新课程下实验教学功能开发的实践与思考

新课程下实验教学功能开发的实践与思考安徽省界首市第一中学张登堃[内容摘要]新课程注重学生个体的发展，并提高学生的科学和人文素养，因此新课程下的化学实验不再仅是学生感性认识的过程，更是理论思维活动的过程，其本质是理论思维的物化，所以实际教学中，不但要通过化学实验锻炼学生实践能力，更应该加强学生在实验全过程的理论思维能力训练和培养，以提高学生的综合素质。[关键词]化学实验设计实践能力思维能力“为了每一个学生的发展”是新课程的理念，体现了“以人为本”的教学观念，它突出培养学生的创新和实践能力、收集处理信息的能力、获取新知识的能力、分析解决问题的能力，以及交流协作的能力，而这些能力的培养与实验教学密不可分，因此，化学实验，从认识论和方法论的角度分析其全过程，它不仅仅是一种感性认识的过程，更是一种思论思维活动的过程,它本质上是理论思维的物化，因此，实验成功的关键主要取决于理论思维作用发挥得如何及实验准备工作是否周密细致。科学上大量成功的实验都是建立在实验准备阶段充分运用理论思维、苦思冥想、精心设计基础上的。中学化学教学中，任何类型的实验都要有明确实验目的、理解指导实验设计的理论、设计实验方案和步骤、实验器材和化学药品的准备等环节，因此，思维的训练也分为四个阶段,每个阶段都可有针对性地训练学生的思论思维能力。1．明确实验目的过程中的理论思维能力培养实验目的是化学实验的灵魂，是化学实验设计方案的重要内容之一，因为化学实验本身就是一个有目的的实验的主体（实验者、学生）与客体（被研究的对象）相互作用的实践活动过程。虽然是主观的，但客观上它是实验主体实验的内在动机，指明了主体努力的方向和预想的结果，也是期盼达到的一种理想，蕴涵了主体的意志和情感。如《以铝为原料制Al(OH)3》，“以铝为原料制备Al(OH)3”作为实验的最终目标是勿容置疑的，但引导学生思考①由Al单质为原料最终制得Al(OH)3的反应路线有几条？②如果有多条，选择哪一条？依据是什么？借此，可以让学生意识到尽管此实验的最终目的是制备Al(OH)3，但在此之前还必须达到一个目标即选择制备Al(OH)3的最佳条件,最终确立此实验的目的:①分析并评价制备Al(OH)3的最佳条件②认识Al的化学性质和Al(OH)3的两性让学生明确实验目的，可以增加实验过程中学生调节、控制其行为的能力，更重要的是使学生将实验能与所学知识相联系，以达到通过实验复习、巩固知识和提高思维能力的目的。2、理解实验原理过程中的理论思维能力培养实验原理是目的与方案之间的重要纽带，没有这一步的思维，实验目的就很难顺利过渡到方案的设计，即使设计出了方案，也会因缺乏理论依据而不能达到预期目的。有了设计就有了根据、有了方向。学生即可据此知道采取适当的方法和手段，并作逻辑推理，预测可能遇到的困难和克服困难的预案。如《利用废铁屑制备硫酸亚铁》，在设计前，先由问题引发学生思考：①工业废铁屑中有哪些成分？②用废铁屑制硫酸亚铁，主要反应原理是什么？（用化学方程式表示）③由此能制得纯净的硫酸亚铁吗？可能含哪些杂质？④如何避免产生或除去上述杂质？⑤精制硫酸亚铁的方法是什么？然后结合学生的回答，归纳原理中的主要反应：Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑Fe2O3（铁锈）+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2OFe+Fe2（SO4）3==3FeSO4最后给学生以下提示：①工业废铁屑中常沾有油污，应先除去油污②由于废铁屑表面有铁锈，会与硫酸反应生成硫酸铁，用实验时所加的过量的铁将其还原为硫酸亚铁。③利用重结晶法精制硫酸亚铁时，应加热（50℃-80℃）后趁热过滤。通过上述理论思维知道，必须预先采取除杂和防止氧化的措施，才能达到预期目的，这就要运用氧化还原反应原理、混合物的分离和提纯、重结晶法等理论知识。