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1、探究性实验概述
高中化学是以实验为基础的学科,通过探究性实验可以让学生获得感性的认知,从而更好的理解化学知识,对化学概念和理论实现比较全面系统学习。探究性实验不仅注重化学实验的结果,同时也为科学合理的学习化学知识打下了坚实的基础,让学生知道任何一个化学理论和知识都是基于事实的论证。探究性实验就是通过具体的实验步骤理论来得出实验结论的教学方式,探究性实验不同于演示实验,演示实验是教师和学生都知道实验结果,是教材中既定的实验。教师为了让学生直观清晰的观察,所以在课堂上将教材中的实验进行了相关的模拟和创新,旨在为了加深学生对化学相关知识的认识。但是探究性实验是提出问题,让学设计相关的实验步骤进行操作,最终根据具体的实验数据和实验现象得出结论。探究性实验在引导学生进行探究的同时,不仅可以让学生获得化学基础知识,学会相关的基本技能,并且还能够让学生在情感、态度和价值方面得到发展和提升。使学生的个性得到尊重和张扬,情感态度价值观都得到充分发展,由此实现由“静态的教科书教学”向“动态的知识教学”的转变。
2、探究实验在高中化学教学中的应用研究
2.1探究实验在高中化学教学中的实施步骤
探究实验的主要目的就是加深高中化学知识理论基础和拓展学生的知识体系,是一个从未知到已知的过程,探究实验的过程是最重要的。教师会根据探究实验过程提出问题,学习需要对这些问题进行思考和探究,大胆的猜测实验结果,通过教师的讲解和学生之间的交流对实验结果有个大致的方向,然后根据具体的实验结果去验证自己的想法。其实对于探究实验来说,最重要的是实验设计的过程,因为探究实验不同于其他实验,要根据探究问题考虑到多个方面的因素,根据具体的实验设想去设置实验步骤和过程。当得出探究实验结论以后需要和之前的猜想进行对比,如果不相同,那么就要看实验过程是否出现了问题,甚至可以进行二次实验,要不求甚解,直到最终得出正确的结论。以下通过具体的实例来说明探究实验的步骤:
首先,在教师的引导下发现问题,通过以前的一些化学知识引出问题,并且把问题扩大化,从而引起学生的想象。
在化学中,氢气和氧气反应生成水,但是氢气和水不发生反应,氟气与水反应可以生成氧气,那么试探究氯气和水反应吗?如果反应生成物是什么?
其次,随着探究问题的出现,学生也有一定的好奇心,通过化学知识的积累和学习,也会有自己不同的想法,学生可以根据这些想法提出猜想和假设。
A同学认为:氯气和水不发生反应
B同学认为:氯气和水发生不完全反应
C同学认为:氯气和水可以,反应生成
第三,教师要引导学生提出具体的实验过程和方案,设计的实验方案要建立在科学合理的基础上,必须具有可行性,能满足化学知识理论的相关规律。可以通过学生之间的讨论和教师沟通来完成实验过程,教师还要为学生准备实验所需的材料和器材,然后根据实验方案,进行实验步骤。
在含有红色酚酞试液的氢氧化钠溶液中,滴加新制的氯水,边滴加边振荡,发现红色逐渐褪去。对于红色消失的原因,可以认为是氯气与水反应生成的盐酸和次氯酸中和了氢氧化钠溶液;也有可能是氯气与水反应生成的次氯酸具有比较强的氧化性,使得红色酚酞试液变成了无色物质。
最后,对导致实验结果不同原因进行分析,最终得出正确的实验结论。
在之前褪色的溶液中继续加入氢氧化钠溶液,如果红色能够重新出现,则是因为盐酸和次氯酸中和;如果红色不再出现,则是因为次氯酸的强氧化性。
2.2在高中化学教学中开展探究实验要注意安全
探究实验作为一种让学生自己亲力亲为的实验,要求学生要熟悉不同的实验材料和器材,同时还要熟悉器材的操作方法和注意事项,保证实验顺利进行,并且保证实验过程的安全可行。实验过程中会遇到各种溶液,产生各种气体,有些气体是有毒有害,这样的气体要做好收集处理工作,保证空气流通。还有些气体是易燃易爆的,也要充分的做好处理准备。在用试剂的时候也要注意安全,有些试剂是具有腐蚀性的,在应用的过程中要注意不要接触到皮肤。在实验开始之前,要认真的了解相关知识,并且准备好相关器材。充分熟悉所用试剂溶液和器材的性能和特点。准备好以后,要严格按照实验步骤进行操作,避免操作失误,带来的危险。实验完成以后,要科学合理处理气体和溶液,针对一些仪器要清洗干净,放置好。所以在进行探究实验的时候,不仅要保证实验过程和步骤的严谨性和正确性,同时还要保证人身安全。
3、结束语
面对高中化学新教改的不断推进和实施,高中化学教学也要进行不断的突破和优化。作为教师应该紧跟教育形势的发展步伐,不断的创新教学理念和教学方式,积极探索。全面提升高中化学教学质量和水平,通过探究实验教学总结出更好的途径来贯彻落实新课改,促进自身专业知识的不断提高,培养学生的综合素质。
【参考文献】
[1]朱宝年.如何创设高中化学新课程的教学情景[J].文理导航,2011(07).
[关键词]
中考;化学;实验;科学探究;复习策略\
化学是一门以实验为基础的学科,化学实验探究是义务教育阶段化学课程中科学探究的重要实践活动。科学探究有助于学生知识的学习和能力的提高,因此,《全日制义务教育化学课程标准》(以下简称《课程标准》)提出,将科学探究作为课程改革的突破口,并将科学探究作为义务教育化学学科的一个重要模块,科学探究已经成为义务教育阶段化学课程的重要学习内容。
在初中化学实验的教学中,无论是教师演示实验还是学生分组实验,实验探究都是实验教学的重点。全国各省市中考试题及辽宁省各市的《考试说明》均以科学探究为考试重点,尤其是中考中实验探究题的分值所占比例较大,彰显了对科学探究的高度重视。近几年,全国各省市中考试题中化学实验探究题,都注重考查实验能力、探究能力,同时注重试题的探究性、开放性。其中,实验能力考查既包括基本实验技能,也包括对科学探究的基本思路和方法。
每年的中考试题中,化学综合实验题的平均得分率较低,原因在于试题种类较多、知识点混杂、综合性强、复习难度大。如果能将实验综合试题分类、提炼出知识点和能力点,站在比较高的层面上进行复习,能让学生克服畏惧心理,提高得分率。
如何在复习中提高对科学探究试题的应试能力?一是,认真研究《课程标准》和《考试说明》;二是,研究教材,吃透教材;三是,理解实验原理,体现科学探究的过程。即应理顺知识、明确内容,进而理清考点、把握方法、提高成效。本文从中考试题中选取一定量的试题实例进行分析。
近几年的中考对实验探究试题的考查可分为这样几个部分:
一、基本实验操作
【例1】(2006北京)下列物质中,不能与水形成溶液的是( )
A.白糖 B.食盐 C.纯碱 D.植物油
