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以实验为基础是化学教学的基本特征,中学化学实验教学不仅是发展学生思维、锻炼学生能力的重要渠道,同时也是对学生进行创新教育的有效途径。创新教育的实质,就是要求教育者通过加强对学生思维发散性、变通性和独特性的训练,使其养成创新意识和探索意识,培养学生的创新精神,遇事惯于设疑、质问,从而具有探索问题、发现问题、解决问题的能力。本文就新课程下如何提高高中化学实验教学加以探索。
1.捕捉有价值的实验探究点
新课程理念下的课堂教学提倡教师在教学中实施创造性教育,注重通过化学实验培养学生的科学态度,训练学生的科学思维,激发学生的创造性潜能。在实验教学中,要注重让问题贯穿于探究实验的全过程。
如何使问题贯穿探究实验的全过程?“Na与CuSO4溶液反应”实验就是一个很好的探究点。借助实验可以质疑许多问题:①为何先是钠与水反应?②如果水的量减少再减少,会怎么样?③如果希望有钠将铜置换出来,如何设计实验?④产物是红色固体则一定是铜吗?如何用实验验证?经过讨论,可以将实验设计为“取少量CuSO4溶液滴加到稍大的Na块(蒸发皿)上”。实验结果:Na表面有红色固体出现。实验解释:几滴CuSO4溶液滴加于足量Na块上。①由于反应放热多,使H2O蒸发,Na块熔化。②CuSO4溶液只有几滴,其中H2O的量很少,水很快被Na消耗,造成剩下无水CuSO4和过量Na发生置换反应,生成Cu。即:CuSO4(s)+2Na(s)=Na2SO4+Cu(s)。此反应自由能变化值△rG=-604.93kj/mol,可以反应。可以通过加稀盐酸来区分Cu和Cu2O,确定红色物质是否为铜。
2.因势利导,培养思维的灵活性品质
思维的灵活性品质就是思维活动的灵活程度,集中表现为善于根据事物发展变化的具体情况,审时度势,随机应变,及时调整思路,找出符合实际的解决问题的最佳方案。化学思维的灵活性表现在不受思维定势和固定模式的束缚,善于发现新的条件和新的因素,寻找新的解决问题的途径和方法。在教学《碱金属》一章中过氧化钠的性质时,在演示[实验2-6]过氧化钠与水反应后演示趣味实验“吹气生火”,指出“我们呼出的CO2能灭火,这个实验中却用它来点火,为什么?是Na2O2可燃?是CO2可燃?还是……”,这时有位同学举起手来说“人呼出的气体中除了大量的CO2外,还有较多的水蒸气……”笔者抓住这一契机,赶紧说“对呀,本实验用于验证CO2与Na2O2的反应还有不足,可要怎样证明纯的CO2与Na2O2的反应,你们课后认真设计一下,下次上课时要评价你们设计的方案,再选取其中有创意的方案在课堂演示。”课后学生调整思路,从不同角度变通思考,收集相关资料,学生设计了多种富有创意的实验方案,尤为可贵的是还有定量实验方案,这对高中阶段为数很少的定量实验是一种很好的补充,以下列举了几种。
方案Ⅰ:用棉花包裹一些Na2O2放在石棉网上,撒上少量Mg粉,用连有干燥管的玻管瞄准Na2O2吹气,呼出的水蒸气被无水CuSO4吸收,余下的CO2与Na2O2反应,放出的热量使棉花燃烧,并引燃了Mg粉,而星火闪烁,“噼”“啪”有声。
方案Ⅱ:关闭活塞,将气球内的Na2O2倒入集气瓶内,待淡黄色固体变为白色固体后,打开活塞,广口瓶内的水倒吸入集气瓶。拔下橡皮塞,用带火星的木条检验广口瓶内生成的气体。
方案Ⅲ:在U型管右端中间塞进一团石棉,在石棉上放置过量的Na2O2粉末,在U型管的底部放小块CaCO3,胶头滴管滴入稀盐酸,用带火星的木条放在导管口,则可证明生成氧气。
方案Ⅳ:将气球内的Na2O2倒入集气瓶内,淡黄色固体变为白色固体,气球吸入试管内。
方案Ⅴ:用排饱和NaHCO3溶液的方法收集CO2,待去底塑料瓶内外液面一致时,停止收集;以液面为基准线,将塑料瓶内液面以上容积分为两等份。换上带燃烧匙的橡皮塞(燃烧匙内盛过量Na2O2)并塞紧;待液面上升后,慢慢往上抽动燃烧匙,防止Na2O2接触NaHCO3溶液。可观察到:液面上升至容积半分线,气体体积减半;燃烧匙内淡黄色的粉末变成白色。拔下橡皮塞,用带火星的木条检验塑料瓶内气体,重新燃烧,证明生成的气体为氧气;取少量燃烧匙内白色固体溶于水,加入过量的盐酸,可看见大量气泡产生,证明生成的白色固体为碳酸盐。
