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關(guān)鍵詞:初中,化學(xué),實(shí)驗(yàn),設(shè)計(jì)
前言
化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的化學(xué)學(xué)科特征決定了化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中發(fā)揮著不可替代的教育功能。教育部頒布的《初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》指出:“以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著極為重要的作用?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的教學(xué)情景,幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)和技能,啟迪學(xué)生的科學(xué)思維,訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀”。[1]實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中占有舉足輕重的地位,是實(shí)施素質(zhì)教育的有效途徑。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象是物質(zhì),這里的物質(zhì)既可以是天然存在的,未經(jīng)人工改造過(guò)的物質(zhì),如自然界中的空氣、石油、煤等;也可以是天然存在的,但經(jīng)過(guò)一定的物理或化學(xué)方法提取、制備才能得到的物質(zhì),如氧氣、鋁、尿素等;還可以是人們用化學(xué)方法創(chuàng)造的,在自然界中原本并不存在的新物質(zhì),如合成橡膠、塑料等。初中化學(xué)作為啟蒙性、基礎(chǔ)性的課程,其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容從化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象和研究?jī)?nèi)容的角度分析,大致也包括上述幾個(gè)方面。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),即是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。即由原題給出一定的物質(zhì)材料,由學(xué)生自行設(shè)計(jì)可實(shí)行的操作方案,通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出正確結(jié)論,來(lái)驗(yàn)證物質(zhì)的存在與否或辨別物質(zhì)。
一、初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
1、以課程標(biāo)準(zhǔn)的基本要求為根本,合理選擇實(shí)驗(yàn)素材
課程標(biāo)準(zhǔn)從“知識(shí)與技能”、“過(guò)程和方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”等目標(biāo)上,對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有明確的要求,體現(xiàn)了化學(xué)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的思想。新教科書(shū)中實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),以達(dá)到課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和內(nèi)容要求。
2、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容貼近學(xué)生的實(shí)際生活
從日常生活中選取學(xué)生熟悉的素材,引導(dǎo)學(xué)生從觀察與探究身邊的一些常見(jiàn)事物入手,了解化學(xué)對(duì)人類(lèi)生活的影響,體會(huì)化學(xué)發(fā)展對(duì)改善和提高人類(lèi)生活質(zhì)量的關(guān)系。通過(guò)五彩繽紛的化學(xué)物質(zhì)和豐富多彩的化學(xué)變化,是學(xué)生切身感到化學(xué)就在身邊,進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)的好奇心和探究欲望。
例:“常見(jiàn)的酸和堿”實(shí)驗(yàn)的探究,將班級(jí)種植的花卉的花瓣如月季花、蘿卜蓮和生活中的蔬菜如卷心菜、胡蘿卜等在研缽中搗爛并加酒精浸泡成為指示劑,分別加到食醋、石灰水、鹽酸和氫氧化鈉溶液中的現(xiàn)象進(jìn)行記錄。比較所制得的指示劑中,那些在酸或堿溶液中的遠(yuǎn)射變化效果較好。該案例中的實(shí)驗(yàn)探究就是利用學(xué)生身邊長(zhǎng)江的各種花朵、食醋等進(jìn)行探究活動(dòng)的例子。
化學(xué)科學(xué)的發(fā)展增進(jìn)了人類(lèi)對(duì)自然的認(rèn)識(shí),促進(jìn)了社會(huì)的進(jìn)步。但是化學(xué)在給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)巨大福利的同時(shí),也出現(xiàn)了一些與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題,如環(huán)境、能源、健康等,甚至有些化學(xué)現(xiàn)象可能影響到了人類(lèi)的生活和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,在新教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇注意用具體的真實(shí)的事件引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)是化學(xué)與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系,“使學(xué)生知道自然資源并不是取之不盡、用之不竭的,人類(lèi)要合理地開(kāi)發(fā)和利用資源,樹(shù)立保護(hù)環(huán)境,與自然和諧相處的意識(shí)”[2]。讓學(xué)生學(xué)會(huì)從化學(xué)的角度來(lái)解釋和解決現(xiàn)實(shí)中與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題。
例:在“鐵的性質(zhì)”的教學(xué)中,需要用到鐵釘生銹的演示實(shí)驗(yàn),可先讓學(xué)會(huì)自己找材料,每人在實(shí)驗(yàn)前10天準(zhǔn)備三只干凈的醫(yī)用針劑小藥瓶。按裝滿水、少量水、干燥三個(gè)不同條件各放入一枚鐵釘。讓學(xué)生每天觀察一次并做好記錄。最后讓學(xué)生展示成果。教師講解與學(xué)生討論結(jié)合,直到得出正確結(jié)論,效果較好。
3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更加注重實(shí)驗(yàn)的趣味性
以生動(dòng)、形象、鮮明、新奇的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象激發(fā)學(xué)生興趣的化學(xué)實(shí)驗(yàn),稱(chēng)之為興趣實(shí)驗(yàn)[3]。針對(duì)初中具有強(qiáng)烈的好奇心,對(duì)新奇的事物具有強(qiáng)烈的探究和求知欲望的特點(diǎn),增加了趣味性實(shí)驗(yàn)。一方面,可以增加學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣;另一方面,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)趣味實(shí)驗(yàn)的新奇現(xiàn)象,進(jìn)一步分析產(chǎn)生現(xiàn)象的原因,從而將學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表面興趣轉(zhuǎn)化為對(duì)學(xué)習(xí)、探究化學(xué)知識(shí)本身的興趣。
例:“燒不壞的手帕”
在課前事先用一塊棉手帕,在盛有乙醇的體積分?jǐn)?shù)為70%酒精的燒杯中浸泡,待均勻濕透后取出,在課上將浸透的手帕舒展開(kāi),用鑷子夾住兩角,請(qǐng)學(xué)生幫忙點(diǎn)燃手帕,讓它燃燒。當(dāng)火焰熄滅后,手帕完好無(wú)損。追問(wèn)這是為什么?點(diǎn)出原理以增加學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
4、科學(xué)合理減少污染,使實(shí)驗(yàn)綠色化
綠色化學(xué)就是環(huán)境友好化學(xué),它的核心內(nèi)涵式在反應(yīng)過(guò)程和化工生產(chǎn)中,盡量減少或徹底消除使用和產(chǎn)生有害物質(zhì)。綠色化學(xué)的著眼點(diǎn)是使污染消滅在生產(chǎn)的源頭,使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)工藝對(duì)環(huán)境友好,這是從根本上消除污染的對(duì)策。新教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的綠色化非常重視,主要體現(xiàn)在:①盡量做到選擇的實(shí)驗(yàn)其反應(yīng)物和生成物無(wú)污染或污染小。②如果是污染性較強(qiáng)的反應(yīng)物,則在密閉的裝置內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn);如無(wú)法進(jìn)行密閉實(shí)驗(yàn)時(shí),在通風(fēng)櫥進(jìn)行或采取其他防護(hù)措施。③對(duì)產(chǎn)生的污染物做到有效地回收和處理。④為了防止學(xué)生操作不熟練而造成污染,對(duì)一些有污染性而有需要制備的物質(zhì),由教師在實(shí)驗(yàn)前制備好分給學(xué)生。[4]
