擇機(jī)改進(jìn)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)案例研究

沈偉云

摘 要為了提高化學(xué)教學(xué)效果，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)已成為一種教學(xué)常態(tài)，為使實(shí)驗(yàn)改進(jìn)效果最大化，提出了實(shí)驗(yàn)有效改進(jìn)的五個(gè)時(shí)機(jī)，即突破教學(xué)難點(diǎn)之時(shí)、現(xiàn)象不明顯之時(shí)、學(xué)生提出質(zhì)疑之時(shí)、學(xué)生萌生興趣之時(shí)、基于問(wèn)題解決之時(shí)。

關(guān)鍵詞改進(jìn)時(shí)機(jī) 選擇 實(shí)驗(yàn)案例

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段，結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)和生情實(shí)際積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，是化學(xué)教學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)。專(zhuān)家在編制教材實(shí)驗(yàn)時(shí)，給教師和學(xué)生留有較大的創(chuàng)造空間，教師可根據(jù)教學(xué)需要，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化或增補(bǔ)，從而達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力等教育目的。

在實(shí)際教學(xué)中，許多教師熱衷于化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，一味追求實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的數(shù)量，卻忽視了實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的有效性原則，即沒(méi)有很好地選擇合適時(shí)機(jī)來(lái)有效改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。教的時(shí)機(jī)，是指在教的過(guò)程中可以獲得最佳效能的一段時(shí)間的契機(jī)和這段時(shí)機(jī)的創(chuàng)設(shè)、捕捉與利用。

一、突破教學(xué)難點(diǎn)之時(shí)，及時(shí)增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)

教學(xué)實(shí)踐表明，教材中的某些教學(xué)難點(diǎn)，僅僅依賴講述很難使學(xué)生理解，如果在此時(shí)增補(bǔ)一些與之相適切的實(shí)驗(yàn)，就能使學(xué)生在感知物質(zhì)及其變化現(xiàn)象的基礎(chǔ)上獲得化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)、形成化學(xué)概念、理解化學(xué)變化規(guī)律，進(jìn)而達(dá)到突破教學(xué)難點(diǎn)的目的。

例如，CO2與NaOH反應(yīng)教材中沒(méi)有專(zhuān)門(mén)闡述，學(xué)生大多通過(guò)CO2與Ca（OH）2等反應(yīng)，歸納得出非金屬氧化物能與堿反應(yīng)，從而演繹得出CO2與NaOH能反應(yīng)，或者從大量的試題練習(xí)中加深印象，卻從未觀察到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，這對(duì)知識(shí)的形成無(wú)疑是不利的。為此，筆者引導(dǎo)學(xué)生圍繞“如何來(lái)收集CO2與NaOH反應(yīng)的證據(jù)”開(kāi)展探究，讓學(xué)生通過(guò)交流討論來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：1.用試管取適量NaOH溶液，通入CO2，然后滴加CaCl2溶液，若有白色沉淀產(chǎn)生，則說(shuō)明了NaOH與CO2反應(yīng)生成Na2CO3，有的學(xué)生用滴加稀鹽酸的方法，若有氣泡產(chǎn)生，則說(shuō)明NaOH與CO2反應(yīng)。2.如圖1所示，在集滿CO2的兩只軟塑料瓶中分別加入20mlNaOH溶液和水，迅速蓋嚴(yán)瓶蓋，振蕩，發(fā)現(xiàn)加入NaOH溶液的軟塑料瓶變癟程度嚴(yán)重，以此分析對(duì)比說(shuō)明NaOH與CO2發(fā)生了反應(yīng)。

在學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作，有利于加深對(duì)知識(shí)的理解，也有助于學(xué)生探究能力的培養(yǎng)。當(dāng)學(xué)生遇到疑難時(shí)，教師可通過(guò)改進(jìn)、增補(bǔ)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生思考、交流，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，捕捉稍縱即逝的現(xiàn)象，對(duì)比分析不同現(xiàn)象的成因，在最近發(fā)展區(qū)基礎(chǔ)上構(gòu)建新的知識(shí)結(jié)構(gòu)。

二、現(xiàn)象不明顯之時(shí)，提高實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度

在化學(xué)教學(xué)中，教師往往通過(guò)實(shí)驗(yàn)的操作，使學(xué)生在感知的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)，形成正確的概念，因此實(shí)驗(yàn)的可見(jiàn)度直接影響到實(shí)驗(yàn)效果。當(dāng)現(xiàn)象不明顯之時(shí)，是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)尤為必要的時(shí)機(jī)。