【例2】(2011本溪)下图所示的实验操作正确的是( )
【例3】(2015本溪)请根据有关实验操作回答下列问题:
用酒精灯火焰的外焰给试管内的液体加热,理由是________。
做铁丝在氧气中燃烧实验时,在集气瓶中预先放少量水的目的是________。
点燃可燃性气体之前,首先要进行的操作是________。
测定酸性溶液的酸碱度时,预先润湿pH试纸,导致测得的结果________(填“偏大”、“偏小”、“不变”)。
分析:这三道试题考查的是常见物质的溶解性及常用仪器的用途和基本操作,均为记忆性知识,影响试题得分率的主要因素是考生对知识的熟悉程度,其中【例3】中的(2)和(4)低于【例1】和【例2】中的(1)、(3),原因在于学习【例1】【例2】中的(1)、(3)大多同学都自己动手做过实验;(3)虽然做过实验的很少,但由于涉及到自身安全或教师的演示实验或播放的视频印象深刻,得分率较高,其他实验虽然教师讲解过,但不如做过的实验记忆深刻,因此,丢分较多。
应对策略:重视实验操作,抓好实验基础的复习。
从上述内容可以看出,此类试题以化学实验为载体,考查化学基础知识。因此,掌握基础知识,熟知初中化学实验基本技能,是提高准确率的前提。复习时可根据实际情况有选择性地做一些让全体同学都参与的实验,让学生真实感受实验的过程,强化对实验知识的记忆,在“做中学”,而不能以“读文字”代替“做实验”。
二、演示实验与学生活动实验的观察、记录与分析
【例4】(2015铁岭)请根据相关的实验,回答下列问题。
(1)“粗盐中难溶性杂质的去除”实验步骤为:溶解、______、蒸发、计算产率。在粗盐溶解的过程中,用玻璃棒搅拌的目的是______。
(2)如右图所示,在电解水的实验中,收集到的氢气和氧气的体积比为________;说明了水是由________两种元素组成,依据的是________。
【例5】(2011抚顺)请将下列实验操作可能导致的后果填在对应的横线上。
A.铁丝在氧气中燃烧B.量取一定体积的水 C.测定空气中氧气含量
(1)如图A所示,做铁丝在氧气中燃烧的实验时,集气瓶内未放少量的水或沙子,可能导致的后果是________。
(2)如图B所示,用量筒量取43ml的水,俯视读数,所量取水的实际体积________(填“大于”、“小于”或“等于”)43ml。
(3)如图C所示,测定空气中氧气的含量时,装置的气密性不好,所测得的氧气体积将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
分析:上述试题考查的是学生在探究活动和教师的演示实验中出现的相关问题,除考查了实验步骤外,考查了学生在具备了一定实验操作知识的情况下,分析问题的能力。
应对策略:对教材中的实验内容进行分析、整合。
让学生能够主动把观察到的实验现象进行思考、推理和联想,远比结论更重要。我们可以将平时教材中的这类实验尤其是错得较多的内容录制成视频播放,在此过程中引导学生回忆相应实验内容,让学生从中指出错误,从而进行自我校正的过程,提高辨识能力。
三、物质的制备
【例6】(2013兰州市)实验室常利用以下装置完成气体制备及性质实验。请回答:
(1)指出编号仪器的名称:①________,②________。
(2)以上________(从A―E中选择)装置有一处明显的错误,请加以改正________。利用改正后的装置继续完成后面的实验。
(3)欲使用高锰酸钾制取氧气,应选择的发生装置是________(填字母),反应原理用化学方程式表示为________;为防止高锰酸钾粉末进入导管,应采取的措施是________;若使用C装置收集氧气,实验结束时,应先从水槽中移出导气管,再熄灭酒精灯,原因是________。
(4)将CO2和CO的混合气体通过F装置(液体药品均足量),实验开始时关闭活塞b,打开活塞a,广口瓶中观察到的现象是________,此时从导管c逸出的气体主要是________。一段时间后,再关闭活塞a,打开活塞b,将分液漏斗中的稀盐酸滴入广口瓶中,此时逸出的气体主要是________,反应原理________用化学方程式表示为_______________,欲收集该气体,应选择的装置是________(填字母),验满的方法是________。
分析:气体制备是教师普遍重视、学生有兴趣学习的典型实验内容。其中,还涉及到气体检验、验满及仪器的选择、连接和实验操作步骤等的考查点。命题的中心是氧气、二氧化碳、氢气三大气体的制备,用来考查学生化学思维和科学态度。仔细分析近几年中考试题可看出,此类试题在分值以及考查形式上都比较稳定,考查的都是课标要求的重要知识点,要求学生能熟练应用所学化学知识。
应对策略:重视实验基本功以进行识记类知识的学习。
教师在复习时,主要引导学生通过对知识归纳、掌握规律和方法,理清实验室制取气体的思路。如:多功能集气瓶在不同实验中的应用,试管在不同实验中的应用,或者在课堂上展示多种仪器让学生选择、组合、操作,等等,将这些知识进行分类、整合,既可提高学生的动手能力,同时增强其应变能力,为高中阶段的学习打下基础。不能因为是复习内容,而把“做”化学实验变成老师“讲”实验、学生“听”实验和“背”实验的过程,那只能使复习过程枯燥无味。
四、物质的性质
【例7】(2014本溪)化学实验活动课上,同学们利用下列实验探究酸和碱的性质。实验操作如下图所示。
(1)写出步骤三试管B中发生反应的化学方应方程式________。
上述三个步骤的A试管中固体始终无明显减少,那么能说明A试管的水中溶有氢氧化钙的现象是________。
以上实验结束后,B试管中固体消失,溶液澄清并呈无色。
【提出问题】步骤三的溶液中,除指示剂外溶质的成分还有什么?
【猜想】猜想一:溶质为CaCl2、HCl;
猜想二:溶质为CaCl2、Ca(OH)2、HCl;
猜想三:溶质为________。
【小组讨论】同学们经过讨论得出了猜想________一定是错误的。
【实验探究】小红同学利用下面的实验验证了猜想一。
[实验操作\&实验现象\&实验结论\&将步骤三B试管中溶液倒入盛有锌粒的试管中\&______\&猜想一正确\&]
【讨论交流】小红同学所做的实验结束后,试管中所得溶液一定含有的溶质是________。
【例8】(2015北京)众所周知,酚酞溶液遇NaOH溶液变红。但是,在分组实验中(如右图所示),出现了意想不到的现象:有的溶液变红后褪色;有的出现白色浑浊物。
【提出问题】分组实验中,出现意想不到的现象的原因是什么?
