时间:2022-08-28 00:55:22
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇化学实验设计,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
(1)化学实验设计的意义。化学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也有重要意义。首先,它可以激发学生的化学学习兴趣。学生根据自己所学的化学知识,独立地或在教师启发下,设计出各种实验方案,成功地解决化学实验问题,从而产生成功后的喜悦,激发起更大的学习热情,成为进一步学习的强劲动力。其次,设计化学实验方案需要学生灵活地和创造性地运用所学的化学基础知识和化学实验基本技能,可以发展他们解决化学实验问题的能力和创造能力。另外,进行化学实验设计还需要学生掌握各种科学方法,如实验、测定、实验条件的控制、假说等,具有严肃认真、一丝不苟和敢于创新的精神,有利于学生认识和掌握科学过程与科学方法,形成正确的化学实验态度、情感与价值观。
(2)化学实验设计的原则。明确化学实验设计的原则是进行化学实验设计的前提。进行化学实验方案的设计时,应遵循以下几项基本原则:
1.科学性。科学性是化学实验方案设计的首要原则。它是指所设计的演示实验的反应原理、操作程序和方法等,都必须与化学理论知识和实验方法论相一致。例如:制CO2最好用稀HCl,不能用浓HCl或H2SO4,因为浓HCl具有挥发性,而H2SO4和CaCO3反应生成的CaSO4反而会阻碍反应的进行,若要用H2SO4,则大理石必须研磨成粉末。
2.安全性。实验设计时应尽量避免使用有毒药品和进行具有一定危险性的实验操作。如果必须使用,首先应注意有毒物品的吸收处理,以防造成环境污染和人身伤害。其次,要了解可采取哪些措施消除不安全因素,并详细说明操作中应注意的事项。再次,还必须注意实验操作要规范。有些实验虽然具有一定危险性,但只要按操作规程进行,是不会发生危险的。
3.可行性。设计的实验方案要切实可行,所选用的药品、仪器、设备和方法在现有的条件下能得到满足。例如,制取CO2时就不能用C和CuO高温加热来制取,因为这个实验条件要求较高,有一定的危险性,而且会有CO生成。
4.简约性。简约性是指设计的实验要尽可能采用简单的装置或方法,用较少的实验步骤和药品,能在较短的时间内完成实验且能观察到明显的现象。例如,尽量采用随用随取装置,像启普发生器或装有分液漏斗的制取装置;物质的鉴别可先通过颜色、气味、水溶性、密度等物理性质加以区别。
5.经济性。综合考虑原料的用量与价格。只要能达到实验目的,药品尽量少用,能做微型实验的尽量做微型实验等。
(2)化学实验设计的内容
一个相对完整的化学实验方案一般包括下述内容:
1.实验目的。要明确做实验的目的是什么,为什么要这样去做,通过实验要想得到怎样的效果。
2.实验原理。对于化学实验来说,实验的原理一般是化学反应方程式。对实验所涉及的化学反应要清楚明了。只有知道实验的原理,才能对实验所需的药品、器材、实验注意事项等明了。
3.实验用品。根据实验原理确定实验所需的实验用品,如,药品、仪器、装置、设备及规格等。
4.实验装置图、实验步骤和操作方法。根据原理、用品等确定实验装置,先画一个实验装置图,做实验的时候根据图连接实验仪器。对实验步骤、操作方法也要明确,实验开始的时候要预先写好,不要到做实验时才去临时决定。
中学实验教学的创新设计和改革应符合中学生年龄特征和认知水平,使中学生通过自身努力,能够完成实验的创新设计。化学实验方法的研究,有利于培养学生科学素质和科学理念,有利于学生掌握科学研究方法。学生科学理念的形成,是产生科技创新的萌芽,是产生科学研究兴趣和实现科学理想的种子。
中学化学实验的改进、研究和创新,更有利于培养学生环保意识和安全意识,有利于学生了解社会。化学实验的改进和创新许多都是围绕以减少室内污染,保证实验安全和减少药品消耗为目标展开的,这对培养学生的环保意识、增强安全意识都是有益的。
长期以来,人们对化学实验的教学功能认识不足,开发不够,把化学实验的教学功能仅定位在验证化学原理,训练学生实验基本操作和基本技能上,这样的定位过于狭隘,忽视了化学实验在训练学生创新思维方面的重要教学功能,从而影响了化学实验教学价值的体现,也影响了化学教学质量的提高。
本文通过对初中化学实验教学的设计与改进,对培养学生的创新能力进行探讨。
1.基本原则
指导学生对化学实验进行创新设计和改进,首先要对实验的创新设计方法进行指导并提出具体要求。中学化学实验创新设计和改进原则的要求:
1.1 直观性、易于观察原则
化学实验就是通过实验现象对实验原理进行验证,进而得到实验结论。如果实验现象不明显,就失去了实验设计的价值。因而,一个好的实验设计必须保证实验现象更加明显,实验效果更好,更易于观察。初中课本中有些实验的直观性不很强,很难观察。如果课堂上做这些实验,学生观察起来较难,特别是坐在后边的同学看不清楚。
1.2 简易性、快捷性原则
实验操作是否简单、方便,是判断、评价实验方案是否具有具体实验价值的重要因素。如果实验装置复杂,操作不方便,超过了中学化学实验室所配置的常用仪器,超过中学化学对实验的基本要求;实验耗时较多不便于在课堂上做,或实验装置设计不符合简单、操作方便这一要求,就不便在中学推广、应用。这就需要保证设计的实验切实可行,实验速度快捷,实验条件符合基本要求,实验条件易于控制。
1.3 安全性、无污染原则
中学化学实验要以实验安全第一为前提,由于化学实验的自身特点,一般都存在一定的安全隐患,容易造成实验室污染等。因而设计的实验应充分考虑安全因素,防止事故发生,消除事故隐患。实验设计过程中,要有尾气处理装置,装置气密性好,避免气体泄露。要求实验过程确保师生的身心安全,确保无事故发生,确保不污染环境。化学实验装置必须是有安全保证和无污染的装置。
1.4 节约原则
通过实验的创新设计达到减少药品用量,减少废液的产生,减少仪器的使用件数,寻找廉价且耐用的药品或仪器作为代用品,从而达到降低实验成本的目标。实验中尽量使用微型化学仪器,提高药品的利用率。同时通过化学实验,使学生了解工业生产中降低生产成本,进行产业创新,提高经济效益的意义和价值。
1.5 科学性原则
科学性是任何科学发明、创新和设计的基本原则,就是实事求是,遵照自然规律办事,来不得半点虚假。传统的经典实验,经过几代人的教学实践与应用,在科学性方面一般不存在问题。如果一个实验方案违背了科学规律,不能进行有效的实验,不符合实验要求,就失去了创新的价值。对一些实验改进,由于考虑不周,可能会违背科学原理。主要考虑以下几点:①实验现象明显;②能合理准确地验证实验原理;③能合理准确的说明实验结论;④实验条件可控制。
2.实验设计与改进的策略与方法
设计和改进实验的策略与方法通常包括以下几个方面。
2. 1 巧妙构思,改进常规实验装置
