论文部分内容阅读
实验是化学学科的基础,“化学是实验的科学,只有实验才是最高法庭”(著名化学家付鹰语),化学实验是人们探索化学规律和验证化学规律的手段。 化学实验具有获知、激情、求真、环保等教育功能,对提高学生的创新精神、实践能力和环保意识有着特殊的教育价值。因此,准确演示教材中规定的演示实验,以及对某些实验进行改进,甚至根据需要设计创新实验,完善、优化教材实验都应是中学化学教师不断研究的课题。
一、化学实验教学完善策略的理论依据
1. 教学四原则作为选择的理论指导
教师选择实验教学方法须与培养学生观察、思维及创造能力和探索精神结合起来。美国教育学家布鲁纳提出四大教学原则:动机原则、结构原则、程序原则、反馈原则。这四大原则可用来指导、改进教学方法,提高教学质量和效率,同时也是化学实验完善策略的理论指导。
2. 学生的个性特征、兴趣、认知水平作为选择的依据
对于不同个性、不同年龄、不同能力的学生,由于他们认知结构和能力的差异,实验教学的方法也应有差异,选择的实验方法也应与学生的接受能力相协调,须激发他们的学习兴趣,提高实验技能。
二、苏教版化学实验指瑕
1. 教材中实验内容缺乏对实验条件控制方法的明确体现
培养学生的化学实验技能是中学化学教学的一个重要任务和目标,而任何实验都离不开一定的实验条件,只有对化学实验的条件进行严格、有效的控制,才能获得化学科学事实,取得重大发现。
学科指导意见提出的各年级培养的化学实验技能,分为三个部分:(1)使用仪器的技能;(2)实验操作技能;(3)实验的记录和设计技能。意见中对前两项的技能作了较为明确的规定,对第(3)项技能只简单提出了教学上的原则要求,并没有具体的、明确的规定目标。
2. 教学中缺乏对实验条件控制方法的有意识训练
中学教材中实验都是在一定的实验条件下控制进行的。其中蕴涵了单因素控制(如点燃镁条)、多因素控制(如温度、浓度、压力)两种方式。要使学生理解和运用实验条件控制方法解决问题,需要教师在教学中有意识地加以引导和训练。那么实际的教学状况如何呢?我们对此做了调查,调查对象:衢州三中高三(20)班学生。
我们设计了如下问题:影响固体物质在水中溶解速率的因素有多种,请以固体氯化钠为例,设计实验步骤,检验温度、氯化钠固体颗粒大小、搅拌、水的体积这几种因素对氯化钠溶解速率的影响。
设计以上问题旨在调查学生对实验控制方法的掌握和运用情况。不难理解,这一问题的解决需要对温度、氯化钠固体颗粒大小、搅拌、水的体积这几种因素或实验条件进行控制;从问题的要求也不难看出,这一问题的解决需要每次只改变一种条件或因素,而固定其他条件或因素不变,这样,才能看出每种因素对固体氯化钠溶解速率的单独影响。学生只有理解和掌握了实验条件控制方法,才能运用该方法解决这一问题。
下表列出了学生对这一问题回答的情况。
从调查结果来看,学生经过近三年的学习,并没有真正理解和掌握实验条件控制这一重要的方法和技能。学生已经习惯于记忆结果、结论或由实验引出的定义,没有或极少有必要的分析、比较和研究,注重的是用实验得出的结论去解答习题。
3. 教材中探究实验的比例过小
教材中的实验仍是以验证性实验为主,如在无机实验中,主要安排元素的性质实验,在有机实验中安排各种特征反应实验,在一定程度上制约了学生创造能力的培养,限制了学生思维能力、实验技能、科研技能的发展。
4.现行的实验评价体系限制了学生的探索能力、创造性思维
中学化学实验教学的教学目标和评价问题尚无定论,特别是评价手段,主要是“讲实验”的方法,进行纸上练兵讲实验,包括高考化学实验题在内,围着实验做题目,偏重于实验知识教学,限制了实验操作能力的培养,给学生造成实验是纸上谈兵的偏见。因此,学生也对实验不重视,上实验课是“玩”实验,满足于表面的了解。而也正是现行实验评价体系的狭隘性,限制了学生探究、创造能力的发展。