二、如何培養(yǎng)初中生化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力
1、化學(xué)實(shí)驗(yàn)以探究為主,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)實(shí)踐
要培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力,在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,教師必須引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,使學(xué)生從中體會(huì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想,掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法,從而達(dá)到培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的目的。
例:“二氧化碳?xì)怏w制取”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,如果按照過(guò)往的課本要求,就是提供了特定的裝置給學(xué)生選用,另外,藥品也是一般指定選用大理石與稀鹽酸的反應(yīng),這樣做限制了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的發(fā)揮,不利于對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的完全掌握。在二氧化碳實(shí)驗(yàn)室制法的教學(xué)中,事先準(zhǔn)備了如下幾組實(shí)驗(yàn):(一)碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng);(二)純碳酸鈣粉末與稀鹽酸反應(yīng);(三)石灰石與稀鹽酸反應(yīng);(四)石灰石與濃鹽酸反應(yīng);(五)石灰石與稀硫酸反應(yīng)。讓學(xué)生依次分別做這五個(gè)實(shí)驗(yàn),然后共同討論:在實(shí)驗(yàn)室條件下制取二氧化碳選用哪組實(shí)驗(yàn)最合適?為什么?在經(jīng)過(guò)討論得出共同的結(jié)論:實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用石灰石(或大理石)跟稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳最適合。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于學(xué)生能熟練掌握基本的實(shí)驗(yàn)操作,熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的現(xiàn)象,從而確定出所需的步驟方案,推導(dǎo)出正確的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。5覆蓋面廣,組織性強(qiáng),側(cè)重于考察學(xué)生對(duì)于知識(shí)的綜合應(yīng)用,而開(kāi)放式的答題形式,又大大拓寬了學(xué)生的思維層面,調(diào)動(dòng)了學(xué)生興趣,對(duì)提高學(xué)生綜合組織能力起到很大作用.
2、創(chuàng)設(shè)興趣小實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生主動(dòng)參與
興趣是最好的老師,是主動(dòng)學(xué)習(xí)的最初動(dòng)因,它能推動(dòng)學(xué)生去探索真理,并帶有情緒體驗(yàn)色彩的意向,會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的參與意識(shí),進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。因此,在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生把枯燥呆板易懂的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成生動(dòng)活潑的興趣小實(shí)驗(yàn),也不失為激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的好途徑。
例如:在學(xué)習(xí)了可燃物燃燒的條件后,我給學(xué)生巧妙的提出了這樣一個(gè)問(wèn)題,水中的白磷能燃燒嗎?問(wèn)題剛提出,學(xué)生迷惑,甚至回答“否”,但一經(jīng)點(diǎn)撥,許多同學(xué)馬上恍然大悟,于是我要求他們先討論怎樣設(shè)計(jì)操作步驟?還需用到哪些儀器和藥品?還要講出創(chuàng)作設(shè)計(jì)的理由。最后,人人舉手,欲上臺(tái)表演。
創(chuàng)設(shè)新穎有力的實(shí)驗(yàn)問(wèn)題情境,激勵(lì)學(xué)生分析問(wèn)題、積極思維、主動(dòng)思考。實(shí)際上,書(shū)上的有些實(shí)驗(yàn)存在著不合理性或難以操作性等不妥之處,引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考對(duì)某些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)疑,讓學(xué)生籌劃,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新情感。
結(jié)論
經(jīng)過(guò)一年來(lái)對(duì)初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的探討研究和對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰υO(shè)計(jì)的培養(yǎng),在各方面都取得了一定的成績(jī),但不足之處還是存在的,例如,課堂的時(shí)間控制問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方向問(wèn)題還是不夠完善,希望在不久的將來(lái),可以做得更好。而我們教師更要及時(shí)分析和總結(jié)并拿出相應(yīng)的計(jì)劃和措施給學(xué)生輔導(dǎo),使學(xué)生的化學(xué)素質(zhì)得到根本的提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 中華人民共和國(guó)教育部.2001.全日制義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn).北京: 北京師范大學(xué)出版社
[2] 劉克文.初中化學(xué)新課程教學(xué)法.2002.南京:南京師范大學(xué)出版社
[3] 胡滿成.2001.化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).北京:科學(xué)出版社
【關(guān)鍵詞】化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 培養(yǎng)學(xué)生的能力
【中圖分類(lèi)號(hào)】G632 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674—4810(2012)18—0133—01
化學(xué)作為自然學(xué)科,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)能力的主要平臺(tái)。如何在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生探究學(xué)習(xí)所需的各項(xiàng)基本技能,對(duì)新課程目標(biāo)的達(dá)成起著決定性的作用。化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)探索、創(chuàng)造的過(guò)程,不能固守常規(guī),要不斷更新、不斷完善。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生從已有的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā),親自經(jīng)歷實(shí)際問(wèn)題的操作、解釋與應(yīng)用過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題的能力,并在此基礎(chǔ)上主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)、獲得學(xué)習(xí)方法。這對(duì)轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式,激發(fā)學(xué)生的興趣有一定的積極作用。
一 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可讓學(xué)生掌握中學(xué)化學(xué)常規(guī)實(shí)驗(yàn)技能