教科书上介绍的有些化学实验仪器和装置已有百余年的历史。例如酒精灯、贮气瓶、水电解器、启普发生器等。教师通常把这些内容视为经典,在习惯定势的作用下,不断进行简单重复,常常忽略了学生求新求异的欲望。所以,在教学中用简约、绿色化思想改进常规陈旧仪器装置具有重要意义。
2. 2 正交实验,选择合适的反应条件
对那些受催化剂、药品比例、温度、压强、时间、介质等诸因素影响的实验,要想获得最佳反应条件,必须利用正交实验设计法进行研究。
2. 3 因地制宜,自制非常规仪器用品
融知识性、科学性、趣味性、创造性为一体的自制、改进非常规仪器用品,不仅可以激发学生学习化学的兴趣,还可以体验创造成功的快乐,激励学生勇于探索,大胆创新。
2. 4 突破常规,调整药品种类及用量
关键词:高中;化学实验;创新设计
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)01-001-01
化学是一门以实验为基础的学科,实验在化学教学中具有独特而不可替代的功能和作用,化学实验教学的优劣直接影响着化学教学的质量和效果,加强实验教学的改进是提高化学教学质量的重要环节。只有对化学实验进行不断地设计和创新,化学实验才会充满活力,保持其在化学教学中的独特魅力。
一、中学化学实验改进和创新存在的主要问题
目前,化学实验改进和创新大多是教师为了产生更好的教学效果、激发学生的学习兴趣、节省药品等实验经费、环境保护而进行的一项教材再开发工作。
1、中学化学实验缺乏深度开发
目前,在中学化学实验改进和创新方面,大多是对教材中现有实验进行改进或者进行简单延伸,很少进行深度的开发。比如把微观世界生动地展示在学生面前的实验设计就非常少见,还有定量实验的设计也相当稀少。
2、学生未能成为化学实验创新主体
目前中学化学实验改进和创新还只是教师的事情,学生只是被动的接受创新成果,没有变成创新的主体。实验只是学习化学、研究化学物质的一种方法,创新是为了让学生更快更好的了解事物的本质,创新应是学习和研究过程中的自发行为,学习的终极目的应是学习科学创新的精神和方法。
3、实验改进创新没有延伸到课堂之外
化学在学生的生活中可以说无处不在,要提高学生的实验能力和实验素养,不能只仅仅利用课堂45分钟,还应鼓励学生利用生活中的常见物质设计一些验证性和探究性实验,由学生在家中独立完成。
4、实验的改进与创新缺乏育人功能
育人功能最薄弱的是长期以来实验改进和创新的目的只是为了帮助学生理解、巩固化学知识,培养操作技能,而忽视了实验改进和创新对情感态度价值观、能力等育人功能的培养。
二、高中化学实验设计与创新
以体现氧化还原反应本质的实验课堂教学设计为例。
1、教学目标
(1)从微观的角度理解氧化还原反应的本质。
(2)掌握氧化还原反应的相关概念及相互之间的关系。
(3)培养学生的实验观察能力、实验分析能力、学科综合能力。
2、教学重难点
(1)氧化还原反应的本质。
(2)氧化还原反应的相关概念及相互之间的关系。
3、教学过程
(1)教学内容和教学情景设计
①思考交流:由学生列举几个氧化反应和还原反应的实例,讨论交流这类化学反应的分类标准并请写出所列反应中的氧化剂还原剂。意在以问题驱动,培养学生深层次思考问题的能力。②提出问题:Fe+CuS04=Cu+FeS04是氧化还原反应吗?氧化还原反应的本质是什么?设计意图:在实验中培养学生发现问题分析问题、得出结论的能力。③实验:将铁在潮湿的空气中生锈。这一氧化还原反应通过一个实验来快速完成。组装仪器,加入相应的药品进行实验,当学生观察到溶液中有少量的铁绣生成后,在实验装置中连接上灯泡,学生观察到灯泡发光后再在线路中连接上电流计,通过电流计指针偏转的方向来判断原电池的正负极。设计意图:培养学生的学科综合能力。④提出问题:灯泡为什么会亮?什么物质是这个电源的负极?电子从哪种物质中流出?⑤思考交流:结合初中从得失氧的角度判断氧化剂还原剂的方法进一步分析有电子流出的物质在氧化还原反应中作氧化剂还是还原剂、发生什么反应?得到电子的物质作氧化剂还是还原剂、发生什么反应?⑥实验:将氯化钠溶液换成硫酸铜溶液,撤除氧气制备装置,线路中连接上灯泡和电流计,将“Fe+CuS04= Cu +FeS04”这一反应用原电池实验来实现。⑦思考交流:Fe+CuS04=Cu+FeS04这一反应过程中也有电子转移但是没有氧的得失是氧化还原反应吗?氧化还原反应的本质是什么?⑧思考交流:Fe+CuS04=Cu+FeS04这一反应中的氧化剂、还原剂分别是什么物质,分别发生了什么反应?⑨提出问题:物质得失电子后所含元素化合价如何变化?
(2)学习任务和学习活动设计:
①培养学生独立思考的能力。学生通过回顾初中所学知识列举出“金属生绣、食物腐败、物质的燃烧”等为氧化反应,氢气还原氧化铜时氢气发生氧化反应, 氢气是还原剂,氧化铜发生还原反应,氧化铜是氧化剂。②培养学生逻辑思维能力。观察实验现象,通过讨论、交流、分析得出“铁生锈这一氧化还原过程中有电子的转移,并通过指针的偏转方向得知铁是电源的负极,电子由铁铁流出,铁在生锈的过程中失去电子-发生氧化反应-作还原剂,氧气得到电子-发生还原反应-作氧化剂。③培养学生归纳总结能力。观察用原电池实验来实现Fe+CuS04=Cu+FeS04这一反应灯泡发光和指针偏转的实验现象,分析得出氧化还原反应的本质是电子的转移,失去电子的物质是还原剂,在反应中所含元素化合价升高,得到电子的物质是还原剂,在反应中所含元素化合价降低。
本文以体现氧化还原反应本质的实验设计为例,实验现象明显,操作简单,把抽象的概念原理形象化,填补了目前微观概念领域实验的空白,使实验现象更明显且增添了实验的趣味性。实验所用仪器设备简单、易得,现象明显,可操作性强,适合中学化学教学,且将此实验应用于课堂教学,设计成探究性课堂教学,能激发学生的创新意识,提高学生的创新能力。
参考文献:
[1] 叶 澜.教育学原理.人民教育出版社,2007
[2] 刘新知.化学教学论.北京:高等教育出版社,2004.170
[3] 宋心奇.普通高中课程标准实验教科书化学必修2.人民教育出版社,2007
【关键词】中学化学 实验设计 整合法 缺陷改进法 反向思维法
传统中学化学实验大多以验证性为主,因此招致不少批评,许多人主张应将验证性实验改为探索性或研究性实验。其实,验证性实验和探索性、研究性实验各有不可替代的作用,关键是如何有效地发挥它们的功效,因为不管哪种形式的实验都有创新的设计。中学化学实验设计的常用方法有三种。
一、缺陷改进法
缺陷改进法指发现现有实验的缺陷,进行改革或革新的方法。改进首先是发现问题,而创新就是要解决现有的问题,每发现一个缺陷,提出一个问题,也就是找到了一个创新的课题。如:空气中氧气含量的实验测定。
如图1所示,利用红磷燃烧消耗空气中的氧气(4P+5O2 2P2O5),从而使容器内形成压力差,打开止水夹后,水进入容器内。进入容器中的水的体积,可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。