5. 部分探究实验目的不明确
有机化学基础选修5(苏教版)第76页观察与思考中有一段话:取两支试管,向一支试管中加入少量的无水乙醇,另一支试管中放入少量苯酚,将它们置于同一热水浴中加热,热水浴的温度约为50℃,待苯酚融化后,向两支试管中分别加入绿豆粒般大的金属钠。观察实验现象。我们猜不出编者设计此实验的意图,如果说通过上述实验说明苯酚酚羟基中氢原子比乙醇醇羟基中氢原子活泼,但遗憾的是无论笔者如何做实验,钠投入到熔融的苯酚中都要比在乙醇中反应慢,在乙醇中,钠块能与乙醇反应产生气体,约3min后钠块消失,溶液保持澄清;在苯酚中,钠块表面有少量气泡,约2min后出现少量白色悬浮物,10min后白色悬浮物充满苯酚熔融液,振荡后发现钠块尚未完全消失。作为教材的编写者,理应是化学实验的第一个成功的实践者。
三、实验的完善策略和成功案例
1. 巧妙构思,完善实验操作
例1 “化学反应的限度”实验
实验一:取5mL 0.1 mol·L-1KI溶液,滴加0.1 mol·L-1的FeCl3溶液5～6滴,继续加入2mLCCl4,充分振荡,静置观察,取上层溶液,用KSCN溶液检验是否存在Fe3 。
不足:在用浓的KSCN溶液检验上层清液中的Fe3 时,由于血红色现象明显而容易给学生造成误解,即误认为完全反应后溶液中仍有大量的Fe3 存在。
完善策略:设置对比实验。取上层清液于两支试管中,分别滴加3 mol·L-1和0.1 mol·L-1的KSCN溶液。观察现象。
优点:通过有、无血红色的对比,让学生感性认识在Fe3 和I-完全反应后,溶液中仍有极微量的(而非大量)Fe3 存在。说明完全反应也是有限度的。
实验二:在一支洁净的试管中加入2 mL 0.1 mol·L-1
AgNO3溶液,加入稍过量的铜粉,反应一段时间后,取上层清液于另一支试管中,再向试管中滴加0.1 mol·L-1的KI溶液,观察实验现象。
不足:实验时只需滴加1滴0.1 mol·L-1的KI溶液就立刻出现了黄色沉淀,效果非常好,但这样极容易误认为是AgNO3溶液过量了。
完善策略:设置对比实验[注:查阅资料K(AgI)=8.51×10-17,K(AgBr)=5.35×10-13,即Ag 和I-生成沉淀的灵敏程度极高,而Ag 和Br-生成沉淀的灵敏程度降低了约10000倍。故相对于实验二,应换种方式设置对比实验]。具体操作:取上层清液于两支试管中,分别滴加0.1 mol·L-1的KI溶液和0.1 mol·L-1的KBr溶液。观察实验现象。
优点:通过有、无沉淀说明Cu与AgNO3溶液完全反应后,溶液中仍有极微量的(而非大量)的Ag 存在,由此得出结论:反应是有限度的。
2. 完善实验形式
例2 “常见物质的检验”实验
不足:本实验的主旨是检验NH4 和K ,为定性实验,由于对结论的已知性,学生对定性实验一向有敷衍了事的惰性思想,对实验中的好多细节都会一带而过,不作深思,仅仅是为完成任务而去操作实验,因而活动收效甚微。
完善策略:改变实验形式。
(1)将NH4Cl、KCl、(NH4)2SO4、K2SO4四种溶液的标签改为1、2、3、4,合作探究这四瓶未知溶液的鉴别。
(2)各组汇报结果。
(3)讨论产生错误的原因并再次进行实验论证。
(4)独立设计实验并完成实验报告。
优点:本实验从传统的验证性实验转变成探究性实验,实验过程的设立充分遵循了科学探索的要素。同样的实验因设立了小台阶,使所有学生在耐心细致地做完实验后均享受到了成功的喜悦。
3. 因地制宜,自制非常规仪器用品
融知识性、科学性、趣味性为一体的自制、改进、代用非常规仪器用品,不仅可以激发学生学习化学的兴趣,还可以体验创造成功的快乐,激励学生大胆探索、创新。
例3自制和改造仪器
