化學(xué)教學(xué)中對學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的引導(dǎo)

王冬　李勝永

摘 要：化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)給學(xué)生提供了一個將理論知識應(yīng)用于實(shí)際的平臺，是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)活動，對學(xué)生思維能力的提升起到了很好的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；引導(dǎo)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指根據(jù)問題設(shè)計(jì)解決問題的實(shí)驗(yàn)方案，并通過運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，正確選擇和使用實(shí)驗(yàn)器材，確定實(shí)驗(yàn)步驟，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾獌?nèi)容，同時也是一種高層次的能力，其在教學(xué)中的價值主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生需充分發(fā)揮主體作用，做學(xué)習(xí)的主人，避免被動地接受。

（2）化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，學(xué)生需靈活地、創(chuàng)造性地運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能， 這樣可以幫助他們鞏固化學(xué)基礎(chǔ)知識和基本技能，培養(yǎng)他們分析問題、解決問題的能力。

（3）化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是各種科學(xué)方法（如實(shí)驗(yàn)、測定、條件控制、假設(shè)等）的運(yùn)用過程，有利于學(xué)生科學(xué)方法的訓(xùn)練和培養(yǎng)。

（4）化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中所需的各種創(chuàng)造性思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，有利于學(xué)生創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力和科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。

（5）化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是學(xué)生親自解決問題，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

高中學(xué)生具備了一定的獨(dú)立思維能力，對各種問題有了一定的見解和意見，并且有一

定的廣度和深度，而化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)給他們提供了一個將理論知識應(yīng)用于實(shí)際的平臺，是讓學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性的學(xué)習(xí)活動，對學(xué)生思維能力的提升起到了很好的促進(jìn)作用。本文結(jié)合具體的教學(xué)實(shí)例來談?wù)勅绾卧谡n堂教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

一、 以實(shí)驗(yàn)原理為主線引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

案例1 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)制備氫氧化亞鐵的時候，先從實(shí)驗(yàn)原理方面進(jìn)行分析：氫氧化亞鐵怎么制得？氫氧化亞鐵很容易被氧化，那么我們可以采取哪些措施避免氫氧化亞鐵被氧化呢？學(xué)生都知道氫氧化鈉和硫酸亞鐵反應(yīng)可以制得氫氧化亞鐵，主要的問題是怎樣避免氫氧化亞鐵被氧化？這要從三個角度來考慮：反應(yīng)前氫氧化鈉溶液和硫酸亞鐵溶液的預(yù)處理；反應(yīng)過程盡量縮短時間，以減少被氧化的可能；避免生成物氫氧化亞鐵和空氣接觸。這樣，從反應(yīng)原理入手，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)每一個環(huán)節(jié)的問題，經(jīng)過引導(dǎo)以及同學(xué)們集體討論之后，學(xué)生認(rèn)為氫氧化亞鐵的制備應(yīng)該從下面幾個方面進(jìn)行突破。

1. 對實(shí)驗(yàn)藥品的考慮

常規(guī)：亞鐵鹽和氫氧化鈉反應(yīng)。

改進(jìn)：用硫酸亞鐵銨代替硫酸亞鐵；用鈉代替氫氧化鈉，以形成還原性氛圍；用植物油等形成一層覆蓋層，以阻止氫氧化亞鐵和空氣接觸；用維生素C作為抗氧化劑。

2. 對實(shí)驗(yàn)方法的考慮

用加熱煮沸的方法除去溶解氧；盡量縮短實(shí)驗(yàn)過程；考慮用電解法制備氫氧化亞鐵。

3. 對實(shí)驗(yàn)裝置的考慮

常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置：微型實(shí)驗(yàn)裝置。

上述一系列的改進(jìn)都是圍繞“如何避免氫氧化亞鐵被氧化”這個問題展開的。這是分析問題、解決問題的核心和關(guān)鍵，圍繞這個關(guān)鍵問題，學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到不斷的激活。

二、以理解分歧為主線引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

案例2 學(xué)習(xí)了強(qiáng)電解質(zhì)與弱電解質(zhì)，知道它們的區(qū)別是在水溶液中的電離程度，強(qiáng)電解質(zhì)完全電離而弱電解質(zhì)“部分”電離，對于弱電解質(zhì)的“部分”電離，學(xué)生存在以下兩種理解。

理解一：只有一部分弱電解質(zhì)發(fā)生了電離。

理解二：弱電解質(zhì)電離成離子后又有一部分離子重新結(jié)合成分子。

利用學(xué)生對弱電解質(zhì)“部分”電離的理解分歧，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明上述哪種理解是正確的。