该实验在设计原理上就存在不合理之处。反应物浓度越小,反应的速率越慢。燃烧进行时,集气瓶中氧气的浓度越来越小,到一定的限度(此时还残留一定量的氧气)时,燃烧就会停止。这也是有些物质不能在空气中燃烧,但能在氧气中燃烧的原因。因此,从这个意义上说,利用燃烧试图除尽空气中的氧气,是难以达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高,因此就更无法除尽氧气了。另外,该实验装置可能发生气体泄漏的地方也较多,加之将燃烧着的红磷伸入集气瓶中时会加热内部的空气,使之外逸,这些都会导致实验现象达不到预期的效果。
要做好该实验,关键要注意以下几点:(1)用更易燃烧的可燃物代替红磷(如白磷);(2)装置的气密性要好;(3)燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快,并塞紧塞子(最好没有这一步骤)。
基于以上分析与思考,可将原实验进行如下改进设计:
(1)用凸透镜将太阳光聚焦到白磷,使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图2。
(2)用水浴加热的办法使白磷燃烧,也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅为40°C,水温稍高,足以使白磷着火燃烧。如图3。做此实验时,盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中,以免广口瓶因骤热而爆裂。可先用温水淋浴后,再将热水注入外面的大烧杯中。
(3)用钟罩代替集气瓶进行实验,如图4所示。钟罩下方敞口,气体受热膨胀时,可将水压出一部分从而产生减压作用。用此法可减少气体泄漏的可能,准确性比原实验方案高。
(4)在一端封闭的粗玻璃管内放一小粒白磷,用胶塞塞住,并将其推入到玻璃管中部,记下位置。用酒精灯微微加热白磷,使之燃烧,可观察到白磷燃烧有大量白烟生成,胶塞被推向外侧(右侧)。待装置冷却,胶塞逐渐向内侧(左侧)移动,根据胶塞停止时的位置,确定空气中氧气的体积。如图5。
对化学实验进行观察、研究、分析,发现其缺陷,并在此基础上探索改进,就可以对化学实验进行创新。缺陷改进法创新化学实验的一般步骤为:(1)选定化学实验;(2)找出实验的缺陷;(3)针对缺陷研究改进方案。
二、整合法
整合法是将一些相关的化学实验按某些内在联系或特征进行新的整合,设计新的实验方案的实验创新方法。爱因斯坦曾说过,为了满足人类的需要而找出已知装置的新的组合的人就是发明家。同样,将已有的化学实验按一些共同特征或功能进行合理整合,使其具有某种新的功能也是对原有化学实验的一种创新。
例如验证“二氧化碳与水的反应”的化学性质,一般教材上都是将二氧化碳气体通入到滴加了紫色石蕊试液的蒸馏水的试管里,振荡,观察到紫色石蕊试液变成红色的现象。同时作出判断,二氧化碳与水发生了反应,反应后生成了一种酸。这对于学习化学不久的初三学生来说,会存在很大的困惑:首先是第一次接触到酸碱指示剂,对酸能使紫色石蕊变红色的事实不知道;其次,干燥的二氧化碳能不能使石蕊也变成红色呢?为了能更好地解释清楚这些问题,可以将这个实验设计成如下图所示方案:
用吸水性较好且有一定强度的纸折四朵小花,将其完全浸入石蕊试液中,取出晾干后,再浸入石蕊试液中,取出晾干。直到纸花变成明显的紫色为止。
向第一朵小花上喷稀醋酸(或稀盐酸等),纸花变红色,说明石蕊试液遇酸变红色;
向第二朵小花喷水,纸花不变色,说明水不能使石蕊变红色;
将第三朵纸花放入集满二氧化碳的集气瓶中,纸花也不变色,说明二氧化碳不能使石蕊变色;
第四朵纸花先喷水湿润,再放入集满二氧化碳的集气瓶中,纸花变红色,说明此时有酸存在,是二氧化碳与水反应的产物碳酸。
取出第一朵和第四朵变色的纸花,分别放在酒精灯火焰上加热。第一朵纸花不变色,第四朵纸花变紫色。由此说明碳酸不稳定,遇热分解。
这个实验设计将酸使酸碱指示剂(石蕊)变色实验、二氧化碳与水反应生成酸、碳酸不稳定等实验巧妙地整合在一起。装置简单、操作简便、无污染、实验现象明显、趣味性浓,学生容易接受。
运用整合法创新化学实验时应注意:(1)整合实验应是在对原先实验进行变形的基础上再将它们进行有机融合,并不是简单地拼凑在一起;(2)整合后的实验应易于操作,仪器装置应简明;(3)要有新的实验效果。
三、反向思维法
对于某一化学实验,其仪器装置都有特定的要求和用途,但并非绝对不可改变。同样,完成某一实验也绝非只能用某一种仪器装置。进行化学实验设计,涉及仪器装置应遵循“一装(置)多用”或“一用多装(置)”的原则,做到“变式思考”,达到科学合理、简单易行、便于操作。反向思维法是沿着事物的相反方向,用反方向探求的思维方式对现有的实验设计进行思考,从而提出新的实验设计的一种实验创新方法。如从实验的相反功能或性质,去设想和寻求解决问题的新途径,从而获得新的实验设计。例如在演示完用碳棒(惰性电极)电解CuCl2溶液的实验后,引导学生弄清电解原理后,将原实验阴阳两根电极(此时阴极碳棒上已附着红色的铜)调换再进行电解,可观察到一段时间后已改成阳极的碳棒上附着的铜消失了。显然,将阴阳两极调换后,可以为非惰性电极作阳极时的电解原理的学习打下基础。又如,课本中制备溴苯的实验中是将溴和苯先加入烧瓶,然后向烧瓶中再加入铁粉(即溴和苯静、铁粉动),由于反应物已全部加入烧瓶,加入催化剂后,反应剧烈无法控制,导制溴挥发并从导管溢出而达不到预期目的。基于这个考虑,可将实验操作改为:先将铁粉加入烧瓶,将溴和苯的混合液加入分液漏斗,通过分液漏斗的活塞来控制滴加液体的速度,从而克服原实验的不足。
关键字:新课标;中学化学;实验设计;创新
1、采取新课标的方法,进行素质教育发展
新课标的学习主要以培养学生的科学素养为目的,训练他们的独立创新的能力和团队合作的能力,从知识,技能,情感三个方面进行系统的教育培训,重视他们学习方法和过程的教育,利用新课改的目标,结合当前学生的个性特点,以素质教育的方式,更好的培养学生的科学素养,锻炼他们的创新能力。首先可以强化教师是配角,学生才是课堂主体的实验教学方案,调节一个宽松,和谐,友好的课堂气氛,这样才能为学生自主创新,不断地好奇疑问创造良好的条件,才能尽可能的利用这个学习的舞台,转变教师的陈旧观念,开拓创新。其次就是要注重学生思想教育,生活态度的培训,在新课标的课程学习基础上注意培养学生的热爱祖国,热爱生活,热爱集体的美好感情认知,进一步的指导他们现代化学对人类的影响,化学是如何促进人类生活质量的提高,如何改变人们的生活态度和价值观,人生观的,重视知识和能力的协调发展,学会如何分析现象,如何观察和思考实验的能力。
2、鼓励学生探究式的学习化学,自己动手设计实验