用牛皮纸信封做成漏斗,再涂上蜡或树脂涂料,方便实用且不易摔碎。用135胶卷暗盒制作的酒精灯增温护焰罩,能使酒精充分燃烧,焰高是原来的1.5~2倍。其他一些代用品或废弃物,如塑料瓶、输液管等在实验中均可派上用场。
4. 设计微型实验,防止污染环境
微型实验具有节省试剂、减少污染、缩短时间、降低能耗等优点。
例4注射器实验
铜与稀硝酸反应。如图所示。
注射器作反应容器。在加药品前先进行气密性检查,检查好装置的气密性后,打开阀门K,取下活塞J向其中加入一小片铜片,装上活塞并推至底部。用注射器吸取适量的蒸馏水,然后倒立针筒,推动活塞J至底部以排尽装置内的空气(装置内极少量的水不影响实验)。将注射器插入稀HNO3中,吸取适量的稀HNO3,然后迅速关闭阀门K观察到铜片溶解,且表面产生气泡,溶液的颜色为蓝色,溶液上方为无色气体,注射器活塞不断上移,当注射器活塞上升到某一位置时,打开阀门K,吸取适量空气后关闭K,此时注射器内气体呈红棕色。
尾气处理:打开阀门K,吸取足量空气,将气体反应液推入NaOH溶液中后吸收尾气关闭K,整个实验过程没有氮氧化物逸出而污染空气,该装置适用于NO的制备及性质检验。
例5滤纸实验
用滤纸作为载体很适合于有颜色变化的微型实验。
(1)液体的导电性实验。在滤纸的中央滴上2滴液体,将电流计、电池串联在一起,把电流计两个表笔分别同时接触滤纸中间的湿润部位(两表笔不直接接触),若是酸碱盐溶液可观察到电流计指针偏转。
(2)酸碱溶液与指示剂的反应。在滤纸两部位分别滴上1滴氢氧化钠溶液,再在有氢氧化钠溶液的部位分别滴上1滴石蕊试液和酚酞试液,即可观察到滤纸上的颜色变化。
四、结束语
在教学过程中笔者深切地体会到:让学生在有限的时间内完成意见上所要求的标准,按传统的方法是难以实现的。因此,我们有必要改革现有的实验条件,大胆创新,勇于尝试,以课外开放实验室等形式来解燃眉之急。在当前条件下,对中学化学实验教学方法作适当的调整和改进,逐步完善实验教学,可以充分地发挥化学实验的教学功能。实验教学的完善策略是实验教学改革的一个方向,通过优化实验教学环境,不但可以培养学生的观察能力、思维能力、实践能力而且在完善学生创造性思维、创新能力方面,还可以起到积极的促进作用,从而提高化学教学质量。
一、化学实验教学完善策略的理论依据
1. 教学四原则作为选择的理论指导
教师选择实验教学方法须与培养学生观察、思维及创造能力和探索精神结合起来。美国教育学家布鲁纳提出四大教学原则:动机原则、结构原则、程序原则、反馈原则。这四大原则可用来指导、改进教学方法,提高教学质量和效率,同时也是化学实验完善策略的理论指导。
2. 学生的个性特征、兴趣、认知水平作为选择的依据
对于不同个性、不同年龄、不同能力的学生,由于他们认知结构和能力的差异,实验教学的方法也应有差异,选择的实验方法也应与学生的接受能力相协调,须激发他们的学习兴趣,提高实验技能。
二、苏教版化学实验指瑕
1. 教材中实验内容缺乏对实验条件控制方法的明确体现
培养学生的化学实验技能是中学化学教学的一个重要任务和目标,而任何实验都离不开一定的实验条件,只有对化学实验的条件进行严格、有效的控制,才能获得化学科学事实,取得重大发现。
学科指导意见提出的各年级培养的化学实验技能,分为三个部分:(1)使用仪器的技能;(2)实验操作技能;(3)实验的记录和设计技能。意见中对前两项的技能作了较为明确的规定,对第(3)项技能只简单提出了教学上的原则要求,并没有具体的、明确的规定目标。
2. 教学中缺乏对实验条件控制方法的有意识训练
中学教材中实验都是在一定的实验条件下控制进行的。其中蕴涵了单因素控制(如点燃镁条)、多因素控制(如温度、浓度、压力)两种方式。要使学生理解和运用实验条件控制方法解决问题,需要教师在教学中有意识地加以引导和训练。那么实际的教学状况如何呢?我们对此做了调查,调查对象:衢州三中高三(20)班学生。