【查阅资料】酚酞溶液由酚酞固体溶于酒精配制而成。
【猜想与假设】
Ⅰ.红色褪去,与NaOH溶液和空气中的CO2反应有关。
Ⅱ.红色褪去,与NaOH溶液的浓度有关。
Ⅲ.出现白色浑浊物,与酚酞溶液的浓度有关。
【进行实验】
【解释与结论】
(1)NaOH与CO2反应的化学方程式为________。
(2)实验1的现象表明,猜想与假设1________(填“成立”或“不成立”)。
(3)由实验2得出结论:出现“溶液变红后褪色”现象的原因是________。
(4)实验3的操作步骤:取3支试管,分别加入水,________。
【反思与评价】
(5)依据现有实验,为了确保红色不变,若酚酞溶液浓度为0.5%,建议选用NaOH溶液的浓度为________%。
(6)有同学认为,仅通过实验3得出“猜想与假设Ⅲ成立”证据不足,理由是________。
Ca(OH)2
分析:【例7】试题内容来自人教版初中化学教材下册69页学生实验活动6酸、碱的化学性质实验步骤(5)。本试题考查的知识点主要是碱的性质,是一道原创试题,目的是考查学生的置于具体实验活动中的碱的性质与化学实验知识与技能的结合,考查学生在真实的情景中,应用实验知识与方法解决问题的能力,若没有做过该实验,学生接触到该题时,会感觉到陌生,尤其是对氢氧化钙微溶于水这部分知识丢分较多。
相应策略:利用教材内容,开发教材中的实验。
在教学中,要注重教材中的学生实验,对教材中的内容要有一定的敏感度,对性质实验的复习不能局限在“做题”“讲题”“对答案”上,而是要结合需要复习的内容,创设真实情景,让学生对这部分的知识得到升华,所以,要加强对学生活动实验与重要物质性质的研究,开发教材实验,促进知识的生成。
分析:【例8】这是一道综合实验探究试题,利用实验中的意外现象,作为“科学探究”问题中心,让学生自己运用已有的知识选择恰当的手段,探究未知的现象、数据,并通过对获得的现象、分析、归纳,得出正确的实验结论。这样的实验探究题,目的是使学生养成实事求是和求异思维的科学探究态度,获得科学方法,提高运用科学知识解决生产、生活中实际问题的能力,这是中考重点考查的内容之一。
相应策略:主题式探究复习。
教师在带领学生复习时,可以围绕具体知识点,利用真实的生活情境,让学生在一定的情境中发现问题,设计方案,通过主题探究,研究出解决问题的方法的学习活动。如:探究“暖宝宝”的成分;探究食品包装袋中干燥剂;厨房中的化学系列①调味品与化学②燃料与化学③炊具与化学及【例8】中的实验意外,等等。
总之,从历年的大型的实验探究题来看,考查内容主要有两类:探究实验的分析、探究实验的设计。具体包括:对探究实验的设计、分析探究的问题、明确探究的方法、预测实验的现象、分析实验的结论、修订实验方案、分析实验的数据、查找实验误差或差异现象的产生原因等。中考试题中一般不会出现原题,实验探究题中的探究内容可能是来自书中,也可能是教材以外的内容,命题者都是以《课程标准》和《考试说明》为依据,从教材中都会找到试题的影子,所以,要挖掘教材,整合教材,带领学生从所给的信息中获取有价值的信息,提炼规律和原理,在迁移到未知的问题上进行探索。
同时,教师也要提高自身科学素养。美国《国家科学教育课程标准》中有这样一句话:“科学学科的教师,就是科学界派往课堂的代表”,这句话意味着我们每一位化学教师必须具备足够的科学素养,尤其是当实验结果与理论记述不符时,必须尊重事实,找出原因。要对日常生活与化学相关的问题比较敏感,从身边的小事中发现好的实验素材用于教学。平时注意热点问题素材的积累,从中获取足够多的信息及学生感兴趣的问题,选取相应素材,编制一些高质量的实验探究试题,以提高复习的质量和效率。
[参 考 文 献]
高中化学探究性学习主要以小实验、小文献、小调查为突破口,在课堂内进行小组合作学习,教师充分调动学生主动参与探究学习的积极性,引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、讨论等方法养成多角度研究和探索问题的习惯,激发学习兴趣,提高学生的创新意识和实践能力。在课内进行探究性学习时,问题的切入口一定要小,质疑与讨论一定要充分深入。
例如,在学习元素周期律时,可以以卤族元素的性质递变规律为例,先划出一定的课时,让学生运用解决问题的一般步骤和科学的实验方法,进行卤族元素的性质相应实验的探索,然后利用一定课时,让学生讨论、归纳、形成单元知识的认知网络,培养学生综合应用知识的能力,提高学生的认知策略,培养学生的创新精神和实践能力。
在高中化学学习中,教师除了选择有关课题在课内有计划开展研究性学习活动外,还应积极帮助学生捕捉思维的灵感,鼓励他们大胆提出问题,并抓住学习过程中学生自己的问题,安排一定的课内外时间及时展开研究,充分体现开放性、主体性特点。
二、高中化学探究性学习模式
综合各种学习理论及课程内容的要求,根据探究性学习及化学学科特点,结合各种课堂教学实践,我认为以下几种模式更有利于在化学教学中开展探究性学习活动。
(1)实验验证模式
实验验证模式主要利用各种信息和原有的认知网络对问题进行假设,通过科学实验(或逻辑推理)来获得实验现象及数据,并加以处理,能对实验现象做出合理解释,运用比较、归纳、分析、综合等方法初步揭示化学变化的规律,从而构建新的认知网络。在探究性活动开展初期,教师还应该有计划、有目的地安排某些步骤的专题研究活动,让学生及时掌握各步骤的研究方法,为今后全过程研究打好基础。
我们知道研究物质有许多方法,在化学学习中一般采用实验研究的方法,实验研究的步骤一般为:提出问题收集信息设计方案并进行讨论实验验证得出结论。研究氯水的成分及性质时就可采用实验探究的方法,首先提出问题:干燥的氯气具有漂白性还是湿润的氯气具有漂白性呢?然后让学生根据已有的知识讨论并设计实验进行探究。
实验探究:将干燥的有色布条和湿润的有色布条分别放入两瓶干燥的氯气中,观察现象。 转贴于
学生边实验边观察,很容易得出结论:干燥的氯气没有漂白性,湿润的氯气有漂白性。
(2)文献探究模式
文献探究是通过搜集研究某些现象的发生发展和演变的事实,加以系统客观的分析研究,从而揭示其发展规律的研究方法。然后通过搜集和鉴别资料,对资料进行分析研究,提出自己的观点。
三、探究性学习的思考
1. 探究性学习活动的重点是培养学生的问题意识
探究性学习的问题应具备两个条件:一是在学生的能力范围之内,即学生应具备解决问题应有的言语信息、智慧技能和认知策略。二是新颖而富有挑战性,即新颖而富有挑战性的问题可以刺激学生原有认知结构的回忆和提取,从而激发学生解决问题的态度。这是探究性学习活动开展的前提。问题可以来源于学生的生活,也可以由教师设置适当的问题情境加以激发。在教学中关键是鼓励学生大胆提出问题,并鼓励学生科学实验,从而得出正确结论。因此,为更好地开展探究性学习,我在完成教学进度的基础上,对相关知识进行适当拓展,为学生提供探究空间,鼓励学生多提问题,促使学生在探究的过程中不断提高自身素质和学习成绩。
根据化学知识的学习内容和学习任务,化学实验教学既可以以新授课的形式出现,也可以在复习课或者练习课中出现,因此不作为独立的课型去研究.
根据化学知识在学习内容、学习方法和认知心理上的不同特征,化学的新授课可以从事实学习、规则学习和技能学习三个角度去研究.这形成了化学新授课课型中的三种“亚课型”,即:事实学习——主要是元素化合物知识的学习;规则学习——主要是化学概念和化学理论知识的学习;技能学习——化学计算、化学用语以及化学实验等知识与技能的学习.
新授课中的实验课也可以独立成为一种课型,但大量实验知识的学习,主要是渗透于各种课型中.另外,由于化学实验在学科素质教育中不可替代的作用,“实验—探究”已成为化学教学模式中具有时代感和生命力的一种教学模式,因此,“实验—探究”模式将单独研究.
例如,利用过氧化氢溶液制取氧气.
步骤1:在常温下,把带火星的木条伸入盛有过氧化氢溶液的试管中,观察木条是否复燃.现象:木条不能复燃.结论:常温下放出氧气少.
步骤2:向上述试管中加入少量二氧化锰,把带火星的木条伸入试管.观察发生的现象.现象:木条复燃.结论:在常温下过氧化氢溶液遇到二氧化锰时迅速产生氧气.
步骤3:反应停止后,重新加入过氧化氢溶液,把带火星的木条伸入试管.观察发生的现象.现象:木条复燃.结论:二氧化锰仍然起作用.
二、小小化学实验,激发学生的学习热情
探究性实验作为学生的一种积极主动的认识建构手段,正是利用学生在探究性实验过程中与已有的知识经验不断发生的认知冲突,从而激发学生对问题的探究兴趣.探究性实验既要与已有的知识经验有一定联系,同时又要具有一定的难度.
例如,有机化合物与无机化合物的区别.
实验:研究有机物的一些特点.
实验1.分别取少量的蔗糖、面粉、淀粉、塑料样品,在酒精灯上加热熔化.实验现象分别为:燃烧,颜色变焦;燃烧,颜色变焦;燃烧,颜色变焦;先熔化,发生形变,燃烧起来,颜色变焦.结论:组成成分中都含有碳元素;大多数有机物均易燃;大多数有机物的熔点低.
实验2.分别取少量上述样品放入试管,加入一定量的水.实验现象分别为:溶解;不溶解;不溶解;不溶解.结论:大多数有机物难溶于水.
