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探索性实验是指人们为了探知新领域、认识新事物,运用推测、假设和构想然后通过验证其成败的一种手段。在中学化学教学中,实验教学是很重要的一环,它有利于培养学生的动手能力和创造性思维。那么,在中学化学教学过程中,如何有效地运用探索实验来培养和训练学生的创新思维呢?通过近几年的化学教学实践,我谈谈自己的具体做法。
一、 加强模仿探索训练,培养学生创新思维品质和思维模式
传统的实验多数情况下是让学生做老师教过的实验,重复教师演示过的实验,但模仿探索训练不同,它必须体现先仿后创,仿中创新。
1.提出问题,传授方法
例如在复习卤素中溴水褪色的反应机理时,在要求学生提出实验方案前,引导分析溴水的成分,与镁反应时可能产生的现象,现象与结论的关系,然后帮助设计实验方案,即教给学生在已知和未知之间如何架设桥梁的方法。
2.制定设想,提出方案,实验验证
例如溴水中含溴、氢溴酸、次溴酸、水等成分。
Br2+H2O=HBr+HBrO
则可能有
Mg+Br2=MgBr2(A)
Mg+2H+=Mg2++H2↑(B)
两个反应均可能使溴水褪色,故反应机理有三种可能:(1)只发生(A)反应;(2)只发生(B)反应;(3)(A)(B)反应同时发生。那么只需在溴水中加入镁粉振荡,观察现象(有无气泡产生)即可初步确定为哪一种情形了。实验验证后得知:溴水褪色过程中只是一开始产生极少量的气泡。排除了(A)(B)单独发生的情形。
3.分析总结,获取新知,提出新问题
若(A)反应单独发生,应无气泡。若(B)反应单独发生,气泡应连续产生直至溴水褪色。而实验表明气泡只是一开始产生少量,所以结论是(A)(B)反应同时发生,并以(A)为主。在成功体验的基础上,此时进一步启发学生“怎样确证反应是以(A)为主”,以激发继续进行深入的探索。
在此基础上,可让学生模仿探索镁与氯化铵溶液反应,锌与硝酸铜溶液反应等的机理,以培养他们科学探索的态度和方法,增强思维的变通性和灵活性。
二、 引导学生自主探索训练,全面提高他们的创新思维能力
自主探索的主体是学生,教师的作用是“导”,即把握探索的大方向,不能让学生的探索带有随意性和盲目性,而是具有针对性和可操作性。教师要注重引导学生的理论探索,明辨是非,以期达到选择最佳探索实验方案的目的。
1.启发思维,鼓励学生提出问题
例如在《胶体》一节教学中,先让学生写出碘化钾溶液和硝酸银溶液反应方程式:AgNO3+KI=KNO3+AgI↓,接着提出问题:是否在任何情况下两者反应都能产生沉淀呢?带着这个疑问,我要求学生阅读胶体制备内容,随后演示了AgI胶体制备实验。学生在得到出乎意料的结论后,都在思考没有出现沉淀的原因。此时我因势利导,提醒他们:“AgI为什么不沉淀下来?请从反应条件分析回答,并设法证明你的推理。”
学生积极讨论,各抒己见,产生了两种合理的假设:(1)若用浓度更大的碘化钾和硝酸银反应会有沉淀生成出现浑浊;(2)若用更多的硝酸银溶液会有沉淀。接着让学生演示:1mol·L -1的碘化钾溶液10ml与1mol·L -1的硝酸银溶液8—10滴反应;0.01mol·L -1碘化钾与0.01mol·L -1硝酸银溶液等体积混合。实验结果均有沉淀或浑浊,符合学生自己的猜想,学生们为自己的假设得到验证而很兴奋,更增添了他们探索问题的信心和热情。
2.诱导探求,合理设计和评价解决问题的方案
在学生的问题提出以后,教师适当引导分析,为制定设想、提出假设和实验方案作参考依据,把握实验过程的操作安全。在我演示实验室制取乙烯的实验时,学生发现问题并产生疑惑,烧瓶内的残留物为什么会变黑,是否有新的黑色物质生成?此时我就启发他们:肯定有新物质生成,但不知是什么物质,为什么有这种物质生成,此外是否会产生影响乙烯纯度的物质,怎样用实验论证。这样就激起了大家强烈的兴趣和欲望,有好几位学生提出想要验证其中有关的副产物。在课外活动时,我就帮助他们分析了其中可能的产物,让他们思考设计方案,分析实验中可能出现的不安全因素等。经过几轮相互间讨论,形成了一套初步方案。
(1)单质碳验证:将反应残留液用水稀释后静置倾去上层液体,再用水洗涤,将其过滤,观察是否得到黑色固体。
(2)单质碳被氧化验证:制乙烯装置中,接上两只盛品红溶液的洗气瓶,观察第一只是否褪色来验证二氧化碳,观察第二只是否褪色来验证二氧化碳是否已被完全吸收,第三只洗气瓶接上盛澄清石灰水的洗气瓶用以验证是否有二氧化碳生成。
我看了方案以后,提出了几个需要注意的问题:残留液用水稀释怎样进行?得到的黑色固体为什么肯定是碳?品红溶液洗气瓶为什么要用两只?经过逐步评价和推敲不存在实验危险后,我让学生根据详细的操作步骤进行动手实验,直至得到满意效果。