方案Ⅵ:用圆底烧瓶收集一满瓶CO2;取单孔橡皮塞,插入一端有尖嘴的玻璃管,尖嘴深入瓶内,另一端连接有止水夹的橡胶管,在橡皮塞部位的玻璃管上绑上用玻璃纤维包裹的Na2O2,塞紧;待充分反应后,打开止水夹,烧杯中的煤油向上形成喷泉,液体充满烧瓶的一半容积。当学生有疑而问时,教师要随机应变,因势利导,在保证实验安全的前提下,插好路标,选好角度、时机,激活学生思维的灵活性品质,将思维的潜能变为创造的显能。
3.构建学生自主探究实验的模式
高中化学自主探究实验教学模式就是让学生在教师的引导下,创设实验问题情境,通过自主设计实验方案,自己摸索操作方法,自主拟定实验步骤,自行探究实验结论,并通过评价与交流,促进学生知识、能力与态度的和谐发展。这是一种以自主学习为核心,以探究为主线的实验教学模式。
在这种模式下,教师的指导作用很重要。但是,教师的指导和学生的自主性之间又存在矛盾:学生要有自主性,教师就不宜过多指导;但教师不指导,探究有时就很难进展下去。解决这一矛盾的方法就是具体分析和规划实验的过程目标。对于具体的实验,学生应该在哪个要素上下功夫,实验的主要能力目标是什么,对此教师要十分清楚,要进行规划。
4.迁移创新
学生通过自主探究,问题讨论,获得比较圆满的答案,从而产生了成功的喜悦,知识颖悟能力、学习自觉性必然增强。教师则要再次举例,启导学生进行知识类比,让学生通过联想,形成“新”的发现,得出“新”的规律,在面临新的问题情境时,能迅速找出新旧知识之间存在的共同要素,从而确定所需解决的新问题可归属于已有的何类知识的延伸或扩展,使学生获得的知识合理迁移。在学习过程中,要不断反馈学生对知识的掌握程度,通过相互矫正,有利于自发地形成学生知识的迁移能力、创新能力。使反馈矫正成为学生从实践到反思、从感性到理性、促进自身发展的重要手段。化学实验在提高学生素质上具有整体的、综合的、独创的功能,在化学教学过程中,要努力发挥化学实验在探究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节的作用,激励学生改进实验方案,引导他们通过实验去发现和探究解决问题的方法,养成那种自觉的、勤奋的、实事求是的、不折不挠的敢于冒险的创新精神,从而在化学实验中培养学生的科学素养和创新能力。
总之,富有探索性、创造性的实验设计不仅使学生获得了全面的实验方法和实验技能,而且能训练和发展学生的发散思维和收敛思维,有效培养学生在新情境下迁移、拓展、创新实验的能力,发展学生的思维品质。
1.捕捉有价值的实验探究点
新课程理念下的课堂教学提倡教师在教学中实施创造性教育,注重通过化学实验培养学生的科学态度,训练学生的科学思维,激发学生的创造性潜能。在实验教学中,要注重让问题贯穿于探究实验的全过程。
如何使问题贯穿探究实验的全过程?“Na与CuSO4溶液反应”实验就是一个很好的探究点。借助实验可以质疑许多问题:①为何先是钠与水反应?②如果水的量减少再减少,会怎么样?③如果希望有钠将铜置换出来,如何设计实验?④产物是红色固体则一定是铜吗?如何用实验验证?经过讨论,可以将实验设计为“取少量CuSO4溶液滴加到稍大的Na块(蒸发皿)上”。实验结果:Na表面有红色固体出现。实验解释:几滴CuSO4溶液滴加于足量Na块上。①由于反应放热多,使H2O蒸发,Na块熔化。②CuSO4溶液只有几滴,其中H2O的量很少,水很快被Na消耗,造成剩下无水CuSO4和过量Na发生置换反应,生成Cu。即:CuSO4(s)+2Na(s)=Na2SO4+Cu(s)。此反应自由能变化值△rG=-604.93kj/mol,可以反应。可以通过加稀盐酸来区分Cu和Cu2O,确定红色物质是否为铜。
2.因势利导,培养思维的灵活性品质
思维的灵活性品质就是思维活动的灵活程度,集中表现为善于根据事物发展变化的具体情况,审时度势,随机应变,及时调整思路,找出符合实际的解决问题的最佳方案。化学思维的灵活性表现在不受思维定势和固定模式的束缚,善于发现新的条件和新的因素,寻找新的解决问题的途径和方法。在教学《碱金属》一章中过氧化钠的性质时,在演示[实验2-6]过氧化钠与水反应后演示趣味实验“吹气生火”,指出“我们呼出的CO2能灭火,这个实验中却用它来点火,为什么?是Na2O2可燃?是CO2可燃?还是……”,这时有位同学举起手来说“人呼出的气体中除了大量的CO2外,还有较多的水蒸气……”笔者抓住这一契机,赶紧说“对呀,本实验用于验证CO2与Na2O2的反应还有不足,可要怎样证明纯的CO2与Na2O2的反应,你们课后认真设计一下,下次上课时要评价你们设计的方案,再选取其中有创意的方案在课堂演示。”课后学生调整思路,从不同角度变通思考,收集相关资料,学生设计了多种富有创意的实验方案,尤为可贵的是还有定量实验方案,这对高中阶段为数很少的定量实验是一种很好的补充,以下列举了几种。