常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ),綜合實(shí)驗(yàn)是常規(guī)實(shí)驗(yàn)的綜合運(yùn)用,即使那些高、精、尖的實(shí)驗(yàn)也離不開(kāi)常規(guī)實(shí)驗(yàn),因而教材中所有實(shí)驗(yàn)(包括教師的演示實(shí)驗(yàn))都要盡可能地讓學(xué)生在課內(nèi)或課外分組設(shè)計(jì),同時(shí)一絲不茍地完成。通過(guò)動(dòng)手,一方面達(dá)到對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)操作(加熱、蒸發(fā)、過(guò)濾、分液、稱(chēng)量、滴定、儀器組裝等)的熟練掌握,同時(shí)熟悉常見(jiàn)儀器的應(yīng)用范圍和使用注意事項(xiàng)。
二 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可提高學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)六要素的全面理解
一個(gè)完整的化學(xué)實(shí)驗(yàn)包含六個(gè)要素:實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,?shí)驗(yàn)原理,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)藥品、儀器、裝置,實(shí)驗(yàn)操作及操作規(guī)程,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理。通過(guò)自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),學(xué)生體會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案的步驟,實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的藥品、目的、原理、方法、過(guò)程、意義、優(yōu)缺點(diǎn)的全面理解。
例如,在學(xué)習(xí)鐵與鐵的化合物時(shí),F(xiàn)e2+鹽溶液與強(qiáng)堿溶液反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中,先讓學(xué)生寫(xiě)出硫酸亞鐵溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式:
FeSO4+NaOH=Fe(OH)2+Na2SO4
而后,學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象興奮起來(lái)。他們描述所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是:裝有NaOH溶液的試管中靠近滴管口有灰色沉淀生成,且很快變?yōu)榛揖G色沉淀,最后變?yōu)榧t褐色沉淀。這與他們了解的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有所不同,這激發(fā)了學(xué)生的好奇心。通過(guò)討論,基本統(tǒng)一為以下意見(jiàn):紅褐色沉淀是Fe(OH)3,而且Fe2+轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3的過(guò)程中發(fā)生了氧化還原反應(yīng)。這時(shí),可以先引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本后再講解相關(guān)知識(shí)。
接著設(shè)疑:“如何制備一定量的Fe(OH)2并保持一段時(shí)間呢?”
此時(shí),學(xué)生的積極性被徹底調(diào)動(dòng)出來(lái),筆者將學(xué)生分組,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,各組提出設(shè)想方案:用新制的FeSO4溶液;用煮沸并冷卻后的蒸餾水配置的NaOH溶液;用長(zhǎng)滴管吸取NaOH溶液插入FeSO4溶液液面下,再擠出NaOH溶液;在反應(yīng)液面上滴加植物油或苯進(jìn)行液封等方法。最后選一組代表展示一套優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案。
三 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠提高學(xué)生的思維能力
學(xué)生的一切學(xué)習(xí)活動(dòng)都離不開(kāi)思維?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)探索、創(chuàng)造的過(guò)程,對(duì)學(xué)生思維能力的要求較高,而中學(xué)生的思維活動(dòng)還處于從經(jīng)驗(yàn)型向抽象型過(guò)渡的階段。通過(guò)讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),可使學(xué)生的思維活動(dòng)盡快趨于成熟,盡早地具備辯證思維的能力,同時(shí)培養(yǎng)出較好的思維品質(zhì)。例如,怎樣用三種最好的方法制取CaCl2溶液?筆者提出這個(gè)問(wèn)題后,把全班學(xué)生分成四人一組,先讓學(xué)生小組討論提出制取CaCl2溶液的可能方法,然后學(xué)生四人一組分頭進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)每種實(shí)驗(yàn)方案都要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探索中最后找出最好的三種方法:CaO、CaCO3、Ca(OH)2分別與稀鹽酸反應(yīng)制取CaCl2溶液,這三種方法實(shí)驗(yàn)步驟最少,原料成本最低,產(chǎn)率最大。學(xué)生通過(guò)設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn),做探索性實(shí)驗(yàn),學(xué)會(huì)了用實(shí)驗(yàn)研究化學(xué)問(wèn)題的方法,掌握了實(shí)驗(yàn)基本操作和技能,激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,并培養(yǎng)了學(xué)生分析問(wèn)題、獨(dú)立操作、解決問(wèn)題的能力,提高了學(xué)生的思維能力,為學(xué)生在高中的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
四 化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠啟迪學(xué)生的創(chuàng)造性思維
創(chuàng)造性是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的靈魂,學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),首先是通過(guò)模仿、遷移現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案,然后通過(guò)獨(dú)立思考、逐漸探索在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)自己的個(gè)性,具有一定的創(chuàng)造性。學(xué)生為了設(shè)計(jì)成功的實(shí)驗(yàn),通過(guò)閱讀、查找資料,找到一些實(shí)驗(yàn)小竅門(mén)、實(shí)驗(yàn)藥品及儀器的代用品以及實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)等有關(guān)資料,這樣可以開(kāi)闊學(xué)生的視野,啟迪學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維。同時(shí),學(xué)生也會(huì)提出一些能激發(fā)創(chuàng)造欲望和創(chuàng)造興趣的問(wèn)題,只要給學(xué)生動(dòng)手的機(jī)會(huì),就會(huì)讓學(xué)生在手腦并用的活動(dòng)中迸發(fā)出創(chuàng)造的火花。
例如,在濃硝酸的特性教學(xué)中涉及“銅與濃硝酸、稀硝酸的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)”,教材中的方法是在盛有銅片的試管中直接加入濃硝酸和稀硝酸,產(chǎn)生的氣體用NaOH溶液吸收。這種實(shí)驗(yàn)方法不便控制,且Cu與稀HNO3反應(yīng)后得到的氣體仍為紅棕色(2NO+O2=2NO2)。在教學(xué)中筆者引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合學(xué)過(guò)的制取H2、CO2等氣體的改進(jìn)裝置,對(duì)本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行重新設(shè)計(jì),既能控制反應(yīng)的進(jìn)行,又可以清楚地觀察到NO氣體轉(zhuǎn)化為NO2時(shí)的顏色變化。通過(guò)對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)的適當(dāng)改進(jìn)、設(shè)計(jì),讓學(xué)生參與化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),可以提高學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)知識(shí)解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的能力,深刻理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,達(dá)到提高教學(xué)效果的目的,又增強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí),提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。