在中学化学实验教学过程中,要根据实验的内容、目的和学生的实际,充分挖掘和扩充探索性实验,以对容易混淆、模糊不清概念和问题进行实验探索。只有这样,才可能通过探索性实验教学培养学生的创造性思维,提高他们自主创新的能力,达到教学相长的目的。
一、 加强模仿探索训练,培养学生创新思维品质和思维模式
传统的实验多数情况下是让学生做老师教过的实验,重复教师演示过的实验,但模仿探索训练不同,它必须体现先仿后创,仿中创新。
1.提出问题,传授方法
例如在复习卤素中溴水褪色的反应机理时,在要求学生提出实验方案前,引导分析溴水的成分,与镁反应时可能产生的现象,现象与结论的关系,然后帮助设计实验方案,即教给学生在已知和未知之间如何架设桥梁的方法。
2.制定设想,提出方案,实验验证
例如溴水中含溴、氢溴酸、次溴酸、水等成分。
Br2+H2O=HBr+HBrO
则可能有
Mg+Br2=MgBr2(A)
Mg+2H+=Mg2++H2↑(B)
两个反应均可能使溴水褪色,故反应机理有三种可能:(1)只发生(A)反应;(2)只发生(B)反应;(3)(A)(B)反应同时发生。那么只需在溴水中加入镁粉振荡,观察现象(有无气泡产生)即可初步确定为哪一种情形了。实验验证后得知:溴水褪色过程中只是一开始产生极少量的气泡。排除了(A)(B)单独发生的情形。
3.分析总结,获取新知,提出新问题
若(A)反应单独发生,应无气泡。若(B)反应单独发生,气泡应连续产生直至溴水褪色。而实验表明气泡只是一开始产生少量,所以结论是(A)(B)反应同时发生,并以(A)为主。在成功体验的基础上,此时进一步启发学生“怎样确证反应是以(A)为主”,以激发继续进行深入的探索。
在此基础上,可让学生模仿探索镁与氯化铵溶液反应,锌与硝酸铜溶液反应等的机理,以培养他们科学探索的态度和方法,增强思维的变通性和灵活性。
二、 引导学生自主探索训练,全面提高他们的创新思维能力
自主探索的主体是学生,教师的作用是“导”,即把握探索的大方向,不能让学生的探索带有随意性和盲目性,而是具有针对性和可操作性。教师要注重引导学生的理论探索,明辨是非,以期达到选择最佳探索实验方案的目的。
1.启发思维,鼓励学生提出问题
例如在《胶体》一节教学中,先让学生写出碘化钾溶液和硝酸银溶液反应方程式:AgNO3+KI=KNO3+AgI↓,接着提出问题:是否在任何情况下两者反应都能产生沉淀呢?带着这个疑问,我要求学生阅读胶体制备内容,随后演示了AgI胶体制备实验。学生在得到出乎意料的结论后,都在思考没有出现沉淀的原因。此时我因势利导,提醒他们:“AgI为什么不沉淀下来?请从反应条件分析回答,并设法证明你的推理。”
学生积极讨论,各抒己见,产生了两种合理的假设:(1)若用浓度更大的碘化钾和硝酸银反应会有沉淀生成出现浑浊;(2)若用更多的硝酸银溶液会有沉淀。接着让学生演示:1mol·L -1的碘化钾溶液10ml与1mol·L -1的硝酸银溶液8—10滴反应;0.01mol·L -1碘化钾与0.01mol·L -1硝酸银溶液等体积混合。实验结果均有沉淀或浑浊,符合学生自己的猜想,学生们为自己的假设得到验证而很兴奋,更增添了他们探索问题的信心和热情。
2.诱导探求,合理设计和评价解决问题的方案
在学生的问题提出以后,教师适当引导分析,为制定设想、提出假设和实验方案作参考依据,把握实验过程的操作安全。在我演示实验室制取乙烯的实验时,学生发现问题并产生疑惑,烧瓶内的残留物为什么会变黑,是否有新的黑色物质生成?此时我就启发他们:肯定有新物质生成,但不知是什么物质,为什么有这种物质生成,此外是否会产生影响乙烯纯度的物质,怎样用实验论证。这样就激起了大家强烈的兴趣和欲望,有好几位学生提出想要验证其中有关的副产物。在课外活动时,我就帮助他们分析了其中可能的产物,让他们思考设计方案,分析实验中可能出现的不安全因素等。经过几轮相互间讨论,形成了一套初步方案。
(1)单质碳验证:将反应残留液用水稀释后静置倾去上层液体,再用水洗涤,将其过滤,观察是否得到黑色固体。
(2)单质碳被氧化验证:制乙烯装置中,接上两只盛品红溶液的洗气瓶,观察第一只是否褪色来验证二氧化碳,观察第二只是否褪色来验证二氧化碳是否已被完全吸收,第三只洗气瓶接上盛澄清石灰水的洗气瓶用以验证是否有二氧化碳生成。
我看了方案以后,提出了几个需要注意的问题:残留液用水稀释怎样进行?得到的黑色固体为什么肯定是碳?品红溶液洗气瓶为什么要用两只?经过逐步评价和推敲不存在实验危险后,我让学生根据详细的操作步骤进行动手实验,直至得到满意效果。
在中学化学实验教学过程中,要根据实验的内容、目的和学生的实际,充分挖掘和扩充探索性实验,以对容易混淆、模糊不清概念和问题进行实验探索。只有这样,才可能通过探索性实验教学培养学生的创造性思维,提高他们自主创新的能力,达到教学相长的目的。