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2011年11月,我市采用同课异构的方式举行了高中化学课堂教学评比活动,教学内容为《从自然界中获取铁和铜》。在比赛中,参赛教师有的采用先学后教的方式,有的采用边讲边实验的方式,有的采用以实验为载体进行探究式教学的方式,比赛场景精彩纷呈。在评委点评和教师讨论互动的过程中,不少教师对一氧化碳还原氧化铁的实验提出了质疑:还原产物黑色固体到底是不是铁?活动后,我们继续组织部分教师对此质疑进行了深入研究,并引发了有关实验教学有效性的讨论。
一、 聚焦课堂
以下是某参赛教师的课堂教学片段:
教师提出两个问题让学生思考:
(1)铁在自然界主要以化合态的形式存在,如何将化合态的铁转化为游离态的铁,你有哪些方法?请写出相应的化学反应方程式。
(2)在你列举的反应中,哪些反应可以用做工业炼铁?
学生提出了如下方法,并进行了分析:
(1)氢气还原氧化铁——氢气的来源主要通过电解,成本比较高;
(2)锌置换硫酸亚铁——锌是一种金属,它也需要冶炼;
(3)焦炭还原氧化铁——焦炭来自煤,来源丰富;
(4)一氧化碳还原氧化铁——反应速度更快,产品较纯,且CO可用焦碳与空气反应制得,成本低。
教师肯定了学生的分析,又通过演示实验模拟工业用“一氧化碳还原氧化铁”的炼铁过程:
(1)与学生一起分析、设计了如图1所示的实验装置。
(2)做演示实验,并请两名学生在旁近距离观察。
(3)学生描述实验现象:①红棕色的粉末变成黑色;②在盛有澄清石灰水的试管中有白色沉淀生成;③实验完成后生成的黑色粉末能被磁铁吸引。
(4)结论:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
二、 课后求真
评课时,有位评委老师提出了这样的观点:实验中得到的黑色粉末不是铁,而应是四氧化三铁和氧化亚铁的混合物。因为该实验在酒精灯加热的情况下是不能生成铁的。这一观点引起了其他评委和听课老师的热烈讨论:“怎么会这样呢?我们平时上课都是这样教的,很多习题也都呈现了这样的结论。面对这样的教学实景,教师应该以怎么样的教学态度去面对,是迷信课本还是尊重事实?”这是一个教学观念的大问题,也是很好的教研资源。活动结束后,笔者邀请了几位骨干教师一边查资料,一边做实验。
(一) 实验过程
1. 不通CO,单独加热玻璃管里的Fe2O3粉末,粉末也会由“红棕”色逐渐变“黑”。所不同的是,粉末一旦冷却,又会恢复成加热前的红棕色。
2. 先通入CO,然后加热,玻璃管里的粉末会由红棕色逐渐变黑。在不断通入CO情况下进行冷却,用磁铁验证能被磁铁吸引。
3. 取冷却后的黑色粉末,加入稀盐酸,没有气泡放出。
我们又补做了实验,将反应生成的黑色固体与硫酸铜溶液进行反应,然而实验结果出乎意料,并没有观察到黑色固体表面有红色物质(铜)析出。
(二) 查阅相关资料
一般来说,加热表示的温度泛指酒精灯火焰的温度,约在400~500℃。在实验室,超过500℃的温度,需要用酒精喷灯或煤气灯来实现。酒精喷灯或调整正常的煤气灯温度可达700~1000℃。
我们走访了某钢铁厂,获得了用SDTQ热分析仪对CO与Fe2O3进行热反应的有关数据,绘制成固体质量与反应温度的关系曲线图(如图2)。
曲线表明,在600℃以下发生反应生成Fe3O4:3Fe2O3+CO 2Fe3O4+CO2;在600℃~700℃之间反应生成FeO:Fe3O4+CO 3FeO+CO2;只有在700℃以上才有可能反应生成铁:FeO+CO Fe+CO2。
笔者在全市高中化学教师范围内,征集该实验现象的过程,也有个别教师在加热后得到黑色粉末加入稀盐酸的实验中有少量气泡放出。究其原因有可能是:(1)在黑色粉末没有完全冷却情况下加入稀盐酸,有气泡很可能是少量水蒸气;(2)黑色粉末内有较多空隙的原因是在加入稀盐酸后,看到了少量小气泡。