化学的学习一般都是要求实验的研究,首先鼓励学生实验前的学习研究,在学习化学的过程中不仅要带动学生的课堂学习,活跃的课堂气氛才能更好的促进交流与发展,可以改革教师的教学方法,注重学生个体的研究,可以组织一些学生进行课外活动的调查,在进行课前指导,课中教育,课后总结方面,让学生自己浅谈个人的想法和观点,并且密切关注学生的身心健康状况,积极指导学生思想心态情绪,课堂内采用提问、小组讨论等,让学生踊跃发言,说出自己的观点,这样在学习的过程中,学生就会保持良好情绪,活跃的思维,积极向上的思想状态。然后,引导学生进行实验操作,具体的如下:
在演示一些实验的时候,要注意学生的观察态度和方法的教育,例如在做如何检验NaOH是否变质的实验的时候,向容器里滴加稀盐酸,若产生气泡则说明会变质,没有就说明不会,教师可以在前面做实验,让学生自己来仔细的观察,最后由观察的学生来总结结论,教师补充,这样不仅锻炼了学生的观察能力,思维能力,表达能力,还提高了学生的学习兴趣,解开了他们的疑问,满足他们的好奇心,同时又加强了知识的教育。同样地教学内容如果就单纯的讲解根本不会产生如此的活跃效果,所以要把课堂教育作为学生学习生活的主阵地,更多的调动他们的积极性。
适时的抓住学生的心理特点,注重探究性实验的指导,在实验的时候可以专门的向学生提出一些比较不经常的问题,让学生自己动手操作,但要注意这些实验的安全性,例如可以指出一些问题让学生自己动脑思考,溶液混在一起会发生怎样的反应,是氧化还原反应还是分解性反应,是碱性的还是酸性的都可以让学生学会探索。比如,一次课堂听课上一位老师这样的作自我介绍的,用酚酞液在白纸上写了老师的姓名,贴在黑板上,然后往白纸上喷洒NaOH溶液,纸上立即显现老师的名字,让学生感悟到化学的多姿多彩,使学生沉浸在乐趣里,这样不仅调动了他们的积极性,而且还拓展了他们学习的范围,更加增添了他们对化学学习的热情,从而全面的提高他们的综合素质。
3、指导学生由课内到课外的延伸
在学校的教育中要多鼓励学生进行课外的探究,因为实验的目的不仅是要让学生的高分,而是注重能力的培养,分析问题、解决问题的能力,有意的设计一些与社会生活有关的话题,鼓励学生多参与,多讨论。例如: 可以带学生到附近的河流检测水污染问题,还可以带领学生参加化工厂,也可以开展小组调查队,对该学校附近地区进行污染问题调查,研究,治理等一系列的活动,还可以办一些小讲座,为当地居民的讲解一些化学与健康的问题,推动化学与环境保护,与生命科学的联系,例如:治疗胃病的药物有氢氧化铝和碳酸氢钠,但是对胃溃疡患者哪一个更合适呢?让学生讨论、比较,指出碳酸氢钠与胃里的盐酸反应会产生气体,不宜使用,这样可以指导学生运用化学技能解决更多的实际性问题等, 让他们学会化学学习是作为一种生活技能在日常生活中指导生活实践,还有可以让学生学习自制可乐,在网上查资料,向老师提问等方式,进行自己动手实践操作,还有如果当他们在生活中遇到一些煤气中毒,而不会单纯恐惧而束手无策,让学生深刻的认识到学习这门课程的重要性。
三、总结
总而言之,化学是一门应用很强的学科,与社会生活有着广泛的联系,学习化学不能以课本,教材为主。要培养学生的观察能力和实验能力为目标。可以逐步引导学生开展实验及活动。通过这样的学习锻炼,培养学生的责任感和团队合作意识,为开发学生创造性思维提供更多的机会,达到培养真正有能力有知识的一批创新型的化学人才的目的。
参考文献:
一、课堂上教师设计探究性小实验,培养学生探究学习的兴趣
化学教学中有很多让学生惊讶的化学实验现象或化学事实,这些新奇的事物刺激着学生,让学生产生好奇心,从而再将这种好奇心转化为学习的兴趣和进一步探究的动力。例如,讲“碳的几种单质”一课,教师可设计如下一组小实验:(1)将冷的瓷盘罩在蜡烛火焰上方,利用蜡烛不完全燃烧产生的碳写出一个“C”字;(2)用玻璃刀裁玻璃;(3)用石墨在纸上迅速画出一张金刚石晶体模拟图;(4)用石墨把电路接通,电灯泡亮了。
以上实验激起了学生的好奇心,让学生产生了“为什么”的悬念。为了进一步激发学生深层次探究的兴趣,紧接着介绍“金刚石与石墨的异同”,教师又可讲故事的方式描述三个事实:(1)17世纪意大利佛罗伦萨科学院的院士们在观察金刚石怎样反射阳光时,突然价值千金的金刚石变成一股青烟消失了,这出乎意料的变化把院士们弄得惊诧不已。以后,化学家们进行了很多实验,他们把金刚石放在充满氧气的密闭容器里燃烧,然后测定容器内的生成物,发现竟然全部都是二氧化碳。(2)煤放在隔绝空气的条件下很快加热,使杂质挥发,剩下的纯炭就成了石墨。(3)1797年法国化学家谈拉德做了一个成功的实验,他称取等质量的金刚石和石墨,分别使之充分燃烧,结果得到了相等质量的气体,该气体都能使澄清石灰水变浑浊。
在这堂课中,将有关碳单质的有趣小实验和故事安排进去,在知识教学中注意培养学生的兴趣和对科学的情感,且小故事又再现了科学发现的过程。这对于培养学生探索真理的科学态度有着重要的作用,大大激发了学生探究学习的兴趣。
二、改变传统的化学实验观点,培养学生科学探究的方法
我国传统的化学实验教学的目的是让学生学会、学懂相关的知识和技能,教师往往是先讲授理论知识,然后进行实验演示,把实验现象、结果与新知识作对应比较,最后由教师作概括和总结。通过实验教学,学生学会实验的操作,记住仪器的名称,学会观察和记录,学懂相关的化学基础知识,会对实验现象进行合理的解释。学生全都学会、学懂、记住,教学任务也就完成了,至于化学学科中的科学方法,以及为什么这样做实验,实验是怎样设计出来的,似乎很少引起师生的共同关注。
现代教学观点认为,教学的方法应该与思维的方法一致,思维过程与化学学科的探究性实验的教学过程是相当一致的,化学实验应以探究性实验为主。因此,实验教学应变演示实验为学生实验或边讲边实验,变验证性实验为探究性实验,尽量让学生自己探索,得出结论。例如学生在做二氧化碳与石灰水反应的实验时,发现用嘴通过吸管向澄清石灰水底部吹二氧化碳气体而产生沉淀的过程,是一个反应较慢的过程,而且发现吹入的二氧化碳气体会很快地、无多大变化地溢出溶液表面。同学们由此联想到一个问题:教材上为什么规定不能用排水集气发来收集二氧化碳气体呢?针对这一问题,有的学生就开始探索,他们查找了二氧化碳气体在常温下的溶解度等资料,并做了大量的对照性实验,如用排水法和排空气法在同等条件下分别收集二氧化碳气体,再比较收满气体所花的时间及所收集气体的纯度等。结果他们发现,二氧化碳气体不仅可以用排水法收集,而且收集的二氧化碳气体更纯、更快,从而更正书本上的结论。对于这种大胆质疑,勇于探索并进行科学探究的精神,教师应大加鼓励。由此可见,在中学化学实验教学中,有一部分内容可以设计成让学生自己发现真理、不断更新知识、探求结果的过程,设计成有利于学生掌握学习方法、科学研究方法的过程,设计成有利于发展学生智能、培养学生探究精神及探索思维的过程。
三、鼓励学生自己设计实验方案,形成和发展学生科学探究的能力
科学地选择实验方法和设计实验方案的能力是组成化学实验能力的重要因素,也是形成和发展学生科学探究能力的重要手段。实验方案的设计包括以下几个步骤:(1)提出问题、选择并明确研究课题;(2)对问题提出自己的假设,然后验证假设;(3)设计实验方案,设法让预想的事人为的发生,以便于进一步的观察,对提出的问题进行探索研究;(4)对设计方案进行实验验证,探索研究;(5)对设计的实验方案进行评价,评价其实验的效果,评价实验方案是否具备一定的合理性。周密性、技巧性和可行性;(6)对实验方案进行改进,使其更加完善、合理。