總之,化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)知識(shí)升華,只有在掌握好基礎(chǔ)知識(shí)等各方面能力后才會(huì)有所提高進(jìn)步,學(xué)生必須從日常的課本知識(shí)上下工夫,才會(huì)將化學(xué)各方面知識(shí)駕馭于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中。
參考文獻(xiàn)
幫助學(xué)生構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科教育的源泉,是訓(xùn)練科學(xué)方法的有效途徑,是形成化學(xué)知識(shí)體系的必由之路。通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn),能夠幫助學(xué)生加深對(duì)客觀知識(shí)的認(rèn)識(shí),有效構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)體系。
創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),直觀展示,提高學(xué)生的認(rèn)知效率 人的認(rèn)知過(guò)程是從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí),是一個(gè)從感知上升到抽象的過(guò)程?;瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直觀性,起著其他教學(xué)方法不可替代的作用。比如,死灰復(fù)燃實(shí)驗(yàn)可以直觀地展現(xiàn)氧氣的助燃性。這樣的例子還有很多,如學(xué)生在剛學(xué)化學(xué)時(shí)對(duì)溶解屬于物理變化不理解,教師如何講解、強(qiáng)調(diào)都沒(méi)用,但在做了硫酸銅晶體溶于水呈藍(lán)色溶液的實(shí)驗(yàn)后立即理解原物質(zhì)仍然存在。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué),能將此類(lèi)現(xiàn)象直觀地展現(xiàn)給學(xué)生看,達(dá)到事半功倍的效果――改變枯燥的學(xué)習(xí)過(guò)程,可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。
創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)比分析,使學(xué)生理解知識(shí)的本質(zhì) 化學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)是一種感性的活動(dòng)過(guò)程,也是一種理性的思維活動(dòng)過(guò)程。一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以讓知識(shí)清晰呈現(xiàn),讓學(xué)生正確認(rèn)識(shí)知識(shí),抓住本質(zhì)。案例一:實(shí)驗(yàn)探究二氧化碳通入紫色石蕊試液,石蕊變紅。第一步,提出問(wèn)題:“是什么物質(zhì)使石蕊變紅?”第二步,實(shí)驗(yàn)、觀察(設(shè)計(jì)探索性實(shí)驗(yàn))。第三步,實(shí)驗(yàn)事實(shí)及其處理。第四步,結(jié)論:通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn),二氧化碳能與水發(fā)生反應(yīng)生成碳酸,碳酸使石蕊試液變紅。學(xué)生通過(guò)觀察和實(shí)驗(yàn)操作,收集并處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),讓學(xué)生從現(xiàn)象描述觸及本質(zhì),幫助學(xué)生由表及里地理解知識(shí),得出正確結(jié)論,從而理解知識(shí)的實(shí)質(zhì),最終構(gòu)建新知。
培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新精神
初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)類(lèi)型可以分為“探究型(啟發(fā)型)”“驗(yàn)證型”和“應(yīng)用型”三類(lèi)。這三類(lèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)均有助于學(xué)生解決各種化學(xué)問(wèn)題。根據(jù)不同的情況,我們可以因材施教,設(shè)計(jì)不同方法以獲取實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性。
探究型化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的提出及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 提出這類(lèi)問(wèn)題的目的是通過(guò)模擬來(lái)體驗(yàn)科學(xué)家探索的過(guò)程,培養(yǎng)科學(xué)探究的能力和方法,直接或間接地為化學(xué)科學(xué)概念、理論或假說(shuō)的建立、形成和發(fā)展提供重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)。案例二:實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)。提出問(wèn)題:如何證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)?結(jié)論:如能發(fā)生反應(yīng),瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)會(huì)隨氣體的減少而減小,使小橡皮泡變大。學(xué)生在老師的啟發(fā)下,根據(jù)“產(chǎn)生壓強(qiáng)差原理”設(shè)計(jì)出幾種實(shí)驗(yàn)裝置。若發(fā)生反應(yīng)就會(huì)看到,氣球膨脹、水倒流、水位變化、瓶子變扁等現(xiàn)象。在探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),學(xué)生首先要學(xué)會(huì)觀察模仿,再學(xué)習(xí)移植現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)方案,然后再通過(guò)理性思維對(duì)它們進(jìn)行周密思考和精心設(shè)計(jì),聯(lián)想遷移,刻苦探索,逐漸在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中體現(xiàn)自己的個(gè)性。探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維方面有其得天獨(dú)厚的條件。
驗(yàn)證型化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的提出及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 提出這類(lèi)問(wèn)題的目的是驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)者的理論推斷或假設(shè),側(cè)重于從已有知識(shí)或生活積累出發(fā)。案例三:實(shí)驗(yàn)探究二氧化碳的性質(zhì)。提出問(wèn)題:如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二氧化碳的性質(zhì)?二氧化碳是一種生活中常見(jiàn)的物質(zhì),雪碧中就會(huì)逸出二氧化碳?xì)怏w。學(xué)生紛紛提出自己的想法,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)。由于是用雪碧瓶中搖出的氣體來(lái)做實(shí)驗(yàn),學(xué)生覺(jué)得特別新鮮,學(xué)起來(lái)也興趣盎然。由此可見(jiàn):驗(yàn)證型化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題往往是重新認(rèn)識(shí)已有知識(shí),若僅僅紙上談兵,學(xué)生會(huì)感覺(jué)枯燥乏味。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的理解從而形成新知,通過(guò)活動(dòng)幫助學(xué)生養(yǎng)成尊重事實(shí)的科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的思維方法和創(chuàng)新能力,養(yǎng)成良好的科學(xué)素養(yǎng)。
用型化學(xué)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題的提出及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) “化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)理論賴以產(chǎn)生的基礎(chǔ),是化學(xué)理論運(yùn)用于生產(chǎn)實(shí)踐的橋梁和中介?!碧岢鲞@類(lèi)問(wèn)題的目的是,通過(guò)理論運(yùn)用于實(shí)踐,尋找解決問(wèn)題的有效途徑,側(cè)重于從聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際出發(fā)。案例四:①金屬為什么生銹如何防護(hù)?②什么物質(zhì)可降低土壤酸性,什么物質(zhì)可治療胃酸過(guò)多?③滅火的方法有哪些?為什么?