例如，在氫氧化鋇與氯化銨反應(yīng)時(shí)能量變化的實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)際藥品變質(zhì)或量不夠、外界環(huán)境氣溫過(guò)高、底下的水太多、玻璃棒沒(méi)有迅速攪拌、不能在短時(shí)間里使反應(yīng)物充分接觸、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中燒杯一直在移動(dòng)等原因，造成燒杯下的水不能結(jié)冰。筆者根據(jù)氣體的熱脹冷縮原理對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)（如圖2）。由于Ba（OH）2與NH4Cl反應(yīng)后吸熱，故錐形瓶中氣壓減小，紅墨水液柱向左移動(dòng)，大大提高了實(shí)驗(yàn)的“可見(jiàn)度”。

對(duì)于一些觀察范圍較小的，如鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)可借助投影儀展現(xiàn)，以提高可見(jiàn)度，也可通過(guò)改變?cè)噭┯昧俊舛?、顆粒大小或狀態(tài)使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象清楚明顯?？梢?jiàn)度高的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，吸引全體學(xué)生的眼球，把學(xué)生思維引導(dǎo)到所研究物質(zhì)上來(lái)，促使學(xué)生仔細(xì)觀察、認(rèn)真思考。

三、學(xué)生提出質(zhì)疑之時(shí)，發(fā)展學(xué)生批判性思維

古人云：“學(xué)貴有疑，學(xué)始于思，思源于疑?！敝挥猩伞①|(zhì)疑，才能促進(jìn)學(xué)生積極思維，發(fā)展學(xué)生的思維能力。因此，質(zhì)疑是思維的開(kāi)始，更是創(chuàng)新的動(dòng)力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)不能拘泥于預(yù)設(shè)，更應(yīng)注重于創(chuàng)新和動(dòng)態(tài)生成。當(dāng)學(xué)生發(fā)出質(zhì)疑時(shí)，教師要積極催生、熱情接納，對(duì)其中有價(jià)值的內(nèi)容，應(yīng)作為動(dòng)態(tài)生成資源運(yùn)用于探究教學(xué)。

例如，在組織學(xué)生學(xué)習(xí)鹽酸的性質(zhì)時(shí)，通過(guò)鹽酸能使紫色石蕊試液變紅的實(shí)驗(yàn)，得出H+能使紫色石蕊試液變紅，有學(xué)生提出質(zhì)疑，為什么一定是H+使紫色石蕊試液變紅呢？還可能是水分子、Cl-??？為此，筆者專(zhuān)門(mén)組織學(xué)生開(kāi)展了探究，方案如下：如圖3在白色點(diǎn)滴板上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在第1孔中加蒸餾水，滴加紫色石蕊試液，發(fā)現(xiàn)孔中溶液仍為紫色，則說(shuō)明水分子不能使紫色石蕊試液變紅；在加有氯化鈉溶液的第2孔滴加紫色石蕊試液，仍為紫色，則說(shuō)明Cl-不能使紫色石蕊試液變紅；在裝有稀硫酸的第3孔，裝有稀鹽酸的第4孔，滴加的紫色石蕊試液變紅，則說(shuō)明H+能使紫色石蕊試液變紅。

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生求真務(wù)實(shí)、堅(jiān)持真理，敢于根據(jù)客觀事實(shí)提出和堅(jiān)持自己的見(jiàn)解。在實(shí)驗(yàn)中注重引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑，有助于發(fā)展學(xué)生批判性思維品質(zhì)。教師不應(yīng)告訴學(xué)生現(xiàn)成答案，而應(yīng)使學(xué)習(xí)過(guò)程始終處于質(zhì)疑、釋疑和生疑的動(dòng)態(tài)循環(huán)中，引導(dǎo)他們?cè)谡鎸?shí)問(wèn)題的體驗(yàn)中開(kāi)展探究，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力。

四、學(xué)生萌生興趣之時(shí)，拓展課外探究

科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，學(xué)生探究自然的興趣是學(xué)習(xí)科學(xué)最直接和最持久的內(nèi)在動(dòng)力，科學(xué)探究的教學(xué)僅憑課堂教學(xué)是不夠的，應(yīng)將其延伸到課外綜合實(shí)踐活動(dòng)中去，科學(xué)教材中許多實(shí)驗(yàn)由于受知識(shí)的階段性和實(shí)驗(yàn)?zāi)康南拗?，或者僅僅為了說(shuō)明某一原理、現(xiàn)象或方法，未能進(jìn)一步探討，留有較大的發(fā)揮空間，當(dāng)學(xué)生對(duì)所學(xué)實(shí)驗(yàn)萌生興趣之時(shí)，教師可根據(jù)學(xué)校條件和教學(xué)實(shí)際，進(jìn)行教材實(shí)驗(yàn)的二次開(kāi)發(fā)，適度延伸。