3、实验方案、实验步骤设计过程中的理论思维能力培养这是思维训练的主战场，毛泽东曾说过“一切事情是要人做的”“做就必须先有人根据客观事实，引出思想、道理、意见，提出计划、方针、政策、战略、战术，方能做得好”。实验方案和步骤是实验目的的具体化的模型，这种具体化是以文字说明、化学用语和化学专用符号、图与表等的描述形式感性化地体现在书面上的，这是一项复杂而细致的工作，为此，要对此实验所涉及到的一系列具体问题进行认真的分析和周密的思考。首先，对该实验所涉及的化学原理，有关的各物质性质要有全面、深入的了解和认识。其次，还必须按照反应原理，依据反应物生成物的性质、实验条件的控制等来预选实验方法和手段，甚至对选择仪器的规格连接方式都要仔细考虑，然后，确定实验操作的程序和步骤，并在头脑中进行“实验”：考虑好每一步该怎样操作、注意什么、怎样观察，直至到每一环节构成一个有序的整体。如《乙二酸性质实验方案的设计》:在设计乙二酸的化学性质实验方案前，应首先预测乙二酸可能具有的性质。乙二酸（HOOC—COOH）俗称草酸，常见的草酸是含有两分子结晶水的无色晶体（H2C2O4·2H2O）。启发学生从结构决定性质的角度分析:乙二酸与乙酸都含有相同的官能团——羧基，因此可推断乙二酸应具有与乙酸相似的一些化学性质；但乙二酸为二元酸，它应该还具有一些与乙酸不同的特殊性质。在设计其性质实验方案时，可以从以下几个方面加以推测并进行实验：①乙二酸具有酸性。②乙二酸受热后可能会分解，分解产物中如果有气体，很可能是CO2；乙二酸晶体中含有结晶水，在受热时会有水生成。③乙二酸分子中两个羧基直接相连，可能会被高锰酸钾氧化。④乙二酸可能起酯化反应。⑤根据常识，乙二酸能使蓝墨水褪色。基于此，可设计如下实验步骤：1、乙二酸的酸性⑴分别用玻璃棒蘸乙二酸溶液、稀硫酸、乙酸点在pH试纸上，并与标准比色卡对比。⑵向盛有少量Na2CO3粉末的试管里，加入约3mL乙二酸溶液，观察现象。2、乙二酸受热分解给试管中的乙二酸晶体加热，将分解产物先通入干燥的、冷的小烧杯中，然后再通入澄清的石灰水中，观察现象。3、乙二酸的还原性向盛有5mL乙二酸饱和溶液的试管中滴入3滴用硫酸酸化的KMnO4溶液（质量分数0.5%），振荡，观察现象。4、酯化反应在一试管中加入3mL乙二醇，然后边摇试管边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL乙二酸。连接好装置,用酒精灯小心均匀地加热试管3min-5min，产生的蒸气经导管通到饱和Na2CO3溶液的液面上。观察现象。5、乙二酸使蓝墨水褪色在两支试管中各放入一块蘸有蓝墨水的布条，分别用0.5%（质量分数）的KMnO4溶液、2%（质量分数）乙二酸与乙二酸钾混合溶液浸泡，观察现象。通过实验，可以观察到乙二酸呈强酸性，酸性较乙酸强，能使Na2CO3分解。乙二酸受热分解有CO2和H2O生成。乙二酸能使KMnO4溶液褪色。乙二酸能洗去溅在布条上的蓝墨水的墨水迹。再次，要求学生对自己的能力、可能遇到的困难和克服办法做好思想准备。即设计出两套或多套不同的实验方案。并加以分析比较，从中确定一个较理想的，然后完成实验设计的最终方案。如：以铝屑为原料制备Al(OH)3方案的设计,通过启发学生回忆Al的单质及其化合物的相关知识,可能有预设方案一：用稀硫酸银铝屑反应，使Al的单质转化为Al3+的溶液，再用NaOH溶液（或氨水）使Al(OH)3沉淀析出。化学方程式：])(3)(26)([3)(26)(3)()(32424323342423342234242SONHOHAlOHNHSOAlSONaOHAlNaOHSOAlHSOAlSOHAl稀离子方程式：]3)(3[)(33262432333323NHOHAlOHNHAlOHAlOHAlHAlHAl预设方案二：将铝屑跟浓NaOH溶液反应，再用稀硫酸中和过量的碱，并促进AlO—2水解，以得到Al(OH)3。