通過對上述兩種理解的分析，認(rèn)識到兩種理解的本質(zhì)區(qū)別在于：是否存在電離平衡？根據(jù)兩者的區(qū)別，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：往醋酸溶液中加入少量醋酸鈉固體，測定溶液pH的變化，若pH不變，理解一正確；若pH變大，則理解二正確。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，得出正確的結(jié)論，解決了理解上的分歧。

三、以實(shí)驗(yàn)條件控制為主線引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

案例3 通過金屬鈉分別與乙醇和水的反應(yīng)現(xiàn)象比較，得出了醇羥基比水羥基活潑性弱，那么酚羥基與醇羥基相比哪個更活潑呢？請學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較。

學(xué)生模仿金屬鈉與乙醇、水的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案有以下幾種。

方案一：將金屬鈉分別投入到苯酚和無水乙醇中，比較反應(yīng)的劇烈程度。

方案二：將苯酚和無水乙醇都加熱到45℃，投入相同大小的金屬鈉，比較反應(yīng)的劇烈程度。

方案三：配制相同濃度的苯酚和乙醇的水溶液，取相同體積的兩種溶液于兩支試管中，分別投入相同大小的金屬鈉，比較反應(yīng)的劇烈程度。

方案四：配制相同濃度的苯酚和乙醇的乙醚溶液，取相同體積的兩種溶液于兩支試管中，分別投入相同大小的金屬鈉，比較反應(yīng)的劇烈程度。

通過對實(shí)驗(yàn)方案的比較和評價，學(xué)生認(rèn)識到苯酚在常溫下是固態(tài)，無法與金屬鈉直接反應(yīng)，因此方案一不可行；方案三中水的存在會帶來干擾，也不可行；方案二和方案四應(yīng)該可行。

接下來，當(dāng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)方案二中液態(tài)苯酚黏稠度很大，金屬鈉被液態(tài)苯酚包裹，反應(yīng)很緩慢；方案四可順利完成。通過實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)條件的控制對化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性。

四、以深化理解為主線引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

案例4 濃硝酸在常溫下能使鋁表面發(fā)生“鈍化”，現(xiàn)將一片去除氧化膜的鋁片浸入濃硝酸中，請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明鋁表面已經(jīng)“鈍化”了。

學(xué)生知道“鈍化”概念，但對“鈍化”的內(nèi)涵并不非常清楚，不清楚“鈍化”后金屬表面發(fā)生了怎樣的變化。因此，可以引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)鋁片表面的變化去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

實(shí)驗(yàn)方案：將去除氧化膜的鋁片浸入濃硝酸中，一段時間后取出、洗凈，插入到硫酸銅溶液中，若鋁片表面沒有析出紅色固體，說明鋁片表面已經(jīng)被氧化，形成了一層致密的氧化膜，即鋁片表面發(fā)生了“鈍化”。

通過實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)的操作，學(xué)生直觀地認(rèn)識了 “鈍化”的現(xiàn)象，進(jìn)一步加深了對 “鈍化”的理解。

五、化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)中的一些思考

1. 實(shí)驗(yàn)難度的確定

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)具有一定的難度，是需要學(xué)生綜合運(yùn)用學(xué)過的化學(xué)基本知識、基本技能、實(shí)驗(yàn)方法，通過一定的努力才能設(shè)計(jì)出來的。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過于簡單，學(xué)生沒遇到任何困難就順利解決了，這樣的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)沒有任何實(shí)質(zhì)性的幫助。如果實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)難度過大，學(xué)生思考了半天也理不出頭緒，也是不利于學(xué)生思維能力提升的。

2. 教師的指導(dǎo)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)充分發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用。為了保證實(shí)驗(yàn)正常有序進(jìn)行，教師必須事先對學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、步驟和使用的儀器藥品等做到心中有數(shù)，最好課前親自做一遍。同時在實(shí)驗(yàn)過程中要掌握學(xué)生的心理，進(jìn)行適時的必要的指導(dǎo)，以保證實(shí)驗(yàn)的順利完成。

3. 存在的問題

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，解決問題，因此，在教學(xué)過程中應(yīng)給予學(xué)生足夠的時間去思考、去探索、去實(shí)驗(yàn)。但在實(shí)際教學(xué)中，由于課時有限，學(xué)生往往無法探討最佳方案或充分反思實(shí)驗(yàn)結(jié)果。