化学实验教学的探索与研究

时间:2015-12-11 15:05来源:独醒中学 作者:陈昆山 点击:
  摘要
 
  本文作者提出探究性实验教学的基本方法。在实践中,充分利用教材中的探究性演示实验,启迪学生探究意识;变验证性实验为探索性实验,激发学生学习动力;引导学生探索实验设计,培养学生创造性思维;变单学科的纵向发展为多学科的横向发展等途径培养学生的实验探究的能力,达到培养创新精神和实践能力目的。
 
  关键词:新课程实验探究研究培养创新实践
 
  1.引言
 
  无论是素质教育的目标和内容,还是新课程的理念与要求,其核心都要求教学过程中既要传授知识与技能,也要注重过程与方法,还要培养学生的情感态度与价值观,把人类素质中更多的潜质解放出来,培养全面的、具有丰富创新能力的、可持续发展的高素质人才。化学作为一门研究物质及其变化规律的自然科学,它的产生、形成与发展都是以化学实验为基础的。化学实验在化学教学,特别是在中学化学教学中占头等重要地位,无论如何都是不容动摇的。而传统的照方抓药的实验方式对学生正确的学习方式形成,特别是对化学学科能力和化学知识水平的提高,效果是很不理想的。设置探究性学习的目的在于改变学生以单纯地接受教师传授知识为主的学习方式,为学生构建开放的学习环境,提供多渠道获取知识、并将学到的知识加以综合应用于实践的机会,培养创新精神和实践能力。笔者根据新课程的理念,结合多年来的教学实践,如何在化学实验教学中引导学生开展探究性实验,培养学生创造性思维的课堂教学作尝试性探讨。
 
  2.探究性实验教学的方法与实践
 
  2.1探究性实验教学的基本方法[1]
 
  教师或学生提出问题(创设问题情景)—→学生收集资料、找出研究的方向和实施操作过程(教师引导性作用,学生主体性作用)—→以实验为依据的实验事实—→科学抽象—→发现规律性的知识并得出相关结论—→应用于生产、生活和学习中。
 
  2.2探究性实验教学的实践
 
  2.2.1充分利用教材中的探究性演示实验,启迪学生探究意识
 
  化学教材中有不少富有探究性的演示实验,在实验教学中因材施教、拓宽实验思路,以满足学生动手、求异、求新的心理特点,鼓励学生在实验中萌发的创新意识和探究事物的本质。
 
  例如:现行教材中有关Fe(OH)2的制备装置由于是一个开放的反应体系,故实际上只能观察到瞬间的Fe(OH)2白色沉淀(几乎分辨不出)。要较长时间观察到白色沉淀的生成,关键是怎样降低反应体系中氧气的存在量和操作过程中氧气的引入量。在此将几种典型的改进方法作一介绍。
 
  方法一:装置如图1所示。在试管中加入适量的5%FeSO4溶液,并覆盖一层苯,再用长滴管注入不含O2的1mol/LNaOH溶液。由于苯的液封作用,防止了生成的Fe(OH)2被氧化,因而可较长时间观察到白色的Fe(OH)2沉淀。
 

 

 
 
  图1图2
 
  方法二:装置如图2所示。用两支洁净的注射器分别吸取的1mol/LNaOH溶液和5% FeSO4溶液,用连接管连接两注射器的小孔,将其中一支注射器中的溶液推入另一支注射器中,则可观察到有白色沉淀生成。若拔去连接管,将有白色沉淀的注射器抽入空气,振荡,则可观察到白色沉淀迅速转变为灰绿色,最后变为红褐色。
 
  方法三:装置如图3所示。实验时,先打开活塞K,使产生的H2排出装置中的空气;然后关闭K,使生成的H2将烧瓶中的FeSO4溶液压入NaOH溶液中,则可观察到白色的Fe(OH)2沉淀生成。若拔去广口瓶上的橡皮塞,则白色沉淀迅速变成灰绿色,最后变成红褐色。也可用图4所示装置制备,原理和操作同上。


            

 
 
  图3图4图5
 
  方法四:实验装置如图5所示,在电解除池中加入经过微热除氧的Na2SO4溶液,并在溶液上覆盖一层苯,用铁做阳极、石墨做阴极电解。阳极的电极反应式为Fe—2e-==2Fe2+,阴极的电极反应式为2H++2e-==H2↑,溶液的反应为Fe2++2OH-===Fe(OH)2↓,由于有苯的液封作用,故可观察到白色的Fe(OH)2沉淀生成。若再反接电源继续电解,则阳极的石墨电极反应为4OH-—4e-==2H2O+O2↑,从而导致白色沉淀迅速被氧化为红褐色。这样的实验在中学课本中比比皆是,只要我们站在学生的视角看问题,设计新的实验就能发挥出它培养学生思维能力的功能。同时,学生通过探究这种学习方式,不仅可以学会归纳总结、类比推理、数据搜集与整理、最佳方法或最佳途径的选择等科学研究的基本方法,而且也可以帮助学生认识到科学研究既会成功,也会遭遇失败,必须做到不骄不躁、沉着冷静,以实事求是的科学精神与严谨的科学态度对待科学研究。
 