化学方程式：22232222HNaAlOOHNaOHAlOHNaAlO222NaOHOHAl3)(离子方程式：22232222HAlOOHOHAlOHAlO2222OHOHAl3)(预设方案三：用铝屑分别与稀硫酸和浓NaOH溶液反应，然后将得到的铝盐溶液混合过滤，再将得到的沉淀洗涤，即可得到Al(OH)3。化学方程式：2342423)()(32HSOAlSOHAl稀22232222HNaAlOOHNaOHAl423223423)(8126)(SONaOHAlOHNaAlOSOAl离子方程式：233262HAlHAl22232222HAlOOHOHAl3223)(463OHAlOHAlOAl在预设方案一中，存在用NaOH溶液沉淀Al3+，还是用NH3·H2O沉淀Al3+更好的问题。若用NaOH溶液沉淀Al3+，终点不易控制，因为Al(OH)3会溶于过量NaOH溶液而影响Al(OH)3的生成量。而Al(OH)3不溶于过量氨水。所以应用氨水沉淀Al3+。当在Al3+液中滴入氨水至不再有沉淀析出时，可视为终点的到达，即全部Al3+已转化为Al(OH)3。在预设方案二中，在用酸中和NaAlO2溶液中过量的碱并促使2AlO水解的同时，也存在着酸的用量问题，因过量的酸也可促使Al(OH)3溶解。在预设方案三中，从反应中消耗的酸、碱的量分析，每生成1molAl(OH)3，平均消耗molOHmolH4343和。预设方案一、二、三中酸、碱的用量见下表：途径生成1molAl(OH)3消耗H+或OH—的物质的量/mol消耗H+消耗OH—1．Al→Al3+→Al(OH)3332.32)(OHAlAlOAl113.32342)()(OHAlNaAlOAlSOAlAl3/43/4对于上述三种设计方案，从反应物种类看，三种方案都使用三种药品。从消耗酸、碱的物质的量来分析，方案一用量最多，方案三用量最少；从操作要求考虑，方案三也是最为简单。经过综合比较、判断，可以确定应采用设计方案三来制备Al(OH)3，其反应流程可设计如下：铝屑稀硫酸Al2(SO4)3NaAlO2浓NaOH溶液铝屑混合后过滤滤液沉淀洗涤Al(OH)34．实验手段和化学试剂准备过程中的理论思维能力培养化学实验仪器、装置等的选择和准备，并不是纯物质的活动，也要以理论为指导，如有关气体制备常用的实验仪器、装置的使用也蕴含一定的理论和逻辑思维方法，中学化学涉及到的实验室制备气体的装置主要有四类：①②③④①“固+液→气”型②“固+液气”型③“液+液气”型④“固+固气”型如：中学化学实验中制备O2的实验方案设计中仪器、装置的选择，针对不同的原理、方案①KMnO4或KClO3分解②H2O2的催化分解③Na2O2与H2O反应，设计选择不同的装置：方案①则宜选择④类装置方案②、③则宜选择①类装置再如乙二酸性质实验方案的设计中实验仪器装置的选择。乙二酸是固体，乙二酸受热分解时，引导学生联系NaHCO3受热分解的性质实验装置和实验室制备NH3、O2的实验装置，所以此装置就选“固+固气”型,如下图6-1；而乙二酸的酯化反应，则应类似于乙酸乙酯的制取，采用“液+液气”型的简单装置如下图6-2。可见，实验仪器和药品的准备、选择并非简单的体力劳动，而更应该在此活动中培养学生的理论思维能力。总之，新课程下实验教学中注重实验的同时，更应该增强学生思维能力的培养和训练，加强以优化实验方案设计为中心的实验前准备过程中的学生理论思维能力的培养和训练，引导他们能更独立自主的进行一些化学探索性实验，点亮了创新的火花，发展了学生的探究能力和动手能力，努力实现实验教学以知识为本向以学生发展为本的转变，达到提高学生整体素质的目的。参考文献：1．许嘉璐《中国中学教学百科全书·化学卷》沈阳出版社2002年12月版2．刘知新《化学实验教学论》人民出版社2004年6月版3.王磊《普通高中选课与学习指南化学》北京大学出版社20064、《普通高中化学课程标准》（实验）人民教育出版社20035、毕华林、亓英丽《高中化学新课程教学论》高等教育出版社2005