我们设计了如下问题:影响固体物质在水中溶解速率的因素有多种,请以固体氯化钠为例,设计实验步骤,检验温度、氯化钠固体颗粒大小、搅拌、水的体积这几种因素对氯化钠溶解速率的影响。
设计以上问题旨在调查学生对实验控制方法的掌握和运用情况。不难理解,这一问题的解决需要对温度、氯化钠固体颗粒大小、搅拌、水的体积这几种因素或实验条件进行控制;从问题的要求也不难看出,这一问题的解决需要每次只改变一种条件或因素,而固定其他条件或因素不变,这样,才能看出每种因素对固体氯化钠溶解速率的单独影响。学生只有理解和掌握了实验条件控制方法,才能运用该方法解决这一问题。
下表列出了学生对这一问题回答的情况。
从调查结果来看,学生经过近三年的学习,并没有真正理解和掌握实验条件控制这一重要的方法和技能。学生已经习惯于记忆结果、结论或由实验引出的定义,没有或极少有必要的分析、比较和研究,注重的是用实验得出的结论去解答习题。
3. 教材中探究实验的比例过小
教材中的实验仍是以验证性实验为主,如在无机实验中,主要安排元素的性质实验,在有机实验中安排各种特征反应实验,在一定程度上制约了学生创造能力的培养,限制了学生思维能力、实验技能、科研技能的发展。
4.现行的实验评价体系限制了学生的探索能力、创造性思维
中学化学实验教学的教学目标和评价问题尚无定论,特别是评价手段,主要是“讲实验”的方法,进行纸上练兵讲实验,包括高考化学实验题在内,围着实验做题目,偏重于实验知识教学,限制了实验操作能力的培养,给学生造成实验是纸上谈兵的偏见。因此,学生也对实验不重视,上实验课是“玩”实验,满足于表面的了解。而也正是现行实验评价体系的狭隘性,限制了学生探究、创造能力的发展。
5. 部分探究实验目的不明确
有机化学基础选修5(苏教版)第76页观察与思考中有一段话:取两支试管,向一支试管中加入少量的无水乙醇,另一支试管中放入少量苯酚,将它们置于同一热水浴中加热,热水浴的温度约为50℃,待苯酚融化后,向两支试管中分别加入绿豆粒般大的金属钠。观察实验现象。我们猜不出编者设计此实验的意图,如果说通过上述实验说明苯酚酚羟基中氢原子比乙醇醇羟基中氢原子活泼,但遗憾的是无论笔者如何做实验,钠投入到熔融的苯酚中都要比在乙醇中反应慢,在乙醇中,钠块能与乙醇反应产生气体,约3min后钠块消失,溶液保持澄清;在苯酚中,钠块表面有少量气泡,约2min后出现少量白色悬浮物,10min后白色悬浮物充满苯酚熔融液,振荡后发现钠块尚未完全消失。作为教材的编写者,理应是化学实验的第一个成功的实践者。
三、实验的完善策略和成功案例
1. 巧妙构思,完善实验操作
例1 “化学反应的限度”实验
实验一:取5mL 0.1 mol·L-1KI溶液,滴加0.1 mol·L-1的FeCl3溶液5～6滴,继续加入2mLCCl4,充分振荡,静置观察,取上层溶液,用KSCN溶液检验是否存在Fe3 。
不足:在用浓的KSCN溶液检验上层清液中的Fe3 时,由于血红色现象明显而容易给学生造成误解,即误认为完全反应后溶液中仍有大量的Fe3 存在。
完善策略:设置对比实验。取上层清液于两支试管中,分别滴加3 mol·L-1和0.1 mol·L-1的KSCN溶液。观察现象。
优点:通过有、无血红色的对比,让学生感性认识在Fe3 和I-完全反应后,溶液中仍有极微量的(而非大量)Fe3 存在。说明完全反应也是有限度的。
实验二:在一支洁净的试管中加入2 mL 0.1 mol·L-1
AgNO3溶液,加入稍过量的铜粉,反应一段时间后,取上层清液于另一支试管中,再向试管中滴加0.1 mol·L-1的KI溶液,观察实验现象。
不足:实验时只需滴加1滴0.1 mol·L-1的KI溶液就立刻出现了黄色沉淀,效果非常好,但这样极容易误认为是AgNO3溶液过量了。