实验3.将上述样品接入一个闭合电路中,观察灯泡.实验现象分别为:电珠不亮;电珠不亮;电珠不亮;电珠不亮.结论:大多数有机物不能导电.
在实验中,学生亲手实验,动手操作,并通过自己的感官真实体验课本的传统理论知识.通过实验操作,学生克服了诸如学习时易于产生兴趣,却难于保持注意力;易于理解,却难于记忆与运用知识的疑难问题.
三、化学探究式实验教学对学生的影响
在化学探究式实验教学中,可在如下方面培养学生的学习能力.(1)如何观察实验现象,如何记录数据,做完实验后如何解释实验现象……(2)根据学生的实际情况,并配合教学内容,改进和开发家庭小实验,增强实验的趣味性、探究性.(3)对于家里没有的实验仪器,可以引导学生寻找一些替代品,如以青霉素瓶作广口瓶、以眼药水瓶作滴管、以冰激凌的塑料小勺作药匙、以饮料吸管作气体导管等,从家庭小实验起步开展化学实验.
例如,探究氮氧化物污染对健康的影响.
如今的学生之所以缺乏实验探究能力,主要原因就是我们没有给学生提供经历科学探究过程的机会,而分组实验则是给学生提供这种机会的有效途径。通过分组实验,我们能为学生提供探究实验活动,让学生在分组实验过程中充分发挥自身的学习主体性,同时对于学生创造能力、探究能力和实践能力的培养也有着十分重要的促进作用。所以,作为初中化学教师,我们应该充分认识到分组实验对于学生探究能力培养的重要性,并不断地探索、研究和优化分组实验,保证其能在化学实验教学中充分发挥它应有的作用。
比如,在做“燃烧条件”这一化学实验时,在学生初步了解了化学实验的步骤后,我让学生分组进行实验,然后完成一份实验报告,实验报告内容为实验步骤、实验现象、实验结论,而后让每个小组成员之间交流讨论:通过上述实验,你能得出物质燃烧与哪些因素有关?待学生讨论完毕后,每个小组派出一名代表说出本组所得的结论,然后我们一起进行分组实验活动小结:燃烧需要的条件是______。这样,我通过组织学生进行分组实验,给学生提供了亲身经历探究的过程,锻炼了学生的动手操作能力和团队合作意识,更为重要的是发挥了学生的主体作用,培养了学生的科学探究能力。
二、在演示实验中培养学生的探究能力
在当前的初中实验教学中,大部分实验为演示实验,而且实验过程是教师做、学生看,学生几乎没有参与实验活动的机会,这造成的后果就是学生只是对教师所做实验的步骤、结论等进行死记硬背,实践能力和探究能力却得不到有效的培养。所以,这就要求我们在演示实验中寻找机会,如将其改为探究性实验,让学生有动手、动口、动脑的机会,充分发挥学生的学习主体作用,培养学生的科学探究能力。
比如,在做“氧气的制取与性质”这一实验时,我并没有直接亲身做实验让学生观看,而是让学生观察高锰酸钾制取氧气的实验装置图,让学生思考以下问题:(1)实验由哪些仪器组成?(2)哪部分是发生装置?哪部分是收集装置?(3)为何能用排水法收集氧气?(4)收集安装原则是什么?待学生回答完毕后,让学生了解实验步骤,而后让学生自己亲自动手实验,制取两瓶纯净的氧气,并自选试剂验证氧气的氧化性,然后,让学生分析实验过程和现象,如说出对高锰酸钾制取氧气这一实验过程的感受,分析所选用试剂是如何完成“氧气的氧化性验证”的。这样,我就将演示实验变为探究性实验,提高了学生对化学实验探究活动的分析问题能力和解决问题能力,培养了学生的科学探究能力。
三、在课外实验中培养学生的探究能力
引言:
研究性学习是由学生在一定情景中发现问题、选择研究课题、设计实施方案,对知识主动探求、发现和体验,学会对信息获取、分析、判断、选择,并重视解决实际问题的积极的一种学习方式。一般从学科领域或社会现实生活中选择和确定研究主题,创设一种类似于科学研究的情境,学生自主、独立地发现问题,调查、搜集处理信息,然后用实验、操作,表达与交流等探索活动;获得知识、技能、情感与态度的发展,特别是探索精神和创新能力的发展。它可以使学生体验和了解科学探索过程,养成自主研究、创新的意识和习惯,形成和提高创造能力,增长知识,积累和丰富直接经验的活动过程。因此,研究性学习的过程就是解决问题的过程,研究性学习最主要、最突出的属性就是研究性和探索性,其次还具有专题性、开放性、实践性、综合性、创造性以及学生的自主性等。
化学是以实验为基础的一门自然科学,化学实验是学生化学学习中的能动的实践活动形式。化学实验为学生创设了亲身参与实践的情境,具有获知、激趣、求真、循理、育德等教育功能。化学实验的功能和探究性学习的特征决定了化学实验必然是探究性学习的重要途径。
本文试图从化学实验与研究性学习的关系,化学实验与研究性学习的方法等方面阐述化学实验对研究性学习的重要意义。
一、化学学科特征决定了化学实验可以作为探究性学习的途径
“化学是以实验为基础的一门自然科学”是化学学科的基本特征。即使在多媒体高度发展的今天,化学实验仍然是化学学科发展的最直观、最生动、最有效的教学载体。学科的基本特征决定了学科的学习特点,在实验中学习化学无疑是最有效而又最重要的化学学习方法之一。在化学实验中,学生通过实验研究和认识物质,掌握化学基本原理和基本技能,初步学会化学研究的实验方法。化学科学以实验为基础的学科特征,更有利于学生进行化学探究性学习。如在“氨气还原氧化铜”的实验设计中,我尝试通过研究性学习形式,以研究来促进学生的学习激情,并借集体讨论探究的方式让学生感受探究的乐趣和合作的快乐。
(1)创设问题情境,激发探究兴趣
首先向学生呈现“NH3能否除去Cu中混有的CuO”这一问题,引起学生困惑,产生探究欲望,同时提供给学生已前学习过的H2和CO还原CuO的实验所需仪器等,以及制备NH3的药品等其他无机药品。
然后,引导学生对该问题分析,从NH3中氮元素化合价、氧化还原反应原理以及H2还原CuO的实验三方面引导。
(2)组织探究小组,讨论实验方案
在教师组织下,分成若干小组,学生开始讨论和探索,学生根据氧化还原原理和NH3中氨元素化合价为负三价,并通过对H2还原CuO实验的类比和想象,能够初步假设氨气具有还原性,并明确该实验问题是用NH3将CuO还原为Cu单质而除杂。
在此假设基础上,学生开始收集资料,并借助已有的实验仪器和药品,拟定实验方案,此时各组围绕着实验装置展开争论:
①有小组认为氨气的密度比空气小,主张用氢气还原氧化铜的实验装置和实验步骤;②另外的小组则认为氨气是具有刺激性气体,为了防止氨气被排放到空气中,主张采用一氧化碳的实验装置和实验步骤,但尾气用稀酸去吸收。最后,教师总结各小组的实验方案,主要是以下两种。
方案一拟订的实验步骤:
①用氢氧化钙和氯化铵制取一定量的氨气;
②将少量的氧化铜装入硬质大试管中;
③加热氢氧化钙和氯化铵的混合物将氨气通入大试管中,排尽试管中空气;
④继续通入氨气,同时加热大试管,使反应进行;
⑤反应结束后,停止加热至大试管冷却,观察实验现象;
方案二拟订的实验步骤:
①用氢氧化钙和氯化铵加热制取一定量的氨气;
②将少量的氧化铜装入玻璃管中。并且用一导管通至小烧杯的稀硫酸的液面之上,以便将尾气吸收;
③加热氢氧化钙和氯化氨的混合物将氨气通人玻璃管中,排尽管中空气;