通过实验和查阅资料,得到基本结论是:一氧化碳与氧化铁在酒精灯加热的条件下生成的黑色粉末应该是四氧化三铁或四氧化三铁和氧化亚铁的混合物。
三、 教学反思
在通过讨论与探究得出基本结论的基础上,笔者召集我市高中化学中心备课组成员进行教研活动,讨论了该活动的教学价值。在对平时实验中的一些困惑进行梳理时,发现在化学实验课堂教学中出现的类似现象其实并不少见,如:(1)铜氨络离子和乙醛加热能否反应?(2)亚硫酸钠溶液中加氯化钡再加盐酸与亚硫酸钠溶液中加硝酸钡加盐酸的实验现象是否一样?亚硫酸钠保存过程中极易被空气氧化,如果是久置的且开过封的药品,里面就有硫酸钠了,你所做的实验是否选用了新购的且未开封的亚硫酸钠?在做银氨络离子和乙醛加热发生的银镜反应中,实验并不一定成功的原因是否是取了三聚乙醛(乙醛溶液中久置后会分层,上层是三聚乙醛)?在教学过程中,教师应对这样的问题进行探索与思考。
调查发现,有的教师遇到类似问题就不做实验了,按课本描述一讲了事。究其原因,主要有以下三个方面:
(一) 教师对实验教学缺乏科学探究的精神
受旧的教学理念影响,迷信教材、教参和教辅用书,教师对教材上的化学实验习惯于就事论事,不善于研究,更谈不上去探索、挖掘和创新。实验条件好的学校,部分教师把实验准备工作全部交给实验员来完成;实验条件差的农村学校,部分教师甚至只在黑板上讲解实验、放录像或用多媒体演示。
(二) 教师自身的实验业务能力不强
学生时代在实验技能方面没有打下扎实功底,走上教学岗位后,又难得进实验室,造成部分教师在教学过程中怕做演示实验,一旦在教学比武中遇到新问题,就有可能会招架不住,甚至于对“CO还原Fe2O3”这样的实验望而却步,结果就可想而知了。
(三)部分教师对实验在化学教学中的重要地位认识存在偏差
有的教师在教学中注重知识的传授而忽视学生能力的培养,对实验教学不够重视,认为在实验上花工夫还不如多讲实验、多做习题来得有效。片面追求升学率思想的指导,使化学教学理论脱离实际,束缚了学生能力的发展。再加上学校师资力量不足,教师的教学任务繁重,每天作业本、练习册一大堆要批改,部分教师找到了不研究实验教学的种种理由。
提高实验教学的效率必须以真实为前提。化学实验对于化学概念的理解、化学规律的认识、化学方法的掌握以及实践能力和创新意识的培养有着不可替代的作用。高中化学新课标也明确指出:通过以化学实验为主的多种探究活动,使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。要做“真实验”,拒绝“伪实验”,我们教师必须加强学习,转变观念,加强实验技能训练,挤出一定的时间走进实验室,努力提高自身的科学素养和探究的技能。还要积极做好实验课的课前准备工作,对教材上的实验作深入细致的探究,精心设计实验教学方案。同时,化学教师之间、兄弟学校化学教研组之间应建立横向联系,经常沟通,对实验教学过程中可能出现的问题进行广泛交流,实现教学资源共享。只有这样才可能减少或避免课堂上实验教学的错误,真正驾驭课堂实验教学。因此,笔者计划下一阶段就如何提高化学教师实验能力开展系列专题活动:在下一年度开展全市以“实验教学”为主题的征文活动;在2012年的教师培训中加入实验教学内容;举办2012年衢州市年轻教师实验技能大赛活动;等等。
每一堂课都是很好的教研资源。本次课堂教学评比活动不仅让教学新秀脱颖而出,更是教研活动很好的载体。活动中隐含的教研价值的意义是深远的,通过课后求真探究和反思教师得到的收获也远比听几节课大得多。
一、 聚焦课堂
以下是某参赛教师的课堂教学片段:
教师提出两个问题让学生思考:
(1)铁在自然界主要以化合态的形式存在,如何将化合态的铁转化为游离态的铁,你有哪些方法?请写出相应的化学反应方程式。
(2)在你列举的反应中,哪些反应可以用做工业炼铁?