案例:实验设计——CO■和Na■O■的反应是否和水的存在有关。
关键词:绿色化管理;环境化学实验;设计;环境保护;节能减排
一、绿色化管理引入背景
当今社会,绿色、循环、低碳是目前经济发展亟待推进的发展模式,而绿色化管理模式对于树立企事业单位保护环境、节约并合理利用资源的意识也是非常必要的。所谓绿色化管理,是对组织决策和活动与组织对自然环境的影响之间存在紧密联系的意识。它要求企事业单位在管理中方方面面、时时处处都要考虑环保、体现绿色。
高等学校化学实验室是大学生验证科学理论、训练实验技能、培养学生分析和解决问题能力的重要实训基地,是教师进行产学研的重要场所。随着高校化学实验室建设规模的扩大,化学专业各分支学科的实验内容、数量、种类及开设时长都有了不同程度增加,全面提高了教学质量和学生综合素质。而与此同时,化学实验室所产生“三废”的污染问题也呈现愈演愈烈的态势,这种污染虽然具有隐性、间断性的特点,但污染物的种类远远超过一般工厂,甚至为了得到明显的实验现象和验证经典的实验方法,期间还会涉及一些剧毒化学品的使用,因此化学实验室对环境的污染问题不容忽视。
为根本解决化学实验室的环境污染问题,实验室的绿色化管理势在必行。其中,绿色化学实验内容的设计本着从源头上减少和消除对环境污染,充分利用资源和能源,采用无毒、无害原料,并在无毒无害条件下,减少废物排放等原则,是实验室绿色化管理的一条有效途径。与企业生产产品相类似,大学生可被看作高等学校向社会各个行业输送的“产品”。在绿色化专业实验训练中已经充分树立了环境保护和节约合理利用资源意识的大学毕业生,在被输入到各个行业的企事业单位后,将有助于绿色化管理模式在单位内部的推广和应用,对提高单位绿色管理水平和整体形象的提升也是有利的促进。为此,绿色环境化学实验内容的设计是一个不可忽视的环节。
基于硫酸根自由基(SO4-)的过硫酸盐活化技术是一种新型高级氧化技术,其在环境污染治理中的应用是刚刚发展起来的崭新研究方向。本文拟将该技术用于水中三氯乙烯的氧化降解,以绿色化学理念设计“亚铁离子活化过硫酸钠降解水中三氯乙烯”的实验内容,引入到环境化学实验教学中。
二、实验过程
1.实验试剂
过硫酸钠(化学纯);硫酸亚铁(0.1mol/L);三氯乙烯(99.9%);无水乙醇(分析纯)。
2.实验仪器
岛津GC-Plus气相色谱仪;分析天平(上海分析仪器厂);气浴恒温振荡器(THZ-82B,金坛市国旺实验仪器厂);棕色血清瓶(100mL);烧杯(200mL、250mL);微量进样针(10μL,1000μL,澳大利亚SGE公司);气密性进样针(100μL,澳大利亚SGE公司);移液枪(Dragon);移液枪头(1000μL);移液管(5mL,50 mL);棕色溶剂瓶(10mL)。
3.实验原理
过硫酸盐在水中电离产生过硫酸根离子S2O82-,其相对于标准氢电极的标准氧化还原电位E0=+2.01V,但过硫酸盐比较稳定,在常温下往往反应速率比较慢,对有机污染物的降解效果并不明显。而在光、热、过渡金属离子(如Fe2+)等条件下,S2O82-被活化分解为氧化性更强的硫酸根自由基(SO4-・),其标准氧化还原电位E0=+2.5~+3.1V,接近甚至高出氧化性极强的羟基自由基(・OH,E0=+1.8~+2.7V)。
过渡金属离子Fe2+活化过硫酸盐的过程可表示为反应方程式(1)。
Fe2++S2O82-Fe3++SO4-+SO42- (1)
在这个活化反应过程中,所需活化能为50.2kJ/mol。
通过序批地向过硫酸钠降解三氯乙烯(TCE)的反应体系中加入Fe2+可以使体系中不断产生强氧化性的SO4-,进而TCE得以高效降解。
4.实验步骤
(1)三氯乙烯标准溶液的配制
用移液枪移取1mL三氯乙烯溶于4mL无水乙醇中备用。向6个100mL的棕色血清瓶中分别加入50mL蒸馏水,再以微量进样针量取相应剂量(如表1)三氯乙烯的乙醇溶液分别配制成浓度为0、2、4、8、16、20mg/L的三氯乙烯水溶液,密封瓶口,置于气浴恒温振荡器中振荡备用。
表1 三氯乙烯标准溶液配制表
(2)三氯乙烯检测方法
本实验中三氯乙烯的检测方法采用顶空进样,经Rtx-1型通用毛细管柱分离,氢火焰离子化检测器(FID)检测,以保留时间定性,峰面积定量。具体色谱条件为:
SPL温度:200℃;检测器温度:220℃;分流比:39;柱流量:0.57mL/min;
进样量:100μL顶空气体;
程序升温:60℃(3min)-50℃/min-100℃(3min)-80℃/min- 220℃(2min)。
(3)三氯乙烯标准曲线的绘制
将TCE标准溶液于室温下震荡20分钟后取出,用气密性进样针抽取100μL溶液上方气体(顶空气体),快速注入气相色谱进样口中,并启动检测方法。所得三氯乙烯保留时间约为5.189min(保留时间随进样的操作速度等手法不同而稍有变化),手动积分得到相应峰面积,记录于表2中。以峰面积作为纵轴,标准溶液浓度作为横轴绘制三氯乙烯的峰面积-浓度标准曲线。
表2 三氯乙烯标准曲线数据记录表
注意进样完毕之后,要对样品瓶口进行蜡封处理,以免体系漏气;同时将样品瓶放回恒温震荡器备用。
(4)过硫酸钠用量对三氯乙烯降解效果的影响
①称取质量分别为0.0119g、0.0179g和0.0357g过硫酸钠粉末,于50mL小烧杯内用5mL蒸馏水溶解后分别转移至3个100 mL的棕色血清瓶中,保持瓶内溶液量为50mL,将血清瓶做好1、2、3号标记,另备一个棕色血清瓶只加入等量蒸馏水作为空白对照;
②以微量进样针分别量取3.4μL三氯乙烯的乙醇溶液,注入上述4个血清瓶后加盖密封,摇匀;
③分别以微量进样针量取375μL浓度为0.1mol/L的硫酸亚铁溶液,依次每间隔10分钟注入1、2、3号反应瓶内,立即蜡封瓶盖并摇匀反应瓶,置入气浴恒温震荡器中振荡,在40分钟内每间隔10分钟取反应瓶顶空气体检测TCE含量,将峰面积值及其对应的TCE降解率记录在表3中,以降解率为纵轴,反应时间为横轴绘制曲线。
表3 过硫酸钠用量对20mg/L三氯乙烯降解效果影响
(5)硫酸亚铁用量对三氯乙烯降解效果的影响
①称取4份质量为0.0357g的过硫酸钠粉末,操作同(4)中相应步骤;
②以微量进样针分别量取3.4μL三氯乙烯的乙醇溶液,注入上述4个血清瓶后加盖密封,摇匀;
③分别以微量进样针量取75μL、150μL和375μL浓度为0.1mol/L的硫酸亚铁溶液,依次每间隔10分钟注入1、2、3号反应瓶内,立即蜡封瓶盖并摇匀反应瓶,置入气浴恒温震荡器中振荡,并每间隔5 min、分4次分别向上述3个反应瓶中注入与第一次加入量相同的硫酸亚铁溶液,在40分钟内每间隔10分钟取反应瓶顶空气体检测TCE含量,将峰面积值及其对应的TCE降解率记录在表4中,以降解率为纵轴,反应时间为横轴绘制曲线。
