图索骥。这样既节省了教师进行实验演示和实验说明花费大量的时间和药品,又留下了供学生进行实验探究的步骤和要领的充足时间,学生可以通过小组合作来体验探究实验在化学学习中的强大作用,学会让实验“开口说话”,学会实验探究的过程和方法。
  三、微观解释,诠释演示实验原理,分子层面网络模拟细说实验
  化学实验是宏观现象对微观物质变化的一种探究。初中化学中有一些实验操作简单,但微观变化的原理不易理解,用网络实验辅助教学就能达到事半功倍的效果。例如,在学习“乳化概念”时,在课堂上教师演示用洗洁精洗涤沾有植物油的试管,这一生活常识熟为人知,但学生知其然不知其所以然,这时若用网络实验进行“微观实验”:乳化剂中亲水基和亲油基共同作用分散油滴的动画模拟,形象直观的动画既满足了学生的好奇心,又轻而易举地解释了化学实验中的原理,一举两得,甚至可以一举多得,何乐而不为。
  又如,学习水的电解实验。水(H2O)在直流电的作用下生成氢气和氧气的过程被称为电解水。从实验装置产生的气体来看,氢气生成的体积大约是氧气的两倍。这是一个定量与定性相结合的实验,学生可以通过前面学习过的氢气和氧气的性质来验证电解装置两极产生的气体分别是什么。但为什么氢气生成的体积大约是氧气的两倍?这个质疑就反映了一种化学反应原理问题,只能用微观粒子的变化加以解释。用网络实验进行水分子的分解和氢原子形成氢分子、氧原子形成氧分子的 “微观实验”模拟过程,学生就能够清楚地认知到“2H2O[通电]2H2↑ O2↑”的真正内涵了。
  四、拓宽探究,重新感悟实验原理,学会设计网络模拟实验
  当然,(2)和(3)的实验装置是相同的。而(1)则不然,它采用的是液体滴加到固体中的方法来制备氧气,不需要加热。在复习课时,要想总结不同的实验装置的特点,教师需要将整个实验室搬到讲台上,不进行演示不能达到预期的效果,對所有的实验都进行演示又是不现实的,也是不可能做到的。网络实验可以填补这项空白。网络实验它可以选择不同实验不同的特征、最关键的环境进行操作模拟,或“截取实验中的某一重要片段”,反复演示给学生观察,加深实验教学的目的,这是真正的演示实验不能做到的。例如,两套装置气密性的检查方法是完全不一样的,可以进行对比模拟实验,这样学生就容易形成完整的气体制备装置的气密性检查的知识体系。
  早在19世纪初期,荷兰药物商人启普发因商业需要发明了一种气体发生器,这是随制随取的气体发生器(装置3),后来人们为了纪念他而称该气体发生器为“启普发生器”。通过化学史的介绍,让学生感悟化学创新并不是化学家的事情,每一个有智慧、有头脑的人都有创新的能力。通过网络实验,将启普发生器进行分解,它是由加液漏斗、容器、反应器、带导管的活塞四部分组成。网络实验很容易对其构造进行拆分和重新组合,并通过装置中的液体的变化来阐述随制随取的原理。然后,根据该构造原理,用实验室中常见的仪器组装了可以代替启普发生器的简易装置4。
  随制随取的气体发生器具有可以控制反应的开始和结束、方便制取、节约试剂等优点。在初中化学学习中,对这种装置的拓展是开发学生探索智慧的一个很重要的挑战。因此,利用电子白板化学模式中的可以移动的化学仪器,让学生去创新设计“新作品”。例如,随制随取的气体发生器的创新设计模拟实验装置,先由教师在仪器库中拿出一些常见仪器,再让学生去选择适当的仪器,进行合理组装。
  由此可见,将网络与课堂化学实验教学有机结合,不但可以增大课堂容量,还可以提高学生学习和探索问题的兴趣,激励学生主动求知的欲望,对事物性质的认知和理解经过由好奇——不满足——求知欲更强烈——物质本质的探究的和谐过程,学生的思想和情绪会自觉融入到问题中,从而体验学习的乐趣。
  [参 考 文 献]
  [1]钱浩,张莹雪,林志勇.高分子化学实验课程的网络教学[J].实验技术与管理,2007(8).
  [2]熊焰.网络化条件下物理化学实验教学质量保证体系[J].实验室研究与探索,2011(3).
  [3]吕斌,吕芳.基于网络的化学中心实验室仪器管理初探[J].化学教育,2002(5).
  (责任编辑:张华伟)
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