④继续通入氨气,同时加热玻璃管,使反应进行;
⑤反应结束后,停止加热至玻璃管冷却,观察实验现象;
(3)小组分配工作,实验验证假设
1.各小组的学生分配好在实验过程中的工作分工,根据自己拟订的实验步骤讲行实验。观察和记录实验现象,做出实验结论。
2.教师巡视,记录评价实验操作的正确性、小组分工的合理性、小组成员的协调性。
3.实验诊断与评价
各小组汇报实验过程和实验现象,总结和归纳此类实验的实施过程:
按照方案一进行实验的小组学生观察到氧化铜由黑色转变为光亮的红色,管口有水生成,同时也闻到氨气的刺激性气味;按照方案二进行的小组学生不仅可以观察到与方案一小组实验的相同的实验现象,而且实验时间比较短,剩余的氨气也被吸收,防止了氨气对空气的污染。
通过对氨气还原氧化铜的实验探索,能够根据氧化还原反应原理判断出氨气的还原性,并能够将氢气和一氧化碳还原氧化铜的实验与氨气还原氧化铜联系起来,既复习了前面所学的知识,又通过实验探索出氨气的还原性。按照方案二实验的小组同时也注意到在实验中如何有效防止实验的尾气对空气的污染,但是,也应该在玻璃管口放上石棉绒,防止氧化铜被氨气流冲走。
(4)教师评价
根据教师刚才的观察和学生自我的评价,评出“最优创意”,“最优合作”,“最优操作”等小组。就这样,学生在竞争中得到了探究的乐趣和合作的愉快,在愉快中培养了科学精神。
探究性实验设计对于发展学生的科学探究能力、提高他们的科学素养具有重要意义。探究式学习方式能调动学生参与教学的积极性,发挥学生自主探究的能动性,使化学教学焕发出生机。课堂教学选用探究式,就可以让学生在自主学习中探究,在质疑问难中探究,在观察比较中探究,在矛盾冲突中探究,在问题解决中探究,在实践活动中探究,真正培养了学生的探究能力。
二、化学实验过程就是科学探究的过程
化学实验是人们认识和研究物质的一种科学方法,是人们根据研究的对象和研究的目的,创造性地运用科学知识和实验手段,有计划地实施探究性实践活动的过程。因此,化学实验本身就是一个创造性地探究的过程。化学发展的历史也充分证明:化学科学的任何一项重大的突破,无一例外地是经过化学实验而取得的。没有化学实验,任何新东西都不能简单从理论上推出真正的化学性质。中学生化学学习中的化学实验,虽然绝大多数是对物质及其变化的再认识,但从本质上看,这一过程与科学家进行的科学研究中的化学实验是一致的。当化学实验被用作探究性学习的途径时,化学实验的创造性和探究性便充分显示出来。学生在实验过程中积极地动脑动手,体验科学家科学探究的过程和方法,获得科学探究的乐趣和成功的喜悦。如做“铁钉生锈”实验时,学生互相交换自己或小组的心得体会,甚至有学生了一根刷了油漆的钉子半浸在水作对比实验。又如二氧化碳与氢氧化钠溶液的反应时,学生将盛满二氧化碳气体的试管倒扣在装有浓氢氧化钠溶液的烧杯,反应后氢氧化钠溶液进入试管,直观生动的实验现象给学生带来了活的知识,这和以往生硬的记忆相比,的确有事半功倍的效果。
所以,在学生的化学学习过程中,完全可以利用实验这个手段进行探究性学习。
三、化学实验的多样性为探究性学习中验证假供了科学方法
和科学家进行的科学探究一样,探究性学习也具有问题特征、收集信息特征、假设特征、验证特征和评价反馈特征。学生在探究性学习中,针对发现的问题,在回忆总结已有的知识和经验、收集和整理信息的基础上,作出大胆假设或猜想,并通过化学实验对提出的假设或猜想进行证实或证伪。比如在元素化合物知识的学习中,就有一个问题可以采用研究性学习的方式。
提出问题:在卤素教学中涉及到这样一个问题,在NaOH溶液中滴加酚酞显红色,继续往试管中滴几滴新制的氯水,溶液褪成无色。为什么试管中的酚酞最终变为无色?
作出假设:
1、NaOH与氯水中:HCl、HCIO发生中和反应,使c(OH-)减小,酚酞变无色。
2、氯水中HCIO氧化酚酞使其结构破坏而褪色。
3、氯水中H+中和了NaOH中的OH―,使溶液显酸性,使酚酞变无色。
实验探究:
1、在NaOH溶液中滴加几滴酚酞,变红,逐滴滴入HCl溶液,直至溶液褪色,后返滴几滴NaOH溶液,发现溶液又呈红色。
2、在NaOH溶液中滴加几滴酚酞,变红,逐滴滴入氯水,到溶液褪色,后再滴几滴NaOH溶液,发现溶液不变红色。
3、在(2)实验的试管中滴几滴酚酞溶液,溶液又变红色。
4、用久置的氯水来进行(2)的实验,发现溶液仍变红色。
得出结论:
1、溶液中c(H+)、c(OH-)的变化等导致酸碱指示剂颜色变化。
2、新制氯水有很强的氧化、漂白性。
3、新制氨水使.NaOH的酚酞溶液褪色,是由于HCIO的氧化漂白作用。
4、久置氯水主要成分为HCl,无漂白性。
所以,化学实验不仅是学生探究性学习时验证假设或猜想的主要方法,也为学生将来从事科学研究提供了一种方法。这种对比式与解剖式棺结合的研究探索,已不再是单一的教与学的活动了,而是一种教、学、研并存的新型的教学方式了。在学生更多的参与中,使教学任务能高效率完成,而且更有利于培养学生的综合能力,增强他们的辩证唯物主义观念。
总之,实验探究是开发学生创新思维的有效途径,形式一定要灵活多样,不要把学生的思维局限于课本和参考书,要给学生以时间,让他们在大量的实践中学会探究,学会自主学习,这样,我们的教学才能在时间和空间上的到解放,做到事半功倍的效果。而学生在学习上也能克服枯燥的简单学习,完全自主积极的投入到自我发现的激情学习当中,不但能提高他们的学习积极性,也能把知识自我消化,以使成绩提高的更加真实。更主要的是对他们以后的人生指明了很好的学习精神和态度,使他们在遇到困难的时候不再茫然,而是以积极的态度解决问题,照亮前程。
参考文献:
[1]马联芳、叶传满.中学生研究性学习入门指导.上海:同济大学出版社,2001年10月
化学是一门以实验和应用为基础的基础理论课程,一切化学理论、化学原理、物质变化的规律都是以事实为依据,是前人与今人通过大量实验,归纳总结出来的。这也决定了化学学科的特点,化学是实验性很强的学科,通过实验教学可以培养学生的动手操作能力、思维能力和实事求是的科学态度。
一、实验教学在新课程中的突出地位
化学是一门以实验为基础的科学。化学教育的主要目的是向学生传播人类化学文化遗产的精华,让学生学会用化学的方法看待自然,解决生活中的问题,培养学生一定的科学研究能力,这是化学教育所应进行的科学教育。这一点在高一教材的开篇――《化学家眼中的物质世界》中就得以体现。
在以提倡学生为主体的多样化教学方式中,学生的实验意识、态度和技能将影响到整个高中阶段的化学学习,所以高中化学教学形式将更为倾向以实验探究、实验验证为主流的研究型学习模式。同时,作为知识传授方的教师就必须重新看待和认识所有的中学化学实验。
在高中化学的第一次学生实验中,要注意培养学生的实验意识、科学态度、动手能力、学习习惯、实验习惯和让学生初步领会科学研究方法等,这在整个高中化学教学中是非常重要、关键的一个教学环节。
二、突显课堂教学中学生实验的主体地位
课堂教学中突出展示实验的探究功能,不仅能有效地帮助学生理解所学知识,而且培养了他们的观察能力和分析问题能力。