事實(shí)表明:如果學(xué)生的思維缺少了應(yīng)有的碰撞,就難以激起他們真正的探究熱情,不利于學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)與發(fā)展;如果我們可以讓學(xué)生利用生活中的材料來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),證實(shí)自己的想法,就會(huì)使學(xué)生的思維得到發(fā)展與提高。
提高學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)踐能力
化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容一般可分為實(shí)驗(yàn)原理(反應(yīng)條件)、實(shí)驗(yàn)裝置(實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn))、實(shí)驗(yàn)步驟和操作方法等。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)細(xì)化設(shè)計(jì)內(nèi)容,尋找相關(guān)信息,確立探究方案,使學(xué)生思維清晰,提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效性。
實(shí)驗(yàn)原理的探究 案例五:實(shí)驗(yàn)二氧化碳制取的研究。提出問(wèn)題:實(shí)驗(yàn)室用什么方法制備CO2最適宜,為什么?學(xué)生想法:①木炭燃燒;②高溫煅燒石灰石;③大理石與稀鹽酸反應(yīng)……交流反思:制得氣體可能不純,條件較難滿足。提供藥品:塊狀大理石、碳酸鈣粉末、稀鹽酸、稀硫酸、濃鹽酸。學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn):①稀鹽酸和大理石;②稀鹽酸和碳酸鈣粉末;③稀硫酸和大理石;④稀鹽酸和石灰石。學(xué)生的結(jié)論:塊狀的大理石或石灰石反應(yīng)持續(xù)速度適中。筆者認(rèn)為:本課的選材源于學(xué)生的生活實(shí)際,從提出課題、提出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、反思、實(shí)現(xiàn)知識(shí)的形成,整個(gè)過(guò)程一氣呵成。學(xué)生們?cè)谔骄繉W(xué)習(xí)中深切地體會(huì)到化學(xué)探究的樂(lè)趣,學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒被激發(fā),提高了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,掌握了科學(xué)方法,成功完成了預(yù)定的教學(xué)目標(biāo),提高了學(xué)生的實(shí)踐能力。
實(shí)驗(yàn)裝置的探究 案例四:探究二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法的裝置。首先,提出問(wèn)題:“能不能用制氧裝置來(lái)制二氧化碳呢?”讓學(xué)生從反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件入手選擇所需裝置;教師接著展示先輩發(fā)明的啟普發(fā)生器,激起學(xué)生的探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的興趣;然后,師生一起討論如何分離二氧化碳的兩種反應(yīng)物,要求在前面幾套裝置中進(jìn)行改進(jìn),以達(dá)到相同效果。此處問(wèn)題的難度較大,需要遞進(jìn)式思考。最后形成結(jié)論:①將固體擱置在液體中間,加一個(gè)隔板,使之不能參與反應(yīng);②利用變大的氣壓將液體壓回到一個(gè)容器中,使固液分離(加一個(gè)長(zhǎng)頸漏斗,伸入液體中);③控制氣壓變化使固液接觸或分離(加一個(gè)彈簧夾)……實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,教師可引導(dǎo)學(xué)生以一個(gè)目標(biāo)作為思維起點(diǎn),沿著不同方向,提出各種設(shè)想,尋找各種途徑,設(shè)計(jì)解決具體問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)方法,通過(guò)發(fā)散思維和集中思考來(lái)歸納出一個(gè)最優(yōu)化的答案。要讓學(xué)生將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到在實(shí)際應(yīng)用中去,使學(xué)生能夠更好地做到學(xué)以致用,增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐能力。
結(jié)束語(yǔ)
本文僅以“鹽酸和氫氧化鈉溶液能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”為例,來(lái)說(shuō)明在教學(xué)中如何有效指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。
一、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,確立研究?jī)?nèi)容
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的題材新穎,更容易引起學(xué)生探索的興趣和愿望,激發(fā)求知欲。所以,在教學(xué)中教師要善于為學(xué)生創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景,引導(dǎo)學(xué)生提問(wèn)。提問(wèn)是學(xué)生進(jìn)行探究的動(dòng)力,鼓勵(lì)學(xué)生多提問(wèn),改變“教師問(wèn),學(xué)生答”的呆板模式,變“學(xué)生答”為“學(xué)生問(wèn)”,活躍思維。要借助依據(jù),鼓勵(lì)學(xué)生猜想,培養(yǎng)學(xué)生形成假設(shè)的能力,從而確立研究?jī)?nèi)容。
例如,在學(xué)習(xí)“中和反應(yīng)”內(nèi)容時(shí),可先演示趣味小實(shí)驗(yàn)“變色的小花”,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和欲望,再創(chuàng)設(shè)真實(shí)生動(dòng)的問(wèn)題情景:教師向一支試管中加入少量氫氧化鈉溶液,再逐漸滴加稀鹽酸,振蕩,使其充分混合。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,教師再提出問(wèn)題:氫氧化鈉溶液和鹽酸混合在一起后,我們并沒(méi)有觀察到明顯變化,它們之間是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)?同學(xué)們就會(huì)七嘴八舌,各抒己見(jiàn):①兩者沒(méi)有發(fā)生反應(yīng);②兩者發(fā)生反應(yīng)了。同時(shí)也就確定了研究?jī)?nèi)容,即鹽酸與氫氧化鈉能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
二、根據(jù)研究?jī)?nèi)容,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
在確定了研究?jī)?nèi)容的基礎(chǔ)上,教師要引導(dǎo)學(xué)生分析所研究的內(nèi)容。首先,對(duì)研究的課題所涉及的化學(xué)原理,對(duì)參加化學(xué)反應(yīng)的各種物質(zhì)的性質(zhì)要有全面、較深入的了解和認(rèn)識(shí),要盡可能估計(jì)到在什么樣的實(shí)驗(yàn)條件下,可能發(fā)生什么樣的化學(xué)反應(yīng),以及產(chǎn)生什么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。其次,必須按照化學(xué)反應(yīng)原理,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)和生成物質(zhì)的性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)條件的控制、發(fā)生反應(yīng)時(shí)可能產(chǎn)生的能量變化,來(lái)預(yù)選實(shí)驗(yàn)方法和手段。然后,確定實(shí)驗(yàn)操作的程序和步驟。在實(shí)驗(yàn)控制條件方法上,可向?qū)W生介紹全面比較法、優(yōu)選法、正交試驗(yàn)法等探尋最佳實(shí)驗(yàn)條件的方法,設(shè)計(jì)出合理的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方案,以保證化學(xué)實(shí)驗(yàn)的順利實(shí)施。教師要從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)藥品和儀器及裝置、實(shí)驗(yàn)操作及操作規(guī)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理等六個(gè)方面進(jìn)行指導(dǎo),以幫助學(xué)生設(shè)計(jì)出自己的實(shí)驗(yàn)方案。