学生提出了如下方法,并进行了分析:
(1)氢气还原氧化铁——氢气的来源主要通过电解,成本比较高;
(2)锌置换硫酸亚铁——锌是一种金属,它也需要冶炼;
(3)焦炭还原氧化铁——焦炭来自煤,来源丰富;
(4)一氧化碳还原氧化铁——反应速度更快,产品较纯,且CO可用焦碳与空气反应制得,成本低。
教师肯定了学生的分析,又通过演示实验模拟工业用“一氧化碳还原氧化铁”的炼铁过程:
(1)与学生一起分析、设计了如图1所示的实验装置。
(2)做演示实验,并请两名学生在旁近距离观察。
(3)学生描述实验现象:①红棕色的粉末变成黑色;②在盛有澄清石灰水的试管中有白色沉淀生成;③实验完成后生成的黑色粉末能被磁铁吸引。
(4)结论:Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
二、 课后求真
评课时,有位评委老师提出了这样的观点:实验中得到的黑色粉末不是铁,而应是四氧化三铁和氧化亚铁的混合物。因为该实验在酒精灯加热的情况下是不能生成铁的。这一观点引起了其他评委和听课老师的热烈讨论:“怎么会这样呢?我们平时上课都是这样教的,很多习题也都呈现了这样的结论。面对这样的教学实景,教师应该以怎么样的教学态度去面对,是迷信课本还是尊重事实?”这是一个教学观念的大问题,也是很好的教研资源。活动结束后,笔者邀请了几位骨干教师一边查资料,一边做实验。
(一) 实验过程
1. 不通CO,单独加热玻璃管里的Fe2O3粉末,粉末也会由“红棕”色逐渐变“黑”。所不同的是,粉末一旦冷却,又会恢复成加热前的红棕色。
2. 先通入CO,然后加热,玻璃管里的粉末会由红棕色逐渐变黑。在不断通入CO情况下进行冷却,用磁铁验证能被磁铁吸引。
3. 取冷却后的黑色粉末,加入稀盐酸,没有气泡放出。
我们又补做了实验,将反应生成的黑色固体与硫酸铜溶液进行反应,然而实验结果出乎意料,并没有观察到黑色固体表面有红色物质(铜)析出。
(二) 查阅相关资料
一般来说,加热表示的温度泛指酒精灯火焰的温度,约在400~500℃。在实验室,超过500℃的温度,需要用酒精喷灯或煤气灯来实现。酒精喷灯或调整正常的煤气灯温度可达700~1000℃。
我们走访了某钢铁厂,获得了用SDTQ热分析仪对CO与Fe2O3进行热反应的有关数据,绘制成固体质量与反应温度的关系曲线图(如图2)。
曲线表明,在600℃以下发生反应生成Fe3O4:3Fe2O3+CO 2Fe3O4+CO2;在600℃~700℃之间反应生成FeO:Fe3O4+CO 3FeO+CO2;只有在700℃以上才有可能反应生成铁:FeO+CO Fe+CO2。
笔者在全市高中化学教师范围内,征集该实验现象的过程,也有个别教师在加热后得到黑色粉末加入稀盐酸的实验中有少量气泡放出。究其原因有可能是:(1)在黑色粉末没有完全冷却情况下加入稀盐酸,有气泡很可能是少量水蒸气;(2)黑色粉末内有较多空隙的原因是在加入稀盐酸后,看到了少量小气泡。
通过实验和查阅资料,得到基本结论是:一氧化碳与氧化铁在酒精灯加热的条件下生成的黑色粉末应该是四氧化三铁或四氧化三铁和氧化亚铁的混合物。
三、 教学反思