例如,必修1专题1第二单元“配制一定物质的量浓度的溶液”的实验,是高中化学知识体系中的一个重要的定量实验,该实验涉及称量、量取、溶解、移液、定容、摇匀等基本实验技能,其中托盘天平的使用、量筒的使用、溶解等有关实验操作和定量实验中用量准确性等基本实验技能在初中化学中已学习过。
在教学过程中以复习“配制一定溶质质量分数的溶液”入手,由学生完成熟悉的溶液配制实验操作后,再简单介绍溶液转移、定量、摇匀等实验操作要领,“配制一定物质的量浓度的溶液”的操作步骤和过程则由学生自行安排。在操作过程中,针对具体的步骤可以进行适当的指导,完成全部操作后,引导学生对两组实验的操作的步骤和过程进行对比。通过实验的观察、对比和分析,归纳出两种定量操作在完成过程中的共同点和差异,进而总结出“配制一定物质的量浓度的溶液”的具体步骤和操作过程的注意事项。学生在按自己设计的方案进行实验时,可以体验到强烈的成就感。
若要对知识和操作流程的完整性进行一次更系统地认识,还可以让学生完成浓溶液配制稀溶液的实验,同时,注意操作过程中可能出现误差的情况。在学生实验过程中应强调规范化的操作,培养严谨的学习态度和求实的科学态度。
此外,利用学生已有的知识经验,创设人文教学情境,通过实验探究和影像资料,将知识与日常生活中生动有趣的现象联系起来,创设学习情境,使学生体验到科学研究在知识形成过程中的作用,借此,可以培养学生们的合作精神、问题意识和探究能力。
四、用正确的观念指导实验,让实验协助学习
化学虽然是一门实验性很强的学科,但是在处理“实验”与“理论”之间的关系时,也不能一味地强调“实验”的重要性,而忽视“理论”的构建对化学学科的重要性。任何纯“实验”与纯“理论”为主的观念,通过前人的实践已证实是片面的,而且也不利于化学学科的进一步发展。
例如,必修1专题2“氯气的制备”中突显了工业电解饱和食盐水获得氯气的方法,即氯碱工业。
在课堂实验中,可要求学生对具支U形管整体实验现象的观察去分析电解产物的种类并学会分析原因,同时让他们了解H2、NaOH、Cl2在不同区域内获得,并关注使用电极材料的特殊性,从而激发他们对新知识的强烈探究欲。
实验是科学赖以产生和发展的基础,探究是科学发展和科学教育的有效途径。因此,实验和探究都是中学化学课程实施的重要方式。同时也是化学教学中教与学的重要精神和理念。实验教学能验证知识,加深理解,但它首先应是一种探索,以培养创新意识,可见,实验又是探究的重要载体,如何利用和开发现行教材中的实验开展探究,实现实验与探究的整合,是每一位化学教师力图思考并尽力解决的问题。
作为精神和理念,实验与探究是并存的,都是历来已久的;但作为教学和学习的方式,实验教学已经形成了较为完整的理论系统和实践体系。因此,依托实验教学的已有体系可以为实验探究开辟更广阔的天地。具体的化学实验在内容和形式上不尽相同,但一个相对完整的化学实验方案,一般包括实验课题、目的、原理、用品及规格、步骤和操作、现象和结果处理、讨论与交流[1]等基本要素。分析和研究实验要素可以为实验探究搭建更多的平台。
1实验目的:由“验证”向“探究”转化
实验目的是实验要素中的核心要素。这是因为,实验的目不同,实验的内容、手段和方法就不同。笔者认为,实验目的的转变是理念层面的转变,即给学生充分探索答案的机会[2]。在新课程实施的今天,学生仍然使用“实验手册”,这大大地减轻了师生设计实验方案的负担,同时也抹杀了学生充分探索答案的机会,也会导致一部分教师“有而无忧”的心理,形成“饭来张口、衣来伸手”的坏习惯,磨灭了再创造的机会。倘若教师有“实验手册”而学生没有,教师的再创造是完全可能的,学生探索的机会也会增大。
有些“实验手册”中的实验,虽有“探究”之名,而无“探究”之实,或由于“实验手册”的存在而丧失了探究的可能。如一个“探究乙醇的性质”实验的“思考与猜想”栏目中,设置了如下内容:写出乙醇和水的结构式,请猜测金属钠能否跟乙醇发生化学反应?你为什么做出这样的猜想?将一块金属铜片放在酒精灯火焰的外焰上灼烧,可能发生什么反应?反应中铜表现出什么性质?将灼热的表面变黑的铜片伸入盛有氢气的瓶中,可能发生什么反应?反应中氢气表现出什么性质?你认为乙醇是否具有还原性?将灼热的表面变黑的铜片立即放入无水乙醇中,可能发生什么现象?请你将你的猜想设计成一个化学实验加以证明。这一设置表明了编者的“良苦用心”,千方百计“引导”学生设计实验方案,但就是因为“过分的设计”和“手册的出现”(后续问题的导向作用)导致了探究很难达到预期的效果。
该实验的内容则是乙醇与钠和氧化铜两个反应,只要稍作分析:乙醇与钠反应表现出氧化性;与氧化铜反应表现出还原性。可见,乙醇的氧化还原性是并存的,实际上,这是绝大多数物质的通性。倘若以此出发,可以设置如下问题引导学生进行猜想和方案设计:①乙醇有没有氧化性和还原性?理由是什么?②怎样证明乙醇有氧化性或还原性?可以选择哪些化学试剂?通过这样的问题设计,其开放性大,探究的可能性就更大,即使在“手册”里预先呈现,也不会给学生以暗示。
2实验原理:由“单一”向“发散”转化
一般实验中,实验原理是事先给定的,教师也很难对实验原理进行干预或改变,但制备物质往往有不同的途径,不同的制备途径所应用的原理可能有所差别。因此,在物质制备实验中可以对实验的原理进行探究,从而设计多种实验方案,并进行合理的选择。如制备Al(OH)3的各种方案是基于不同原理的:
①Al3++3OH-=Al(OH)3;
②Al3++3NH3•H2O=Al(OH)3+3NH4+;
③AlO2-+H++H2O=Al(OH)3;
④2AlO2-+3H2O+CO2=2Al(OH)3+CO32-;
⑤Al3++3AlO2-+6H2O=4Al(OH)3。
通过方案的设计、对比和分析,既巩固和拓展了知识,又使学生清晰建立Al(OH)3两性的概念。
又如,教材采用在沸水中滴加FeCl3的方法,利用加热促进FeCl3水解制取Fe(OH)3胶体:FeCl3+3H2O=Fe(OH)3(胶体)+3HCl。然后,引导学生思考:促进FeCl3水解的方法也不仅仅是加热,学生通过实验证明,将少量Na2SO3固体或溶液加入FeCl3溶液中同样也可以得到Fe(OH)3胶体,此法比教材实验更为方便,同时给化学实验寻找到更多的探究空间。
3实验装置:由“给予”向“创造”转化
化学实验中的实验装置往往是事先给予的,这不仅会导致学生对课本实验装置的僵化,同时也会对新的实验装置的解读产生困难,从而丧失了创新和创造的机会。化学实验装置往往由常见的玻璃仪器拼凑而成,一种任务可由不同装置完成。利用装置的分析解剖或技术改进创造新的实验装置,为实验探究找到了新的切入点和有效的途径。对具体装置的分析和研究中发现其存在的缺陷,设计新的装置来加以改进以创造更合理的装置。如气体发生装置、气体收集装置、尾气处理装置的改进和创造就是最为典型的例子。