  2.2.2变验证性实验为探索性实验,激发学生学习动力
 
  验证性实验在化学教学中也有重要作用,特别是在实验验证过程中,学生的逻辑思维能力能得到一定的培养。但如在教学实践中,将一部分验证性实验改为探索性实验,这对激发学生的学习兴趣,促使学生养成通过观察实验现象、探索问题和解决问题的习惯是很有帮助的。
 
  例如。在原电池教学[2]中,为了防止学生单纯用金属活动性强弱来判断原电池正负极,教师自己设计下面一组对比实验:(要求学生写出图6原电池的电极反应式和总反应方程式)



 
 
  图6
 
  通过对实验的探究,让学生理解原电池能形成电流,是由于两极在电解质溶液中放电能力不同而造成的,电极材料在电解质溶液中放电能力与金属的活泼性并不完全一致,还与电解质溶液性质有关(较易与电解质溶液反应的金属材料做原电池的负极)。通过电极反应及总反应方程式的书写,使知识得到深化,这种实验充分体现了学生的主体性,培养学生的创造力。
 
  2.2.3引导学生探索实验设计,培养学生创造性思维
 
  引导学生根据实验目的和原理自行设计实验,独立解决学习化学过程中产生的一些疑难问题,一方面培养了学生的科学精神、科学态度;另一方面也有效地培养了他们的实验能力,使他们创造性思维得以充分的开发和发展。
 
  例如:在探究物质的漂白性质中:学生将新制的饱和氯水慢慢滴入到含酚酞的NaOH稀溶液中,当滴加到最后一滴时,红色突然褪去。然后引导学生积极提出假设,并由学生设计出验证假设的方案[3]。
 
  提出假设:产生上述现象的原因可能是:(简要写出两种)①
 
  ;②。
 
  实验探索:设计一个实验证明上述的设想,探索红色褪去的原因:
 
  。
 
  分析:本实验根据产生上述现象引导学生提出假设,可能的原因是:①新制氯水能与氢氧化钠生成两种盐,导致氢氧化钠被中和,使红色的酚酞突然褪去;②氯水过量后其中生成HClO的漂白性将溶液变成无色。用实验证明可能成立,其方法是:向无色溶液中再滴加氢氧化钠溶液,若不再出现红色,则假设②成立;若再出现红色,则假设①成立。学生通过猜想、分析和实验验证,最后验证假设②成立。学生完成上面的实验探究后,纷纷提出一些与上述实验有类似现象的实验,并进行小组讨论。
 
  如向含有酚酞的氢氧化钠溶液中滴加双氧水,溶液中发生的现象如何?其原因是什么?
 
  将双氧水加入经酸化的高锰酸钾溶液中,溶液紫红色消褪,为什么?
 
  如向酚酞溶液中加入Na2O2固体,溶液中发生的现象如何?其原因是什么?
 
  通过小组讨论、实验设计验证、查找有关的资料,最后得出结论:在(3)中双氧水具有漂白性,酚酞遇氢氧化钠溶液呈红色,滴加双氧水后红色褪去,双氧水表的性质是氧化性;在(4)中酸化的高锰酸钾溶液具有强氧化性,滴加双氧水后,溶液紫红色消褪去,这时双氧水表现的性质是还原性;在(5)中出现的现象是先变红后褪去,因为Na2O2与水反应生成NaOH,所以使酚酞试液变红,又因为Na2O2具有强的氧化性把酚酞氧化而褪色。
 
  通过实验设计探究一些物质的漂白性质后,再引导学生总结下列的问题:
 
  什么叫漂白作用?哪些物质具有漂白作用?其原理如何?
 
  总结:
 
  漂白作用:是指使有机色质褪色,漂白剂不一定使无机色质(如MnO4-、Cu2+、Fe3+等)褪色,即使能使无机色质褪色,也不称为漂白作用(SO2使MnO4-褪色)。
 
  中学阶段中具有漂白作用的物质及原理(表1):
 
  表1具有漂白作用的物质及原理
 
  漂白类型加合型氧化型吸附型
 
  漂白原理与有机色素生成无色的物质利用物质的强氧化性吸附色素
 
  漂白特征不稳定,化学变化稳定,化学变化稳定,物理变化
 
  常见漂白剂SO2HClO、H2O2、O3、Na2O2活性炭、胶体
 
  学生在实验中,独立探索、研究,虽然时间可能长一些,但在操作中提高了学生的实验设计能力和动手能力,解决了实验中出现疑难问题,提高学生创新的能力。通过比较、逐层探究,归纳有关知识的规律性,提高学生的应变能力,做到处变不惊,应付自如。
 