例如,在上述“鹽酸和氫氧化鈉能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中,教師可以提供一些備選的實(shí)驗(yàn)藥品(鹽酸、氫氧化鈉、石蕊、酚酞、pH試紙等)和儀器(玻璃杯、溫度計(jì)、試管、燒杯等),并引導(dǎo)學(xué)生分析指示劑與酸、堿反應(yīng)的顏色異同,酸、堿性溶液的pH異同,化學(xué)反應(yīng)常伴隨著能量變化等化學(xué)知識(shí),通過(guò)對(duì)比分析來(lái)設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案:①借助酚酞的變色來(lái)驗(yàn)證;②借助石蕊的變色來(lái)驗(yàn)證;③通過(guò)測(cè)溶液的pH來(lái)驗(yàn)證;④測(cè)溶液的溫度變化來(lái)驗(yàn)證。 三、討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方案初步形成后,教師要嚴(yán)格把關(guān),與學(xué)生一起對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的可行性,要從理論應(yīng)用是否正確、實(shí)驗(yàn)方法是否可行、能否達(dá)到預(yù)期目的等多個(gè)方面進(jìn)行論證,反復(fù)修改,最終加以確認(rèn)并實(shí)施。
例如,在上述實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中,學(xué)生說(shuō):可以用紫色石蕊試液。具體操作是:在盛有NaOH溶液的試管中滴加2滴紫色的石蕊試液,石蕊變藍(lán)色,然后逐滴加入鹽酸,此時(shí)若藍(lán)色變成紫色,說(shuō)明NaOH與鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。有的學(xué)生會(huì)馬上反駁:這方法不好,因?yàn)椤八{(lán)變紫”分辯不清,應(yīng)改為在盛有鹽酸的試管中滴加2滴石蕊,石蕊變紅色,然后逐滴加入NaOH溶液,當(dāng)紅色變成紫色,證明它們發(fā)生反應(yīng)。有的學(xué)生建議:可以做一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。其他學(xué)生也發(fā)表了自己的看法:用酚酞作指示劑,因?yàn)镹aOH能使無(wú)色酚酞試液變紅色,滴加鹽酸后紅色變無(wú)色,就證明了NaOH與鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。
還可以用pH試紙,從pH>7一直測(cè)到pH=7,最后到pH<7。也可以把NaOH與鹽酸混合,然后用手摸(或者用溫度計(jì)測(cè)量混合前后溶液的溫度變化),如果發(fā)燙,說(shuō)明反應(yīng)了。教師既要引導(dǎo)學(xué)生分析各個(gè)方案的理論正確性,又要引導(dǎo)學(xué)生分析自己的實(shí)驗(yàn)方案是否能完成,是否能達(dá)到驗(yàn)證目的,如果達(dá)不到目的,應(yīng)該怎樣改進(jìn),以確保學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案確實(shí)可行。
四、依據(jù)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
在整個(gè)操作過(guò)程中,教師要密切注視每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況,并作具體指導(dǎo),確保實(shí)驗(yàn)萬(wàn)無(wú)一失。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題要認(rèn)真思考,分析其中的原因,然后有針對(duì)性采取相應(yīng)的措施,進(jìn)行必要改進(jìn),逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)驗(yàn)態(tài)度和探究精神。
例如,在上述驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生的很多錯(cuò)誤操作都會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗,鹽酸和氫氧化鈉溶液的量的控制恰當(dāng)與否,直接影響到溶液的顏色變化。氫氧化鈉溶液中滴入酚酞溶液,溶液變成了紅色,過(guò)了一會(huì)兒,紅色溶液可能變?yōu)闊o(wú)色;滴入鹽酸后,還可能產(chǎn)生氣泡;用手摸試管底部,溫度變化可能不明顯等現(xiàn)象都有可能發(fā)生, 教師要從多方面進(jìn)行指導(dǎo),以保證學(xué)生能夠按自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
五、對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)
學(xué)生完成自己的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì),并按實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作后,教師要引導(dǎo)學(xué)生分析和討論實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)和不足,再對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)。對(duì)于學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案,教師要引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的步驟和方法是否完善、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容是否全面、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是否有針對(duì)性、實(shí)驗(yàn)操作理論是否正確、實(shí)驗(yàn)操作是否簡(jiǎn)單易行安全可靠、實(shí)驗(yàn)成本是否經(jīng)濟(jì)合理等方面進(jìn)行全面綜合評(píng)價(jià),進(jìn)而分析出自己的實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)和不足,并加以改進(jìn)。
1.加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)思路和方法的初步訓(xùn)練
1.1充分利用基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練,強(qiáng)調(diào)基本操作及其應(yīng)用
能力的培養(yǎng)不是孤立的,而是知識(shí)的積淀、轉(zhuǎn)化、升華和運(yùn)用.沒(méi)有知識(shí)的積累就談不上能力,沒(méi)有基礎(chǔ)就談不上提高.[1]在開(kāi)始設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)之前,應(yīng)遵循認(rèn)知規(guī)律,符合循序漸進(jìn)的科學(xué)培養(yǎng)方法,對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練,使學(xué)生掌握基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)原理、基本操作及利用各種操作所能達(dá)到的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?如對(duì)蒸餾、分餾、萃取、重結(jié)晶、熔點(diǎn)和沸點(diǎn)測(cè)定等操作,不但使學(xué)生了解其原理,更進(jìn)一步地能規(guī)范操作,并且明確在什么情況下應(yīng)選用何種操作方法.