通过对装置的改进和创造的探究,既让学生从原理上理解了装置的功能优劣,又拓展了视野,还培养发散和辐合思维,发展学生的创造性思维。通过气体收集装置的改进和改造,学生还总结出:收集密度比空气大的气体采用的装置是低进高出,收集密度比空气大的气体采用的装置是高进低出,排水法的收集装置实质上也是高进低出,这是由于气体的密度小于水的密度决定的。
实验装置的工业化又是装置有效探究的内容之一,如在氯碱工业装置的改进和创造过程中,不仅加深了学生对工业装置的理解,同时又明晰了科学技术发展的历程。
4实验步骤:由“指定”向“设计”转化
实验步骤是由实验假设和实验方案决定的,一个实验目的就有多种实验假设,会产生更多的实验方案,从而导致多种多样的操作步骤。而“实验手册”中却以“经典”步骤,把学生“做实验”的实践过程禁锢在“读实验”的文本对话中。教材需要“读”,实验也要“读”,实验在多重因素的影响下,自觉不自觉地走上了“只读不做”的大道。因此,有学者提出要突破和超越“读”的观念,强化对“做”的认识,在读与做之间寻求动态的发展,也许可以让科学教育走向一片更广阔的天空。
实验是“做”的良好机会,如果希望学生“做”,那必须给学生一定的“做”的自。例如,在探究氯水的漂白作用时,根据Cl2+H2O≒H++Cl-+HClO及H2O≒H++OH-和HClO≒H++ClO-可知氯水的成分主要有H2O、Cl2、H+、Cl-、HClO,还有极少量的ClO-和OH-,因此,对氯水中起漂白作用的微粒的假设是多样的,可能是一种微粒或多种微粒的共同作用,根据不同假设而设计的实验的方案也应该是多样的,学生选择实验的操作顺序则更应该是多样的。只有这样,实验的步骤才真正是学生自己亲手设计的。当学生亲手实践着自己的想法和设计,那是何等的享受啊!这是学生在“阅读”实验步骤时所无法享受的。
笔者认为,“实验手册”应该隐退为教师的教学参考用书,让学生有更大的实践自。在学生手里,应该是一张空白的实验报告单,这需要学生去书写、去创造。但这会给教师批改实验报告单带来很大的挑战,因为机遇与挑战并存,教师会迎接挑战;因为教育是为学生服务的,教师有责任迎接挑战;因为实验报告单是学生的作品,教师会学会欣赏。
5实验现象:由“事实”向“问题”转化
实验中,实际得到的理论预测的实验现象间存在3种关系:即完全一致,有些偏差,或截然不同。
如果实验现象与预测的截然不同,一般认为是基于不同机理导致的,教师往往会带领学生深入探究。如在进行Al的性质实验时发现,用除去氧化膜的Al片分别与H+浓度相同的稀HCl和稀H2SO4反应时,发现存在明显不同的现象:①跟稀盐酸反应快,产生气泡多;②跟稀硫酸反应慢,产生气泡很少。从而提出假设:①氯离子对反应有促进作用;②硫酸根离子对反应有抑制作用。并设计两种实验方案进行探究:①在稀硫酸中加入固体食盐,发现反应明显加快;②在稀盐酸中加入固体硫酸钠,发现反应几乎没有什么影响。最后得出结论氯离子对铝片跟H+反应有促进作用,这一探索结论与Cl-与Al3+形成配合物AlCl4-[4]从而加速致密氧化膜结构的破坏这一科学结论是一致的。:
如果实验现象与预测现象有些偏差,一般认为化学试剂的纯度原因,稍作解释以了事。实际上,这可能涉及更为广泛的反应机理,更有必要探究。如在盛有少量FeCl2溶液的试管中滴入数滴KSCN溶液(Fe2+不能使KSCN溶液变血红色),再向混合液中加入一定量的新制氯水时只有一点点浅红色,并没有预测中的血红色。这一探究活动中发现,滴加试剂的顺序不同会导致不同的实验结果,从而对操作步骤进行改进。
现实的问题往往是综合性的,化学实验中的意外现象、学生生活中遇到一些化学问题往往能开阔学生的思路,成为实验教学中的良好素材和探究起点。即使是与理论预测完全一致的结论也可以质疑。
6实验结论:由“确认”向“批判”转化
一般地,现象与预测吻合,结论与所学知识一致,这是实验成功的标志。笔者认为,这同样有推敲的必要性和可能性。如在比较酒精灯火焰温度的实验中,将一根小木条迅速平放入火焰中,1~2秒钟后取出观察[5],发现在外焰部分的木条被烧黑了,从而得出“酒精在外焰燃烧最充分,火焰中外焰温度最高”的结论。最新研究表明:酒精灯火焰温度的高低顺序为:内焰>外焰>焰心[6]。由此反思,小木条在酒精灯火焰中的炭化能否证明酒精灯火焰的温度高低?木材的炭化是一个复杂的化学过程,其炭化程度是由受热的温度、受热的时间和氧气的含量等多种因素共同决定。因此,木条的炭化程度不能反映酒精灯火焰温度的高低。从这一事例可以说明,即使是正确的结论也只能是相对正确的,科学是不断发展的,因此也有必要质疑,从而发展学生的批判性思维。教师决不能把教材的结论作为神圣的教条,而把自己和学生沦为书本的奴隶。学习和教学都需要质疑,有必要采用不同的方法和眼光进行阅读和思考,以免唯书本定势[7]。
上述6转化实现了3个层次的超越:首先,是理念层次上的超越,即实验目的由“验证”向“探究”转化;其次,是思维层次上的超越,实验原理由“单一”向“发散”转化突出了发散思维,实验现象由“事实”向“问题”转化和实验结论由“确认”向“批判”转化则突出了逆向思维和批判性思维;第三,是实践层面上的超越,即实验装置由“给予”向“创造”转化和实验步骤由“指定”向“设计”转化。因此,通过对各个实验要素进行方向性的调整都可以为实验探究搭建有效的平台。
然而,在实验探究过程中会遇到各种困难,以中学生所拥有的知识水平,很难得出完全符合实际的正确的结论,但这既是实验探究的特点,更是实验探究的精髓——注重结果更注重过程。
参考文献
[1]刘知新.化学教学论.第3版,北京:高等教育出版社,2004:160
[2]靳玉乐.探究教学的学习与辅导.第2版,北京:中国人事出版社,2003:186
[3]刘德华.“点击”学校课程:走在十字路口的科学教育,福州:福建教育出版社,2001:66
[4]北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学.下册.第4版,北京:高等教育出版社,2003:674
现代教学改革中越来越重视对于学生能力的培养,在教学中要多实行一些对于学生的综合发展有重要帮助的教学方式。在初中化学教学中实验教学对于学生的化学学习能力有很大的帮助作用,化学实验可以说是化学教学的灵魂,化学教学的理论知识需要通过化学实验的方式去验证,化学实验也是化学理论知识的体现形式,实验对于锻炼学生的动手能力以及培养学生的实验探究能力是具有重要意义的,化学实验将抽象的化学知识形象化,生动的呈现在学生的面前,能够帮助学生更好的理解和接受化学知识,因此提高化学实验教学的效率对于学生的化学学习具有重要的意义。下面就化学实验教学的教学策略提出几点建议。
一、增加化学实验教学的趣味性