在通过讨论与探究得出基本结论的基础上,笔者召集我市高中化学中心备课组成员进行教研活动,讨论了该活动的教学价值。在对平时实验中的一些困惑进行梳理时,发现在化学实验课堂教学中出现的类似现象其实并不少见,如:(1)铜氨络离子和乙醛加热能否反应?(2)亚硫酸钠溶液中加氯化钡再加盐酸与亚硫酸钠溶液中加硝酸钡加盐酸的实验现象是否一样?亚硫酸钠保存过程中极易被空气氧化,如果是久置的且开过封的药品,里面就有硫酸钠了,你所做的实验是否选用了新购的且未开封的亚硫酸钠?在做银氨络离子和乙醛加热发生的银镜反应中,实验并不一定成功的原因是否是取了三聚乙醛(乙醛溶液中久置后会分层,上层是三聚乙醛)?在教学过程中,教师应对这样的问题进行探索与思考。
调查发现,有的教师遇到类似问题就不做实验了,按课本描述一讲了事。究其原因,主要有以下三个方面:
(一) 教师对实验教学缺乏科学探究的精神
受旧的教学理念影响,迷信教材、教参和教辅用书,教师对教材上的化学实验习惯于就事论事,不善于研究,更谈不上去探索、挖掘和创新。实验条件好的学校,部分教师把实验准备工作全部交给实验员来完成;实验条件差的农村学校,部分教师甚至只在黑板上讲解实验、放录像或用多媒体演示。
(二) 教师自身的实验业务能力不强
学生时代在实验技能方面没有打下扎实功底,走上教学岗位后,又难得进实验室,造成部分教师在教学过程中怕做演示实验,一旦在教学比武中遇到新问题,就有可能会招架不住,甚至于对“CO还原Fe2O3”这样的实验望而却步,结果就可想而知了。
(三)部分教师对实验在化学教学中的重要地位认识存在偏差
有的教师在教学中注重知识的传授而忽视学生能力的培养,对实验教学不够重视,认为在实验上花工夫还不如多讲实验、多做习题来得有效。片面追求升学率思想的指导,使化学教学理论脱离实际,束缚了学生能力的发展。再加上学校师资力量不足,教师的教学任务繁重,每天作业本、练习册一大堆要批改,部分教师找到了不研究实验教学的种种理由。
提高实验教学的效率必须以真实为前提。化学实验对于化学概念的理解、化学规律的认识、化学方法的掌握以及实践能力和创新意识的培养有着不可替代的作用。高中化学新课标也明确指出:通过以化学实验为主的多种探究活动,使学生体验科学研究的过程,激发学习化学的兴趣,强化科学探究的意识,促进学习方式的转变,培养学生的创新精神和实践能力。要做“真实验”,拒绝“伪实验”,我们教师必须加强学习,转变观念,加强实验技能训练,挤出一定的时间走进实验室,努力提高自身的科学素养和探究的技能。还要积极做好实验课的课前准备工作,对教材上的实验作深入细致的探究,精心设计实验教学方案。同时,化学教师之间、兄弟学校化学教研组之间应建立横向联系,经常沟通,对实验教学过程中可能出现的问题进行广泛交流,实现教学资源共享。只有这样才可能减少或避免课堂上实验教学的错误,真正驾驭课堂实验教学。因此,笔者计划下一阶段就如何提高化学教师实验能力开展系列专题活动:在下一年度开展全市以“实验教学”为主题的征文活动;在2012年的教师培训中加入实验教学内容;举办2012年衢州市年轻教师实验技能大赛活动;等等。
每一堂课都是很好的教研资源。本次课堂教学评比活动不仅让教学新秀脱颖而出,更是教研活动很好的载体。活动中隐含的教研价值的意义是深远的,通过课后求真探究和反思教师得到的收获也远比听几节课大得多。