1.2通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,明晰實(shí)驗(yàn)思路與方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合考慮問(wèn)題的思維方式
綜合性有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)往往以簡(jiǎn)單的原料合成復(fù)雜的分子,當(dāng)中涉及制備、分離、分析測(cè)試、性能研究等環(huán)節(jié),會(huì)用到各種實(shí)驗(yàn)方法和手段.因此,可以借助實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求,使學(xué)生明晰實(shí)驗(yàn)思路與方法,并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段的綜合應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生綜合考慮問(wèn)題的思維方式以及運(yùn)用綜合的方法、手段分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力,進(jìn)而使學(xué)生具有初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.例如乙酰水楊酸的制備實(shí)驗(yàn),可以通過(guò)問(wèn)題式教學(xué)和實(shí)際操作,使學(xué)生在了解實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上,要清楚怎樣才能減少副產(chǎn)物、主副產(chǎn)物應(yīng)該采取什么樣的辦法才能得以分離,依據(jù)什么選擇合理的實(shí)驗(yàn)裝置、如何減少產(chǎn)物的損失以及怎樣驗(yàn)純等等,實(shí)驗(yàn)中哪些操作對(duì)結(jié)果至關(guān)重要,又當(dāng)如何進(jìn)行?實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)基于哪些方面進(jìn)行,有無(wú)其他可行的方案?通過(guò)課堂實(shí)驗(yàn)有意識(shí)地啟發(fā)學(xué)生思維,才能使學(xué)生逐漸掌握實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路,具備初步的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維能力,為后期設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ).
2.聯(lián)系生活實(shí)際,創(chuàng)設(shè)情境,在問(wèn)題驅(qū)動(dòng)下激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)興趣
美國(guó)心理學(xué)家布魯納指出:“學(xué)習(xí)的最好剌激乃是對(duì)所學(xué)知識(shí)的興趣.”精心創(chuàng)設(shè)情境,將學(xué)生置于樂(lè)觀的學(xué)習(xí)情境中能夠很好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣.比如提取茶葉中咖啡因的實(shí)驗(yàn),首先將大家熟悉的茶葉和白色的針狀咖啡因晶體擺放在一起,讓學(xué)生觀察兩者在外形、色澤上的區(qū)別,在學(xué)生驚詫于暗綠色的茶葉中竟然藏有針狀晶體咖啡因的時(shí)候,順勢(shì)啟發(fā)學(xué)生思考咖啡因都有哪些性質(zhì)?能通過(guò)什么辦法來(lái)獲得茶葉里的咖啡因?平日沏茶是否是將咖啡因提取到水中的一種操作?此外都還有哪些提取方法?又如何提高提取效率并最終得到白色針狀晶體?在一連串問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下要求學(xué)生分組去查閱相關(guān)資料,了解索氏提取、微波提取、溶劑回流提取、超聲波提取以及超臨界CO2提取和升華法純化的原理、操作方法及操作要點(diǎn),比較各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及各種不同溶劑的提取效果,寫(xiě)出可能的實(shí)驗(yàn)預(yù)案,探討實(shí)驗(yàn)可行性.之后在老師的指導(dǎo)下,進(jìn)一步明確各種方法的特點(diǎn),梳理設(shè)計(jì)思路,細(xì)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)并付諸實(shí)驗(yàn).為了使學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)興趣能夠真正地被激發(fā)出來(lái),指導(dǎo)教師在這一過(guò)程中要扮演好“點(diǎn)撥者”和“引領(lǐng)者”的角色,在學(xué)生的理解能力和已掌握的知識(shí)基礎(chǔ)上有針對(duì)性地、有目的和有意識(shí)地設(shè)置問(wèn)題,并幫助學(xué)生解決一些癥結(jié)難點(diǎn),提升學(xué)生的思維能力,切忌將一大堆問(wèn)題完全交于學(xué)生去完成,使學(xué)生產(chǎn)生“畏難”情緒,影響學(xué)生探究興趣和實(shí)驗(yàn)進(jìn)程.