实验可以激发学生对于化学知识学习的兴趣,在化学教学中要增加化学实验的趣味性才能够激发出学生更大的学习兴趣,加强学生对化学知识的记忆。在实验教学中为了让学生能够更有兴趣的投入到化学学习中,就需要增加实验教学的趣味性。教师在化学实验教学中要善于引导学生,对实验内容进行创新,以有趣轻松的形式展现在学生的面前。比如:在验证浓氨水能够使酚酞试液变红的实验中,教师可以说让学生观看“花儿变红”的实验,教师先将用酚酞试液浸泡过并且晾干的白色小花展现在学生的面前,然后拿出装有浓氨水小喷壶,给花“浇水”,让学生注意观察浇完水之后的小花,学生会惊讶的发现白色的纸花逐渐变成了红色,学生一下就被这个神奇有趣的实验吸引住了,调动了学生的学习热情,激发学生强烈的求知欲望,热情高涨的学生对于接下来的学习也是充满了兴趣,视觉上的冲击让学生感觉到新奇有趣,教师可以用这种方式让简单的小实验变得生动有趣,让学生记忆深刻,增加化学实验的教学效果。
二、给学生自主实验探究的机会,激发创新能力
化学实验教学不仅仅是让学生作为观看者看着教师做实验,为了能够让学生更加真切的感受到化学实验的乐趣,应该让学生多进行自主探究式的实验,让学生自己动手进行实验操作,可以以小组的形式让学生之间互相合作进行实验教学,实验过程中学生自己动手进行实验步骤的操作,能够逐渐掌握实验器材以及药品的使用方法,在实验的过程中学生可以进行讨论和研究,对实验步骤进行思考和探究。另外还可以让学生自由的进行实验探究,比如:在学氧化碳的性质的时候,可以先让学生对二氧化碳的性质进行猜想,学生根据自己的猜想设计实验步骤对猜想进行验证,教师可以为学生提供一些简单的实验器材和用到的化学药品,让学生自主的进行实验探究,按照课本上的实验要求进行实验只会让学生形成照着步骤做实验的惯性思维,学生的创新思维的发展受到了限制,实验教学的效果也就达不到理想的效果。学生设计完实验步骤之后教师可以进行适当的指导,保证实验步骤的可操作性和安全性,然后再让学生根据自己的想法进行实验,学生通过自己设计的实验验证了猜想之后会对气体性质记忆的更加深刻,加强了学生的实验设计能力,以开放性的方式让学生进行化学知识的学习,将学生的一些创新式的想法加入到实验步骤中来,鼓励学生动手、动脑的进行实验操作,培养学生独立学习的能力,树立勇于实践和创新的意识。
实验方案设计的原则是:科学性:实验原理、实验方法和操作过程必须科学、严谨、合理;安全性:实验操作要安全可靠、对环境无污染或污染小、对人身无伤害;可行性:方案要切实可行,所选仪器、药品、装置经济可靠;简约性:装置简单,操作简便,步骤少,现象明显,效果好.解方案设计题目的基本步骤是:①从题干中获取与试题有关的概念、原理及设计的方案,了解要探究的问题和实验的目的.②回忆相关的概念、原理,然后抓住概念和原理对试题呈现方案的每一步进行具体分析,特别是对比实验的不同进行分析,并明确每一步的目的:或由操作推出现象,或由现象得出结论,或反推,或模仿试题中的方案,自己重新设计新的方案,或对操作中的具体问题进行分析.③从教材上已有的探究方案中获得灵感,借助原型启发帮助解题.
1.概念和原理型方案设计题
这类试题是以初中化学所涉及的主要概念或原理为主线设计的,主要是验证性或探究性实验设计及改正性实验设计,实验的目的主要是验证或探究化学概念和原理,或课本原有实验的优化,解题的关键是抓住概念或原理来分析,特别是借助课本上的原型启发,通过类比思维获得思路和方法.在设计实验方案时要注意通过设计对比实验得出结论,同时要注意控制变量法的使用.
1.探究实验在高中化学教学中的重要含义
高中化学教学中应用探究实验,是以学生为主体单位,老师仅仅是一个引导角色,对学生的方向进行指引与提供必要性帮助。学生自己针对问题提出猜想与假设,然后在教师的指导下开始设计关于猜想与假设的实验,实验基础条件达成后学生进而开始动手操作实验,逐渐验证猜想与假设。最终学生根据实验结构反思整个实验过程,并进行书面或口头总结汇报,老师对汇报内容进行指导性回复。
2.探究实验主要程序过程
从上文中我们可以得知探究实验主要是学生自己或团队完成的,整个程序包括:①提出问题;②学生根据提出的问题进行猜想或假设;③设计实验方案,以待完成验证;④学生动手实验,验证实验;⑤实验得出结论;⑥对实验过程进行反思并汇报;⑦老师指导总结。这几个步骤是主要的程序过程,其主要程序如图1-1.2:
从上文主要的程序过程中我们可以看出,探究实验过程就是学生动手思考总结的过程,学生在这个过程中能最大限度激发学习兴趣与自主能动性,充分发挥学生优势与潜力,对于促进学生综合发展有十分重要的意义,因此,在高中化学中实行探究实验教学模式势在必行。
二、探究实验在高中化学教学中的实际应用
高中化学中并不是所有的实验都是操作性实验,除此之外还存在知识性实验与能力性实验与创新演示性实验。
1.操作性实验
操作性实验是高中化学中最为常见的一种实验类型,以动手操作为主,能够在实验操作后即时得出实验结果。其主要目的在于让学生熟悉实验器材、实验步骤,加深对知识的掌握程度。
2.知识性实验
高中化学中有一个较为简单的实验:氯水漂白实验。将未知液体加入试管,液体占1/3位置。用镊子夹起事先准备好的紫色纸条,放入液体,进行充分振荡,1~3分钟后纸条颜色褪去,实验结果证明该未知液体中含有含氯物质。此类实验需要用到以往学习过的旧知识,引入新的知识,进行有机融合。
3.能力性实验
能力性实验的主要目的是培养学生的动手、观察、思维、分析能力,是一种综合性较强的探究实验。
4.创新演示性实验
此类实验主要是建立在原有基础知识上,通过演示性实验的改进对实验后的现象进行总结分析解释,通过新的改进实验帮助学生巩固所学旧知识。
三、高中化学教学中应用探究实验教学策略
为了方便阐述如何在高中化学教学中应用探究实验教学模式,本文以高中化学中较为常见的《碳酸氢钠与稀硫酸反应》实验作为研究对象。
1.提出问题
碳酸氢钠与稀硫酸反应需要的条件是什么?反应结果是什么?生成何种物质?化学式如何构成?
2.猜想与假设
碳酸氢钠与稀硫酸反应需要常温/加热或者振荡/搅拌反应条件,反应结果物质中应该包含有硫酸、钠、水等分子,化学式需要实验加以证明。
3.设计实验方案
首先准备实验器材:铁架台、分液漏斗、平底烧瓶、瓶塞、烧杯、玻璃盖等,准备反应物质:稀硫酸、氢氧化钠。将实验器材按照教材规定步骤进行组装,学生在组装过程中,老师进行指导与纠正。
4.进行实验,验证猜想与假设
扭开装有稀硫酸的分液漏斗,让稀硫酸缓缓流入装有氢氧化钠的平底烧瓶。这时候可以通过平底烧瓶清楚看见,稀硫酸溶入氢氧化钠开始产生剧烈反应,以白色泡沫为主,产生气体通过烧杯以向上排空气法进行收集产生气体。将燃烧的蜡烛置入收集的气体,蜡烛熄灭,说明收集的气体不能提供氧气,根据所学知识向学生提问:“这种气体最有可能是哪一种气体”,学生纷纷回答:“CO2”,实验操作完成。
5.得出结论
针对以上实验,老师对学生进行引导性教学:“从刚才的实验过程中,大家认为此反应需要的反应条件是什么呢?”此时学生纷纷回答:“常温反应,不需要加热”;“反应过程中需要振荡或者搅拌么?”,“不需要”;“我们反应前两种物质是H2SO4与NaHCO3,根据能量守恒定律,我们已知得出气体有CO2,那么同学们根据我们前面所学知识假设反应结果中含有硫酸、钠、水等分子,这个猜想是正确的,有谁知道具体的反应物质”这里学生开始纷纷思考与计算化合价,充分调动学生思维与自主能动性。经过适当的引导与讨论,老师将正确的化学式写出: