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有效指導(dǎo)學(xué)生進行化學(xué)實驗設(shè)計教育論文
《教育規(guī)劃綱要》中提出“堅持能力為重”。修訂后的義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011版)為落實這一指導(dǎo)思想,特別強化了實驗要求,在“科學(xué)探究”部分新增加了“(四)完成基礎(chǔ)的學(xué)生實驗”,《課標(biāo)》列舉了8個實驗,以加強學(xué)生動手能力的培養(yǎng),再次突出化學(xué)實驗的重要地位。目前的化學(xué)實驗教學(xué)還是一般先由教師演示實驗、學(xué)生觀察實驗,最后討論歸納得出物質(zhì)的性質(zhì)、制法或規(guī)律。但是,隨著新課程實施的縱深推進,這樣的驗證式實驗教學(xué)已經(jīng)不能滿足提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力的要求。實踐中我們覺得:若能把驗證性實驗變?yōu)樘骄啃詫嶒?引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計,那么,對于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力會起到事半功倍的作用。
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,來說明在教學(xué)中如何有效指導(dǎo)學(xué)生進行化學(xué)實驗設(shè)計。
一、發(fā)現(xiàn)問題,確立研究內(nèi)容
實驗設(shè)計方案的題材新穎,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)問題情景,引導(dǎo)學(xué)生提問。提問是學(xué)生進行探究的動力,鼓勵學(xué)生多提問,改變“教師問,學(xué)生答”的呆板模式,變“學(xué)生答”為“學(xué)生問”,活躍思維。要借助依據(jù),鼓勵學(xué)生猜想,培養(yǎng)學(xué)生形成假設(shè)的能力,從而確立研究內(nèi)容。
例如,在學(xué)習(xí)“中和反應(yīng)”內(nèi)容時,可先演示趣味小實驗“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)真實生動的問題情景: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)生觀察實驗現(xiàn)象,教師再提出問題:氫氧化鈉溶液和鹽酸混合在一起后,我們并沒有觀察到明顯變化,它們之間是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)?同學(xué)們就會七嘴八舌,各抒己見:①兩者沒有發(fā)生反應(yīng);②兩者發(fā)生反應(yīng)了。同時也就確定了研究內(nèi)容,即鹽酸與氫氧化鈉能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的實驗驗證。
二、根據(jù)研究內(nèi)容,設(shè)計實驗方案
在確定了研究內(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,對研究的課題所涉及的化學(xué)原理,對參加化學(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,要盡可能估計到在什么樣的實驗條件下,可能發(fā)生什么樣的化學(xué)反應(yīng),以及產(chǎn)生什么樣的實驗結(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)、實驗條件的控制、發(fā)生反應(yīng)時可能產(chǎn)生的能量變化,來預(yù)選實驗方法和手段。然后,確定實驗操作的程序和步驟。在實驗控制條件方法上,可向?qū)W生介紹全面比較法、優(yōu)選法、正交試驗法等探尋最佳實驗條件的方法,設(shè)計出合理的化學(xué)實驗方案,以保證化學(xué)實驗的順利實施。教師要從實驗?zāi)康�、實驗原理、實驗步驟設(shè)計、實驗藥品和儀器及裝置、實驗操作及操作規(guī)程、實驗結(jié)果的處理等六個方面進行指導(dǎo),以幫助學(xué)生設(shè)計出自己的實驗方案。
例如,在上述“鹽酸和氫氧化鈉能否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)”的實驗驗證中,教師可以提供一些備選的實驗藥品(鹽酸、氫氧化鈉、石蕊、酚酞、pH試紙等)和儀器(玻璃杯、溫度計、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,通過對比分析來設(shè)計出實驗方案:①借助酚酞的變色來驗證;②借助石蕊的變色來驗證;③通過測溶液的pH來驗證;④測溶液的溫度變化來驗證。
三、討論實驗方案的可行性
實驗設(shè)計的方案初步形成后,教師要嚴(yán)格把關(guān),與學(xué)生一起對實驗設(shè)計方案的可行性,要從理論應(yīng)用是否正確、實驗方法是否可行、能否達到預(yù)期目的等多個方面進行論證,反復(fù)修改,最終加以確認(rèn)并實施。
例如,在上述實驗驗證中,學(xué)生說: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,石蕊變藍色,然后逐滴加入鹽酸,此時若藍色變成紫色,說明NaOH與鹽酸發(fā)生了反應(yīng)。有的學(xué)生會馬上反駁:這方法不好,因為“藍變紫”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:可以做一個對比實驗。其他學(xué)生也發(fā)表了自己的看法:用酚酞作指示劑,因為NaOH能使無色酚酞試液變紅色,滴加鹽酸后紅色變無色,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(或者用溫度計測量混合前后溶液的溫度變化),如果發(fā)燙,說明反應(yīng)了。教師既要引導(dǎo)學(xué)生分析各個方案的理論正確性,又要引導(dǎo)學(xué)生分析自己的實驗方案是否能完成,是否能達到驗證目的,如果達不到目的,應(yīng)該怎樣改進,以確保學(xué)生的實驗方案確實可行。
四、依據(jù)方案,進行實驗
在整個操作過程中,教師要密切注視每個學(xué)生的實驗情況,并作具體指導(dǎo),確保實驗萬無一失。引導(dǎo)學(xué)生對實驗中可能出現(xiàn)的問題要認(rèn)真思考,分析其中的原因,然后有針對性采取相應(yīng)的措施,進行必要改進,逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實驗態(tài)度和探究精神。
例如,在上述驗證實驗中,學(xué)生的很多錯誤操作都會導(dǎo)致實驗失敗,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,過了一會兒,紅色溶液可能變?yōu)闊o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, 教師要從多方面進行指導(dǎo),以保證學(xué)生能夠按自己的實驗設(shè)計方案完成化學(xué)實驗。
五、對實驗方案進行分析與評價
學(xué)生完成自己的實驗方案設(shè)計,并按實驗方案進行實驗操作后,教師要引導(dǎo)學(xué)生分析和討論實驗方案的優(yōu)點和不足,再對實驗方案進行評價。對于學(xué)生設(shè)計的實驗方案,教師要引導(dǎo)學(xué)生從實驗方案設(shè)計的步驟和方法是否完善、實驗設(shè)計的內(nèi)容是否全面、實驗內(nèi)容是否有針對性、實驗操作理論是否正確、實驗操作是否簡單易行安全可靠、實驗成本是否經(jīng)濟合理等方面進行全面綜合評價,進而分析出自己的實驗方案的優(yōu)點和不足,并加以改進。
例如,在上述驗證實驗中,學(xué)生通過設(shè)計實驗方案,并親身進行實驗探究,對實驗結(jié)果進行交流,得出結(jié)論。判斷無明顯現(xiàn)象的中和反應(yīng)是否發(fā)生的方法很多,如用pH試紙,但操作時間長,數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確;根據(jù)熱量的變化來判斷也不是最佳方案,因為中和反應(yīng)是放熱反應(yīng),但如果濃度太稀或量太少,熱量變化也不明顯;如果用紫色石蕊判斷,由于藍色到紫色的變化不是很明顯,因此最佳的方案還是用酚酞作指示劑,從而確定出最合適的實驗方案。
總之,這樣的實驗教學(xué)設(shè)計雖然費時費力,但能較好地激起學(xué)生自主學(xué)習(xí)的欲望。學(xué)生不但掌握了實驗設(shè)計的方法,更能讓學(xué)生學(xué)會從不同的角度、不同的方位對同一問題進行認(rèn)識,拓展了學(xué)生的思維空間。
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