表4 硫酸亚铁用量对20mg/L三氯乙烯降解效果影响
(6)实验“三废”的处理
在完成上述各实验步骤后,引导学生分析本实验所产生废液、废渣、废气的化学成分,教育和启发学生对其进行必要的处理。可考虑给学生3-5天时间查阅相关资料,最终给出本实验“三废”处理的可行方法。
三、绿色化学设计理念体现分析
在上述“亚铁离子活化过硫酸钠降解水中三氯乙烯”的实验内容设计过程中,不同程度体现了绿色化学设计理念,主要表现在:
1.实验内容的选题是一种新型高级氧化技术,充分体现了本学科的研究热点,相对于Fenton氧化技术所需强酸性等特点而言,该技术具有环境友好性特点;
2.实验所涉及化学试剂中,过硫酸钠常温下稳定,分解产物除环境友好性的铁离子外,硫酸根离子是环境水体中的主要阴离子成分。三氯乙烯属于氯代烃类,与乙醇同属于有机溶剂,虽然有一定危害性,但在整个实验中用量很少,作为实验废液的有机成分,以热活化或亚铁离子活化过硫酸钠的方法能在不引入有害废物的情况下达到很好的去除效果;
3.对于三氯乙烯检测方法的选择,实验采用改良的顶空进样、毛细管柱气相色谱法。该方法由实验教学组老师在科研项目中建立并经反复实验证实是一种操作简便、快速、峰形好、干扰少且准确度较高的方法。
值得提出的是,本检测方法的操作步骤中避免了传统方法中以正己烷作为萃取剂、硫酸钠作为干燥剂的做法,同时,快速、简单的操作使得气相色谱使用过程中的能耗也相应减少,这些都是绿色化学原则的很好体现;
4.在影响因素研究步骤中,考虑到总学时限制,每组学生可任选其中一个影响因素进行实验研究,将实验学时控制在8学时之内。每种因素研究的实验步骤中仅涉及4个棕色血清瓶,并且所需的各种溶剂、试剂大多在半微量范围内,这种减量化的设计也是绿色化学理念的充分体现;
5.对于实验过程所产生的“三废”问题,本实验模式也是明显低于传统实验。采用的三氯乙烯和乙醇都是在血清瓶的密闭环境中,加入试剂均采用注射形式,较好的防止了实验废气逸出;作为废液的主要成分则主要考虑三氯乙烯和铁离子,其中铁离子对环境没有威胁;随着三氯乙烯降解影响因素的实验进行,瓶内残余三氯乙烯已达到微量级,为了确保对环境零负担,可采用加入适量过硫酸钠粉末并适当加热的方法,以热活化过硫酸钠更为彻底降解水中残留的三氯乙烯;而废渣则只涉及铁的沉淀物,集中回收后转化为离子还可以考虑循环利用。这些作为环境专业实验教学所特有的附加环节―“三废处理”更是对绿色化学设计理念的集中体现。
四、结语
通过以上绿色化学理念贯穿始终的实验教学内容,学生对环境化学实验产生了浓厚的兴趣,更新了对化学实验的旧有看法。实验过程绿色化,对学生环境保护和节能减排意识的形成是一种潜移默化的促进;新型、前沿的高级氧化技术,先进仪器的使用以及科学性实验方案的实施,拓宽了学生的视野,为学生科研思路的形成打下了良好的基础。最重要的是,经过这类绿色化专业实训的大学毕业生将提早具备绿色化管理理念,对于企事业单位绿色化管理模式的推广是一个有力促进,也因此在目前严峻的就业形势下显现出一定的就业优势。
参考文献:
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关键词:新课改;高中化学;实验探究;策略
中图分类号:G423.07
《化学课程标准》强调:“教师要注意改进传统的实验教学,精心设计各种探究性实验,促使学生主动学习,逐步学会探究”。探究实验指的是在高中化学的实验教学中,根据学生所掌握的化学知识,自主学习,拟定实验的方案,教师从旁协助与点拔,最终完成实验教学的一种探究性活动。在这种教学模式下,教学改变了传统课堂教学中以“画实验——讲实验——抄实验——背实验”的教学模式,使得“死”的化学实验变“活”了。这样“活”的课堂教学不但激发了学生对化学实验的学习兴趣,还培养了学生分析问题、解决问题的能力,最终实现了高校的高中化学的课堂教学。下面根据笔者的多年化学实验教学经验,总结出
新课程下高中化学探究实验设计的策略,仅供参考。
一,了解化学实验设计的要求以及设计程序。
1,化学实验设计的要求。
(1)原理正确;(2)方法简单;(3)操作方便;(4)现象明显;(5)产率高;(6)误差小;(7)安全防污。
2,化学实验设计程序。
(1)根据实验的目的,阐明实验原理,选择合适的仪器和药品;
(2)根据实验的特点,设计实验装置,画出实验装置图;
(3)根据实验的要求,设计可行的操作步骤和观察重点,分析实验中应注意的事项;
(4)实验结束后应写出完整的实验报告。
二,做好课堂演示实验,激发学生的探究兴趣。
爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”。激发学生对化学实验的兴趣对高中化学实验的有效教学有着重要的影响。我们知道,化学是一门以实验为基础的学科,教师在演示实验前必须做好充分的准备,选择比较有趣味的化学实验在第一时间内吸引学生的注意力,激发学生对化学实验的兴趣。据心理学研究表明人们一旦对某事产生了浓厚的兴趣,就会更加积极、主动的去学习、去探究,才会达到事半功倍的效果。因此,在高中化学实验的教学中,教师应该做好课堂演示实验,
增强化学实验的趣味性,这样就能吸引学生对化学学习的兴趣,激发学生在化学实验中的主体地位,从而激发了学生对高中化学实验的探究兴趣。
三,确立学生的主体地位,引导学生科学的探究。
我们知道,引导学生探究性学习的关键是还课堂于学生,让学生成为课堂学习的主人。在高中化学实验的教学中,教师应该引导学生自主的参与高中化学实验的教学,教师则充分发挥其主导作用,则用极少的课堂时间对学生进行点拨式的教学,加大化学实验的探究力度,确立学生在化学实验教学中的主体地位,提高学生自主学习的能力,从而引导学生对化学实验进行科学的探究。
在开始让学生进行探究性实验设计时,我首先降低了实验探究的难度,一步一步引导学生思考问题:
例如,我们知道实验室常用MnO2与浓盐酸反应制备Cl2。(发生装置如右图所示)。
1,制备实验开始时,实验的顺利应该怎样的呢?同学们知道应该先做什么后做什么吗?
问题一提出,同学们显得有些无从下手了,同学们的探究热情顿时消减了很多,为了激发同学们的探究热情,我降低了探究的难度,将实验操作的相关步骤写了下来,但是打乱了顺序,让学生对顺寻编号:
A.往烧瓶中加人MnO2粉末
B.加热
C.往烧瓶中加人浓盐酸
D.先检查装置气密性
这样,整个实验的探究难度就减小了很多,才能引导学生一步一步进行探究,提高高中化学实验探究的兴趣。
趁同学们兴致高昂,我又针对这个实验提出了问题,让学生思考探究:
我们知道制备反应会因盐酸浓度下降而停止。为测定反应残余液中盐酸的浓度,我们提出看以下的几种探究方案:
甲方案:与足量AgNO3溶液反应,称量生成的AgCl质量。
乙方案:采用酸碱中和滴定法测定。
丙方案:与已知量CaCO3(过量)反应,称量剩余的CaCO3质量。
丁方案:与足量Zn反应,测量生成的H2体积。
那同学们能不能结合我们自己掌握的化学知识,分析一下这四种实验方案的缺点与不足呢?