  2.2.4变单学科的纵向发展为多学科的横向发展
 
  教师不仅要把握学科的知识,更应重视学科之间的横向联系。用多学科的知识、多方位的视角去探究化学问题,培养学生综合应用能力。这种融多学科于一体的分层教学,既符合学生个性发展的多样性,也有利于培养学生的综合思维能力。
 
  例如:在探究氨气溶于水的喷泉实验[4](图7)中,


 
 

 
 
  图7 喷泉实验
 
  (1)用图3—2装置进行喷泉实验,上部烧瓶已装满干燥氨气,引发水上喷的操作是:打开止水夹,挤出胶头滴管中的水
 
  (1)其现象为:烧杯里的水由玻璃管进入烧瓶,形成喷泉,烧瓶内液体呈红色
 
  (2)从这一现象可得氨气的性质:氨易溶于水,氨与水反应生成易溶于水,使溶液显碱性的物质。
 
  (3)分析图3—2装置中形成喷泉的原理:
 
     容器内极易溶于水或易溶液中的溶质发生化学反应容器内的气压下降
 
       形成喷泉外部液体进入容器而外界的大气压>内压
 
  (4)总结:能进行喷泉实验的物质(表2)
 
  表2能进行喷泉实验的物质
 
  气体NH3HClCO2、Cl2 、SO2NO2+O2CH2=CH2
 
  吸收剂水或酸水或NaOHNaOH水溴水
 
  (5)如只提供如图8的装置,引导学生分析引发喷泉的操作:
 
  通过分析产生喷泉现象的原理,不难发现。只要打开止水夹,用手(或热毛巾等)将烧瓶捂热,
 
  氨气受热膨胀,赶出玻璃管内的空气,氨气与水接触后迅速溶解,使烧瓶内的压强减少,形成喷泉。


 
    
 
 
  图8喷泉实验图9喷泉实验图10喷泉实验(6)通常的喷泉实验是设法减小烧瓶内压强形成负压,使液体喷入烧瓶。能不能增大外面的压强将液体压入烧瓶呢?
 
  ①如图9装置,在锥形瓶中加入足量的下列物质,能产生喷泉现象的是()
 
  (A)碳酸钠和稀盐酸  (B)氢氧化钠和稀盐酸
 
  (C)铜和稀硫酸      (D)硫酸铜和氢氧化钠溶液
 
  分析:碳酸钠和盐酸反应能产生大量的CO2气体使锥形瓶内的压强增大,从而将反应混合物压入烧瓶。也能形成喷泉。所以答案选(A)
 
  ②如图10装置,在锥形瓶外放一个水槽,瓶中加入酒精,水槽中加入冰水后,再加入足量的
 
  下列物质,产生了喷泉,问水槽中加入的物质可以是(   )
 
  (A)浓硫酸 (B)食盐 (C)硝酸钾 (D)硫酸铜
 
  分析:浓硫酸溶于水放热,可使锥形瓶内的酒精部分气化而使锥形瓶内压强
 
  增大,将酒精压入烧瓶形成喷泉。因此,通过化学反应或某些物理方法使烧瓶外面的压强大于烧瓶里面的压强也能形成喷泉。
 
  (7)总结喷泉的形成原理:容器内外存在较大的压强差,液体流动,通过带有尖嘴的导管喷出来,即形成喷泉。
 
  通过课本上一个简单的演示实验,运用物理、化学知识逐层探究,并归纳总结,就能做到举一反三,融会贯通。
 
  3.实施探究性实验教学的思考
 
  笔者通过多年来对实验教学的不断探索,深刻地认识实验探究是重要的学习内容和学习方式,其创设了学生自主活动和积极探究的情境,激发学生的探究欲,引导学生积极参与和体验探究过程,不仅获取知识、技能和方法,提高探究能力,还能形成良好的情感态度和价值观。笔者在化学教学中,取用了实验探究的方法进行教学,学生对化学学习有深厚的兴趣,解题能力不断增强,在2007、2008年高考取得了良好的成绩。
 
  参考文献:
 
  课程教材研究所。 化学培训资料[M].第一版。 北京:人民教育出版社,2004.67~68
 
  王美文。高中化学课程标准中的活动与探究(上) [M].第一版。 北京:高等教育出版社,2003.69~71
 
  唐立。新课标高考命题趋势与答题要领[M].第一版。 广东:广东教育出版社,2006.27~34
 
  李宗岳。第二课堂。西藏人民出版社[M].第一版。 西藏:,2006.212~213

 
 
  注:此论文发表在《广东教学·教育综合》第1924期第27版,统一刊号:CN44-0702/F

学校地址:广东省恩平市君堂镇沿江路1号 邮编:529454 联系电话:0750-7581505
学校邮箱:duxingzxbgs@126.com 网页设计:万博manbetx官网app 郑雪红 技术支持:恩平市信息中心