方案Ⅰ:用棉花包裹一些Na2O2放在石棉网上,撒上少量Mg粉,用连有干燥管的玻管瞄准Na2O2吹气,呼出的水蒸气被无水CuSO4吸收,余下的CO2与Na2O2反应,放出的热量使棉花燃烧,并引燃了Mg粉,而星火闪烁,“噼”“啪”有声。
方案Ⅱ:关闭活塞,将气球内的Na2O2倒入集气瓶内,待淡黄色固体变为白色固体后,打开活塞,广口瓶内的水倒吸入集气瓶。拔下橡皮塞,用带火星的木条检验广口瓶内生成的气体。
方案Ⅲ:在U型管右端中间塞进一团石棉,在石棉上放置过量的Na2O2粉末,在U型管的底部放小块CaCO3,胶头滴管滴入稀盐酸,用带火星的木条放在导管口,则可证明生成氧气。
方案Ⅳ:将气球内的Na2O2倒入集气瓶内,淡黄色固体变为白色固体,气球吸入试管内。
方案Ⅴ:用排饱和NaHCO3溶液的方法收集CO2,待去底塑料瓶内外液面一致时,停止收集;以液面为基准线,将塑料瓶内液面以上容积分为两等份。换上带燃烧匙的橡皮塞(燃烧匙内盛过量Na2O2)并塞紧;待液面上升后,慢慢往上抽动燃烧匙,防止Na2O2接触NaHCO3溶液。可观察到:液面上升至容积半分线,气体体积减半;燃烧匙内淡黄色的粉末变成白色。拔下橡皮塞,用带火星的木条检验塑料瓶内气体,重新燃烧,证明生成的气体为氧气;取少量燃烧匙内白色固体溶于水,加入过量的盐酸,可看见大量气泡产生,证明生成的白色固体为碳酸盐。
方案Ⅵ:用圆底烧瓶收集一满瓶CO2;取单孔橡皮塞,插入一端有尖嘴的玻璃管,尖嘴深入瓶内,另一端连接有止水夹的橡胶管,在橡皮塞部位的玻璃管上绑上用玻璃纤维包裹的Na2O2,塞紧;待充分反应后,打开止水夹,烧杯中的煤油向上形成喷泉,液体充满烧瓶的一半容积。当学生有疑而问时,教师要随机应变,因势利导,在保证实验安全的前提下,插好路标,选好角度、时机,激活学生思维的灵活性品质,将思维的潜能变为创造的显能。
3.构建学生自主探究实验的模式
高中化学自主探究实验教学模式就是让学生在教师的引导下,创设实验问题情境,通过自主设计实验方案,自己摸索操作方法,自主拟定实验步骤,自行探究实验结论,并通过评价与交流,促进学生知识、能力与态度的和谐发展。这是一种以自主学习为核心,以探究为主线的实验教学模式。
在这种模式下,教师的指导作用很重要。但是,教师的指导和学生的自主性之间又存在矛盾:学生要有自主性,教师就不宜过多指导;但教师不指导,探究有时就很难进展下去。解决这一矛盾的方法就是具体分析和规划实验的过程目标。对于具体的实验,学生应该在哪个要素上下功夫,实验的主要能力目标是什么,对此教师要十分清楚,要进行规划。
4.迁移创新
学生通过自主探究,问题讨论,获得比较圆满的答案,从而产生了成功的喜悦,知识颖悟能力、学习自觉性必然增强。教师则要再次举例,启导学生进行知识类比,让学生通过联想,形成“新”的发现,得出“新”的规律,在面临新的问题情境时,能迅速找出新旧知识之间存在的共同要素,从而确定所需解决的新问题可归属于已有的何类知识的延伸或扩展,使学生获得的知识合理迁移。在学习过程中,要不断反馈学生对知识的掌握程度,通过相互矫正,有利于自发地形成学生知识的迁移能力、创新能力。使反馈矫正成为学生从实践到反思、从感性到理性、促进自身发展的重要手段。化学实验在提高学生素质上具有整体的、综合的、独创的功能,在化学教学过程中,要努力发挥化学实验在探究性学习中创设问题情境、验证假设或猜想等环节的作用,激励学生改进实验方案,引导他们通过实验去发现和探究解决问题的方法,养成那种自觉的、勤奋的、实事求是的、不折不挠的敢于冒险的创新精神,从而在化学实验中培养学生的科学素养和创新能力。
总之,富有探索性、创造性的实验设计不仅使学生获得了全面的实验方法和实验技能,而且能训练和发展学生的发散思维和收敛思维,有效培养学生在新情境下迁移、拓展、创新实验的能力,发展学生的思维品质。