课堂教学中,我只是起到了引导、启发的作用,将课堂教学给学生,让学生对问题进行思考、探究,这样不仅让学生掌握了化学知识,还提高了学生对知识的应用能力,进一步培养了学生分析问题、解决问题的能力。
四,开展化学实验的实践活动,提高学生的探究能力。
获得的知识只有被灵活运用才能体现其价值,而且运用知识的过程也是一个巩固和提高的过程。在高中化学实验的课堂教学中,教师应该加大学生的探究力度,在课堂教学中,开展化学实验的实践活动,让学生自己设计实验方案——分析实验现象——得出实验结论。这样才能提高学生动手、动脑的能力,进而提高学生对化学实验的探究能力。
例如,在让学生独立进行化学实验探究设计时,我们不要首先就让学生设计一些难度较大的实验,可以从简单的实验开始,慢慢培养学生的自信心,这样对提高学生的探究能力是大有裨益的。
可以让学生(1)设计一个实验证明蜡烛中含有碳氢两种元素。(2)设计一个实验来证明CO2具有不支持燃烧和密度比空气大的性质。教师提前在课堂上准备好学生可能会用到的实验器材,例如:蜡烛,烧杯,澄清的石灰水,具有阶梯的铁架,火柴等等。其实来时准备的实验器材,本身对学生就是一种提示。接下来,教师将课堂时间交给学生。通过同学们的讨论探究以及教师的指导,同学们在课堂上基本设计出了可行性的实验方案。
就这样,在化学实验教学中,实施探究性教学的策略,学生充分发挥了主体作用。在设计实验方案的同时增长了化学知识,也提高了实验的探究能力。
五、结束语
综上所述,要提高学生对化学实验的探究能力,教师首先应该做好引导工作。在课堂教学中创造良好的课堂教学氛围,激发学生对化学实验探究的兴趣,然后引导学生一步一步的进行探究,让学生在循序渐进中,提高对高中化学实验的探究能力。
参考文献
[1]傅华欣.浅谈创新高中化学实验探究课的一些体会[J]-试题与研究(新课程论坛)2011(1)
【关键词】高考复习;化学实验;应对策略
化学实验题最能考查学生的思维、表达、探究等各方面的综合能力。2009年高考课改卷更加注重对化学实验的考查,突出了实验在学科中的地位。新课改2009年高考化学大纲强调了对实验能力和实践能力的考查,这将更有利于推进中学素质教育的实施。
结合近几年的高考实验试题特点以及发展趋势,本文就高考化学实验专题复习提出一些建议。
一、准确掌握化学实验基本技能
高考化学实验题中既有常见仪器的规格和使用,又有正确操作的了解和错误操作的辨别,着重考查考生的实验基本操作技能。
1.熟悉常用仪器
熟练掌握化学实验中常用仪器的结构、用途是提高实验答题能力的必备的基础。在复习时,建议让学生接触感受这些常用仪器,掌握这些常有仪器的名称,结构,规格,用法及用途。
2.掌握基本操作
基本的实验操作有药品的取用、仪器的洗涤、试纸的使用、试剂的存放、物质的分离和提纯、物质的检验与鉴别等。对化学实验基本操作的复习,最好让学生亲自动手做。设置不同的实验情景,积极疏导,大胆动手,多向思考,仔细观察,认真记录,做好实验基本操作。有助于全面提高学生的基础实验能力。
二、认真分析课本实验基本原理
近几年高考实验试题倾向于回归教材,体现了来源于教材又高于教材的特点。问题多围绕教材实验展开,如基本操作,变换原理,方法,角度等进行命题,增强教材实验的开发、迁移、考查学生对实验的掌握情况。这就要求学生在复习实验时要多问是什么(即实验目的)?(即实验原理)为什么?怎么做(即实验步骤)?不这样会产生什么结果(即实验拓展)?尤其要重视课本实验,认真做好课本上的演示实验和学生实验,认真分析实验原理,掌握典型的实验装置和原理,并进行相应的挖掘和提升。三、注意培养创新意识和能力
应用性和开放性试题已成为高考试题的新热点,其重点在于考查学生的创新精神。复习时要在实验原理、实验目的、实验步骤、实验方案以及实验方案的评价上做文章。教师应引导学生改进、完善、拓展教材实验,增强实验的探索性、综合性,使之更贴近对实际问题的解决,培养学生的创新能力。
“在化学科学的研究中,科学、合理、周密、巧妙的实验设计,往往能导致化学科学的重大发现。”化学实验设计也成为对学生各项能力进行综合测试最好的方法,近年高考实验方案设计题受到命题专家的青睐,逐渐成为考查的重点。[2]实验设计是指实验者在实施实验之前,依据一定的实验目的和要求,运用有关的知识与技能,对实验的仪器、装置、步骤和方法等在头脑中所进行的一种规划。在复习过程中,教师要引导学生综合运用所学知识,帮助其认识实验设计的基本原理,了解实验设计的一般思路和方法,再评价和优化,以提高学生的实验设计水平,强化创新能力。
四、加强习题选编、训练和讲评
综合实验题属于能力考查题,能有效地考查学生的观察能力、思维能力、实验能力。其命题思路是依据化学实验本身具有很强的包容性和兼容性的特点,将化学实验的考查与化学其他板块的知识甚至是其他学科的知识、方法等有机地结合,实现学科知识的综合考查,考查的内容可以是元素及其化合物的有关知识,也可以是化学基本原理的有关知识,同时包括实验基本原理和基本技能。在复习过程中,教师要通过精心研究、分析、比较、筛选,把一些有针对性和代表性的典型习题进行整理,有计划、分阶段地进行训练。让学生了解这些试题的主要类型、功能和特点,掌握典型题目的解题思路、方法、技巧、步骤及注意事项,进行强化训练,增强他们的题型意识。要学生明白高考实验考什么、怎样考、只有学生对实验题的功能,考查范围、考查特点弄清楚、才能理顺解答实验题的思路。引导学生在分析典型综合实验题的过程中积累经验,达到知识与能力相结合,真正提高实战能力。
[关键词]化学实验综合能力培养
[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]16746058(2015)140092
中学新课程改革要求,学生要在化学学习的过程中,不断提升自己的能力,从而培养学生的综合素质。学生在化学实验课程中,可以很好地培养自己的动手操作能力以及创新能力,进而能够掌握使用化学知识解决实际问题的能力。因而在中学化学教学中,要非常重视实验教学,只有通过实验教学,才能有效提升学生的综合能力。基于此,笔者就如何在化学实验教学中提高学生的综合能力做以下几点探讨。
一、在化学实验中锻炼学生的观察能力
观察能力不是与生俱来的,它需要学生在学习和实践的过程中进行锻炼、培养。而化学实验要求学生进行动手实践,所以它能够很好地培养学生的观察能力。另一方面,化学实验极富趣味性的特点能够激发学生观察的欲望。
在化学实验中有一个钠和水的反应实验,学生需要对实验现象进行总结,进而归纳分析钠的一些物理和化学性质。整个过程中,钠和水的反应现象可以用“浮、熔、游、响、红”五个字进行概括。每一个现象后面都隐藏着钠的一个特点,学生要根据现象分析它所代表的性质。比如,钠块为什么要用镊子进行移动?钠放到水中会逐渐变小,这是为什么?钠是熔化了还是发生了什么反应?钠块在整个过程中为什么会一直浮在水面上?钠放入水之后,烧杯为什么会发热?为什么过程中会有声音发出?等等。学生通过对这些现象的观察,兴趣被激发出来,并带着强烈的好奇心投入到钠的性质的学习中。
二、在化学实验中培养学生的动手操作能力
通过实验教学能够对学生的动手操作能力进行训练和培养。而学生动手操作能力的提高其实是学生获得从事实验操作的基本手段,为今后的技能培养创造了基础,提供了条件,有助于职业技术教育目标的实现。
在实验教学中,教师应鼓励学生进行实际的动手操作,要做到每一个步骤的亲力亲为,并仔细地观察实验的每一个现象。同时对于一些错误的实验,要鼓励学生经过仔细观察,思考实验失败的原因。这种做法可以让学生对所学的化学知识进行巩固,同时,使知识的深度有所延伸,最终激发学生的求知欲。在实验的过程中,需要学生的加倍细心、认真。每一个物品的计量都与实验的最终结果有着千丝万缕的联系,实验的最根本要领还是,用加倍的细心、认真保证每一个步骤的完美再现。