3.進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生多方位思考,拓展思維
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)無(wú)論是化合物的制備還是天然產(chǎn)物的提取,大部分都可以利用多種方法去完成,因此設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)在實(shí)施過(guò)程中可以采用不同方法進(jìn)行對(duì)照,在指導(dǎo)教師有目的的組織下讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)原理出發(fā),通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)條件、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)安全性、實(shí)驗(yàn)過(guò)程的繁簡(jiǎn)程度以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果等方面進(jìn)行比較分析,自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并得出結(jié)論.這樣做一方面可以加深學(xué)生的印象,另一方面更能啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行多角度思考,在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中考慮問(wèn)題更加全面,更為嚴(yán)謹(jǐn),從而潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生分析能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力.同時(shí),也能通過(guò)一次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行豐富的理性的聯(lián)想思維,拓展他們的思維空間.例如提取茶葉中的咖啡因?qū)嶒?yàn),依照先前設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案,我們通過(guò)分組并分別采取超聲波提取、溶劑回流提取、微波提取、索氏提取四種不同方法,利用水或酒精作為提取溶劑,在溶劑不同,溶劑的加入量和提取時(shí)間也不同的情況下讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn),最后利用升華的方法獲得白色針狀晶體咖啡因.實(shí)驗(yàn)中,要求學(xué)生注意觀察提取裝置的搭建、提取液的顏色,比較實(shí)驗(yàn)的難易和快慢程度、最終的產(chǎn)量,并分析各種影響因素.同時(shí),引發(fā)出新的問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考,如是否可以利用這樣的裝置和方法得到花椒、橘皮、玫瑰等精油呢?精油的成分主要是什么?提取中又應(yīng)當(dāng)注意些什么?通過(guò)在教學(xué)設(shè)計(jì)中始終注意融入開(kāi)啟學(xué)生思維的理念,不僅能活躍課堂氣氛,調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考,增加課堂知識(shí)容量,訓(xùn)練學(xué)生發(fā)散思維能力,并且使學(xué)生逐步養(yǎng)成科研思考的習(xí)慣.
4.分階段分層次,由淺入深指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,只有當(dāng)學(xué)生儲(chǔ)備了一定的理論基礎(chǔ)知識(shí),掌握了一定的設(shè)計(jì)思路,學(xué)會(huì)了綜合考慮問(wèn)題,才有可能設(shè)計(jì)出一個(gè)較為合理可行的實(shí)驗(yàn)方案.因此在教學(xué)過(guò)程中,我們一是根據(jù)學(xué)生已有的知識(shí)水平;二是保證實(shí)驗(yàn)課題的內(nèi)容在學(xué)生的能力范圍之內(nèi);三是最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備,分階段分層次遵循由簡(jiǎn)到難的原則優(yōu)化設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,由淺入深指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),盡量使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中少走彎路,犯不必要的錯(cuò)誤而浪費(fèi)時(shí)間以及挫傷實(shí)驗(yàn)積極性,以達(dá)到逐步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力的目的.對(duì)于化學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)生,我們把設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)按照由易到難的順序安排在兩個(gè)學(xué)期來(lái)完成。由于前期實(shí)驗(yàn)階段學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路和技巧得到了初步訓(xùn)練,因此在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),學(xué)生普遍感覺(jué)難度并不是很大,比較樂(lè)于去完成,而指導(dǎo)教師在學(xué)生的主動(dòng)配合下,也能較為滿意地獲得預(yù)期教學(xué)效果.
5.培養(yǎng)綠色環(huán)保意識(shí),在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中融入綠色化學(xué)理念
環(huán)境污染問(wèn)題是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展中的一個(gè)重要問(wèn)題,我國(guó)各高等院校中所產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)室污染物,已成為我國(guó)環(huán)境污染的一個(gè)重要來(lái)源,而有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)又是實(shí)驗(yàn)室污染中的一個(gè)重點(diǎn).在有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的“綠色化學(xué)”觀念,有利于從源頭上消除污染,使化學(xué)和環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展.在每一次實(shí)驗(yàn)前,要求學(xué)生必須明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所要接觸到的各種藥品的物理常數(shù)、毒性、對(duì)環(huán)境會(huì)造成的影響等,了解相關(guān)的防護(hù)措施;實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品的實(shí)際接觸,進(jìn)一步明確實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)過(guò)程對(duì)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)人員安全的影響;實(shí)驗(yàn)后,培養(yǎng)正確的實(shí)驗(yàn)室“三廢”處理觀念,杜絕亂丟亂放的習(xí)慣.向?qū)W生介紹綠色化學(xué)的5R原則,培養(yǎng)學(xué)生用綠色化學(xué)的眼光來(lái)適應(yīng)新形勢(shì)下的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn),通過(guò)逐漸增強(qiáng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識(shí),把綠色化學(xué)理念融入到設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中.在不影響實(shí)驗(yàn)效果的情況下我們采取了一系列的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法.例如,在制備乙酰苯胺和甲基橙等的實(shí)驗(yàn)中采用試劑用量減半的方法,減少有害物質(zhì)的使用;在柱色譜實(shí)驗(yàn)中,利用填充長(zhǎng)5cm內(nèi)徑1cm的較短的Al2O3柱床,分別以酒精和水為溶劑,對(duì)甲基橙和亞甲藍(lán)混合物進(jìn)行分離,既保證了明顯的實(shí)驗(yàn)效果又節(jié)約了試劑和時(shí)間;利用綠色的微波輻照合成技術(shù)制備肉桂酸,縮短時(shí)間的同時(shí)也提高了產(chǎn)率.在萃取實(shí)驗(yàn)中,利用水作為萃取溶劑對(duì)乙酸乙酯中的冰醋酸進(jìn)行萃取,避免乙醚的使用;己二酸的合成則以H2O2代替教材中的硝酸,副產(chǎn)物是水,避免了用硝酸氧化氮氧化物的產(chǎn)生.正是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不斷地向?qū)W生滲透綠色化設(shè)計(jì)理念,因此,學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)會(huì)很自然地從實(shí)驗(yàn)原料、試劑、反應(yīng)條件、廢物回收利用、能源消耗以及是否是原子經(jīng)濟(jì)性反應(yīng)等諸多方面進(jìn)行考慮,教學(xué)結(jié)果表明在設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案中總是會(huì)體現(xiàn)出學(xué)生在這一方面付出的努力.
6.充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用,突出學(xué)生的主體性,鼓勵(lì)學(xué)生大膽思考、勇于探索
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