完善策略:设置对比实验[注:查阅资料K(AgI)=8.51×10-17,K(AgBr)=5.35×10-13,即Ag 和I-生成沉淀的灵敏程度极高,而Ag 和Br-生成沉淀的灵敏程度降低了约10000倍。故相对于实验二,应换种方式设置对比实验]。具体操作:取上层清液于两支试管中,分别滴加0.1 mol·L-1的KI溶液和0.1 mol·L-1的KBr溶液。观察实验现象。
优点:通过有、无沉淀说明Cu与AgNO3溶液完全反应后,溶液中仍有极微量的(而非大量)的Ag 存在,由此得出结论:反应是有限度的。
2. 完善实验形式
例2 “常见物质的检验”实验
不足:本实验的主旨是检验NH4 和K ,为定性实验,由于对结论的已知性,学生对定性实验一向有敷衍了事的惰性思想,对实验中的好多细节都会一带而过,不作深思,仅仅是为完成任务而去操作实验,因而活动收效甚微。
完善策略:改变实验形式。
(1)将NH4Cl、KCl、(NH4)2SO4、K2SO4四种溶液的标签改为1、2、3、4,合作探究这四瓶未知溶液的鉴别。
(2)各组汇报结果。
(3)讨论产生错误的原因并再次进行实验论证。
(4)独立设计实验并完成实验报告。
优点:本实验从传统的验证性实验转变成探究性实验,实验过程的设立充分遵循了科学探索的要素。同样的实验因设立了小台阶,使所有学生在耐心细致地做完实验后均享受到了成功的喜悦。
3. 因地制宜,自制非常规仪器用品
融知识性、科学性、趣味性为一体的自制、改进、代用非常规仪器用品,不仅可以激发学生学习化学的兴趣,还可以体验创造成功的快乐,激励学生大胆探索、创新。
例3自制和改造仪器
用牛皮纸信封做成漏斗,再涂上蜡或树脂涂料,方便实用且不易摔碎。用135胶卷暗盒制作的酒精灯增温护焰罩,能使酒精充分燃烧,焰高是原来的1.5~2倍。其他一些代用品或废弃物,如塑料瓶、输液管等在实验中均可派上用场。
4. 设计微型实验,防止污染环境
微型实验具有节省试剂、减少污染、缩短时间、降低能耗等优点。
例4注射器实验
铜与稀硝酸反应。如图所示。
注射器作反应容器。在加药品前先进行气密性检查,检查好装置的气密性后,打开阀门K,取下活塞J向其中加入一小片铜片,装上活塞并推至底部。用注射器吸取适量的蒸馏水,然后倒立针筒,推动活塞J至底部以排尽装置内的空气(装置内极少量的水不影响实验)。将注射器插入稀HNO3中,吸取适量的稀HNO3,然后迅速关闭阀门K观察到铜片溶解,且表面产生气泡,溶液的颜色为蓝色,溶液上方为无色气体,注射器活塞不断上移,当注射器活塞上升到某一位置时,打开阀门K,吸取适量空气后关闭K,此时注射器内气体呈红棕色。
尾气处理:打开阀门K,吸取足量空气,将气体反应液推入NaOH溶液中后吸收尾气关闭K,整个实验过程没有氮氧化物逸出而污染空气,该装置适用于NO的制备及性质检验。
例5滤纸实验
用滤纸作为载体很适合于有颜色变化的微型实验。
(1)液体的导电性实验。在滤纸的中央滴上2滴液体,将电流计、电池串联在一起,把电流计两个表笔分别同时接触滤纸中间的湿润部位(两表笔不直接接触),若是酸碱盐溶液可观察到电流计指针偏转。
(2)酸碱溶液与指示剂的反应。在滤纸两部位分别滴上1滴氢氧化钠溶液,再在有氢氧化钠溶液的部位分别滴上1滴石蕊试液和酚酞试液,即可观察到滤纸上的颜色变化。
四、结束语
在教学过程中笔者深切地体会到:让学生在有限的时间内完成意见上所要求的标准,按传统的方法是难以实现的。因此,我们有必要改革现有的实验条件,大胆创新,勇于尝试,以课外开放实验室等形式来解燃眉之急。在当前条件下,对中学化学实验教学方法作适当的调整和改进,逐步完善实验教学,可以充分地发挥化学实验的教学功能。实验教学的完善策略是实验教学改革的一个方向,通过优化实验教学环境,不但可以培养学生的观察能力、思维能力、实践能力而且在完善学生创造性思维、创新能力方面,还可以起到积极的促进作用,从而提高化学教学质量。