例如，在用H2O2制取O2時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)反應(yīng)開(kāi)始時(shí)速度較快后來(lái)逐漸變慢，于是學(xué)生們饒有興趣地提出了幾個(gè)問(wèn)題：1.為什么開(kāi)始較快后來(lái)會(huì)變慢？2.除了MnO2，還有哪些物質(zhì)可作催化劑？3.用H2O2制取O2反應(yīng)速度能定量表示嗎？于是教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，分別探究了反應(yīng)速度與H2O2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系，探究了新鮮的豬肝、煮熱的馬鈴薯、紅磚粉等都可用作催化劑，并如圖4設(shè)計(jì)了定量表示H2O2制O2快慢的反應(yīng)裝置。

教師要善于創(chuàng)造性地使用教材，挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)的探究點(diǎn)，契合學(xué)生萌發(fā)興趣時(shí)機(jī)，通過(guò)教材實(shí)驗(yàn)的拓展研究，使學(xué)生經(jīng)歷有意義的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生體驗(yàn)拓展探究成功的喜悅，在拓展課外探究中學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)，進(jìn)而培養(yǎng)實(shí)踐能力，優(yōu)化思維品質(zhì)。

五、基于問(wèn)題解決之時(shí)，加強(qiáng)化學(xué)與生活的聯(lián)系

現(xiàn)代教育心理學(xué)研究認(rèn)為，學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程不僅是一個(gè)接受知識(shí)的過(guò)程，還是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、認(rèn)識(shí)問(wèn)題、解決問(wèn)題的內(nèi)化與建構(gòu)的過(guò)程。課程改革的最終目的是讓學(xué)生成為教學(xué)的主體，將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中，當(dāng)學(xué)生需要解決問(wèn)題時(shí)，可聯(lián)系生活積極創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)。

例如，對(duì)某品牌潔廁靈所含成分進(jìn)行探究，首先通過(guò)查閱資料，了解到廁所污垢主要成分包括尿堿（由鈣、鎂離子形成的難溶性碳酸鹽或堿等）、水銹（主要成分為三氧化二鐵）和油污。在此基礎(chǔ)上對(duì)潔廁靈成分建立猜想：1.可能含有H+，2.可能含有Cu2+，3.可能含有CO32-，4.可能含有Cl-。接著開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究，把樣品置于燒杯中，加適量水使其溶解，用4支試管分別取少量樣品溶液，在1號(hào)試管中滴加碳酸鈉溶液，有大量氣泡產(chǎn)生，則猜想1正確；在2號(hào)試管中滴加NaOH溶液，有藍(lán)色絮狀沉淀生成，則猜想2正確；在3號(hào)試管中加入過(guò)量鐵粉，有大量氣泡產(chǎn)生，有紅色固體生成，則說(shuō)明有H+和Cu2+；在4號(hào)試管中滴加過(guò)量硝酸鋇溶液，靜置，有白色沉淀，猜想3正確，取4號(hào)試管中上層清液，滴加AgNO3溶液，有白色沉淀，猜想4正確。在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)各小組討論，得出潔廁靈所含有的成分，并指出其使用時(shí)要避免與堿性物質(zhì)混用。

教師應(yīng)積極引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注日常生活中發(fā)生的與化學(xué)有關(guān)的事件，收集各類(lèi)諸如食品、日常生活用品、環(huán)境保護(hù)、能源與資源利用等熱點(diǎn)知識(shí)。運(yùn)用生活用品開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，既達(dá)到運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的目的，又踐行“生活走進(jìn)化學(xué)，化學(xué)走向社會(huì)”的理念。

教材中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，是編者經(jīng)過(guò)深思熟慮、精心設(shè)計(jì)的，比較經(jīng)典，具有可驗(yàn)證性。為此，作為教師要以慎重態(tài)度對(duì)待改進(jìn)，要把握時(shí)機(jī)予以改進(jìn)，從而達(dá)到事半功倍的效果，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

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【責(zé)任編輯 郭振玲】