三、在化学实验中培养学生的知识迁移能力
美国心理学家M.L.比格有这样一句话:“学习迁移是教育最后必须寄托的柱石。”它是对学习迁移能力在教育中所起重要作用的良好说明。在对化学实验考查的试题中有很大一部分是对知识迁移运用能力的考查。在整个化学学习过程中,所做的化学实验都是对一些章节中的典型物质进行实验,而通过实验,对物质的一些性质进行总结,然后将这些性质推广到与它同种类型的物质上,继而完成对一些物质性质的掌握。因此,在化学实验考题中,不会单纯地考查已经做过的一些实验,而是对一些类似物质的考查,以此培养学生的知识迁移能力。例如,化学实验中,通过对碳元素的一系列物质进行实验,进而推出与它同主族的一些元素的性质。
四、在化学实验中培养学生的实验设计能力
化学是一门实验科学,化学实验在化学教学中占据着重要地位。而现代化教育的一个重要标志和根本任务是对学生的化学实验设计能力的培养。化学实验设计能力是一种高层次的能力,它对学生的今后发展都有着很大作用。因此在教学过程中,培养学生实验设计能力是每个教师的追求目标,也是新时代素质教育发展的新要求。
化学实验作为化学学科的基础,在高中教学及高考中占据十分重要的地位。但很多学生们在学习过程中对实验考察的题目总是心存怯意,究其原因有学校在上课过程中存在化学演示实验和分组实验做得较少,也有一些学生无法掌握化学实验学习的要领,因而在考试中答题要点不清、思路不清、错误频频。以下几点是笔者在应对今年福建高中的复习中的一点总结,希望对正在学习化学的的学子们能有所启发。
在高考化学实验复习过程中,面对众多的基本反应、各种仪器、基本操作、气体制备、物质的分离提纯等,还有千变万化的实验设计,加之浩瀚的题海,学生和老师只有把握住教材和《2012福建高考考试说明》、理解实验的基本内容、确定复习策略复习、分析常见答题误区才能做到时短高效。
1 化学实验基本内容
(1)化学实验常用仪器的用途和基本操作,实验室常见事故的处理方法。
(2)一些常见气体(H2、Cl2、CO2、O2、NH3、SO2、C2H4、HCl)的实验室制法和收集。
(3)常见物质分离、提纯和鉴别。
(4)数据的处理与实验分析、评价及设计。
2 化学实验复习策略
重视实验原理的理解。实验原理是实验的根本,只有明确实验操作过程各个细节的目的,使用常用仪器进行基本操作实验,理解实验中各仪器及试剂的作用,才能以进一步做到到灵活运用。
熟练掌握高考考纲要求的22个演示或分组实验。包括所用试剂、反应原理、仪器和收集方法,这是进行化学实验设计、分析与评价的基础。在考题中呈现的实验往往是在各种气体制备的组合,这就要求对教材介绍的常见种气体的制备原理、制备装置、实验过程中的除杂、提纯以及尾气的处理及气收集方法掌握得很清楚。
化学实验的设计、分析与评价。在熟练掌握教材实验的基础之上,要通过典型实验,深入理解化学反应原理(反应原理、装置原理、操作原理)、实验方案的设计、实验结果的记录与处理、实验安全、实验评价等,能处理实验当中出现的非预期现象。很多时候实验设计考察的内容是将教材中的基本内容进行新的组合。复习时可对实验装置、方法的合理性和正确性进行评价、改进,通过对一些陌生度高的实验情景来练习、分析、评价、完善实验方案,从而提高求异思维能力和实践能力。
注意定量实验的训练。定量实验在中学化学教材中是一个薄弱环节,尤其是其中的计算和误差判断。我们应根据中学化学的知识范围,结合化学实验的基本技能,重点从实验原理,实验过程的合理性设计,实验中仪器、操作、定量计算以及误差分析等方面,进行训练。
多到实验室复习化学实验操作,不能只作纸上谈兵,自己动手做实验是掌握实验原理、实验操作以及实验设计的必要途径;也是培养观察、分析、解决各种问题的能力的最佳手段。特别是对各种仪器的使用,溶液的配制等重要实验要动手去做,并注意实验操作的科学规范,正确分析和处理实验数据,把动手操作和动脑思考结合起来,把化学实验原理与实验设计、安全操作结合起来,从本质上掌握化学实验的规律性,形成设计实验能力。近几年高考为了对有没有动手做实验的学生进行区分,经常会对实验过程中的细节进行考查,因此必须在复习中走进实验室实践以提高自己的动手能力。
学会科学、严谨的表达来应对考试中的简答题。能用化学语言解释生活中的化学问题,科学、规范、简洁、全面的表述实验现象、结果、过程以及结论。做化学实验题,对一些操作细节的描述往往会漏答,特别是一些新题型,这往往是审题不清遗漏信息或者思维不严密造成的,需要平时在做题中不断的归纳总结。
3 在考试中应该避免的误区
(1)审题不到位,遗漏信息。
(2)使用化学语言不规范。
(3)基本化学反应落实不到位。
1.深刻理解化学基本理论的实验基础
化学学科中,任何理论(或假设)的提出、发展和完善,都有一定的实验事实作根据,如:原子结构理论中核外电子分层排布的实验根据是电离能的测定;原电池原理的实验根据是铜—锌原电池实验;某些有机物之间反应机理的确定是在实验中利用了示踪原子等。许多类似的实例道出了以下规律:实验事实理论的建立(或假设的提出)再实验理论的发展和完善。这是人类在自然科学中发现真理、认识真理的过程。要让学生明白:化学家就是这样去认识化学世界的。
2.熟练掌握常见元素及其化合物的物理性质、化学性质的实验事实以及单质、化合物的制备原理和方法
化学实验是证实某物质是否具有某种性质的唯一手段。中学阶段的大部分化学实验都是定性实验,这些实验虽然简单,但确实可以培养学生透过实验现象(或实验数据)看清反应实质,进而推断物质的微观组成、结构与实验结果的相互关系。物质的制备原理是以物质的性质为基础的,某一物质的制备方法不止一种,但教材上采用的方法则是实验室中最常见的最好方法,熟悉了这些实验,在设计实验时就能够灵活选择实验原理。
3.能查阅、运用有关图表、数据和其它资料。
4.掌握中学化学常规实验手段,熟悉常见仪器的规格、用途及使用注意事项
常规实验手段是化学实验的基础,综合实验是常规实验的综合运用,即使那些高、精、尖的实验也离不开常规实验,因而教材中所有实验(包括教师的演示实验)都要尽可能地让学生在课内或课外一丝不苟地完成。通过动手,一方面达到对常规实验操作(加热、蒸发、过滤、分液、称量、滴定、仪器的组装等)的熟练掌握,同时熟悉常见仪器的应用范围和使用注意事项。
二、设计实验必须有化学实验总体观
任何一个化学实验都包含以下内容:(1)实验目的(2)实验原理(3)实验设计(4)实验药品、仪器、装置(5)实验操作及操作规程(6)实验结果的处理,这六个方面的内容可称为化学实验的六要素。实验目的是核心;实验原理是达到实验目的的理论根据;实验程序是能否完成实验的关键,它的设计以实验原理为基础;药品、仪器、装置是物质保证,这些物质条件的选择是由实验原理和实验程序决定的,同时对实验程序也起着制约作用;实验操作及注意事项是实验得以顺利、安全进行的保证,它的制定要由实验程序和实验用品来决定;实验结果的处理是对实验是否达到预期目的所进行的检验,在解释实验现象、处理所测得的数据、分析实验误差等项工作中必须对各要素进行综合分析。
三、思维能力是化学实验设计的核心
学生的一切学习活动都离不开思维。化学实验的设计过程实质上是一个探索、创造的过程,对学生思维能力的要求层次较高,而中学生的思维活动还处于从经验型向抽象型过渡的阶段,这就要求教师设法加速这一转化,使学生的思维活动尽快趋于成熟,尽早地具备辩证思维的能力,同时培养出较好的思维品质。