化学创意实验的设计与教学应用

化学创意实验的设计与教学应用．．．．．．．．．．．．．徐建春文章来源：作者：时间：2009-2-70:09:31点击次数：66摘要：在化学教学中，注重创意实验的开发和教学应用，引导学生探讨问题，从而形成富于思考的思维品质和具备创新的意识、习惯和能力。关键词：化学教学；创意实验；教学设计文章编号：1005－6629(2008)08－0032－03中图分类号：G633.8文献标识码：B上海市新课程改革提出“重视培养学生乐于动手、勤于实践、勇于创新的意识、习惯和能力”[1]。思维活跃是一个现代人才的重要标志，养成良好的思维习惯有利于培养创造型的人才。创意实验是指对现行实验的改进和优化，或是根据教学目标有目的地进行自行设计的实验。而创意实验的开发直接反映了教师实验教学能力及对化学教育的认识水平。随着创意实验开发能力的提高和创意实验在课堂教学中的广泛运用，引导学生探讨问题，在教师创新精神和创新能力的熏陶下，学生能逐步形成富于思考和敢于创新的科学品质。而目前的创意实验主要体现在研究者对实验本身的创新，如实验的条件、实验装置、实验方案的设计、实验辅助手段等。而在实验教学的设计和实施方面的创新，则较少[2]。近几年的化学教学中，笔者紧紧抓住“用创意实验引导学生探讨问题”的教学模式，坚持对各种创意实验进行开发或二次开发，充分整合于教学设计中。主要体现在能展示化学美、呈现化学真、突显化学奇的创意实验的设计与教学应用，旨在展示教学中利用创意引导学生思考问题，点拨学生的思维，从而提高问题的分析能力和解决能力。1展示化学美的创意实验的教学设计化学教学中不仅要向学生展示化学仪器美、化学物质美,更重要的是，在实验操作美、实验装置的和谐美、现象美上狠下功夫，力求装置简单，操作简便安全，现象明显而精彩。在教学中，借助一些展示化学美感的创意实验，以引起强烈的视觉效果，调动学生的兴趣和激活其思维。如在《化学变化中的能量变化》[3]的教学中，为引导学生了解和体验化学反应中的能量变化，训练学生由感性认识到理性认识的思维过程，笔者在教学中设计和穿插运用了一系列创意实验，进行了教学。［案例1］《化学变化中的能量变化》创意实验的设计与教学应用[演示实验]KClO3受热刚开始熔化时没有氧气放出；将带火星的木条与熔融的KClO3接触，木条在熔融的KClO3中剧烈地燃烧起来，且发白光、发热。该实验旨在表现化学能转化成热能、光能等能量。继而打开电子音乐卡片，旨在表现化学能转化成电能。［学生实验］在此基础上，引导学生分组实验，探究得出“镁与盐酸反应要放出热量，溶液的温度升高。”［演示实验］Ba(OH)2·8H2O与NH4Cl的反应要吸热，使木片上的水凝结成冰。由此，学生进一步明确化学反应伴有能量的变化，常常表现为热量的放出或吸收。联系能量守恒定律，引导学生总结出反应物的总能量和生成物的总能量不相同是化学反应是吸热还是放热的原因所在。为使学生理解燃料充分燃烧的重要性，笔者设计了如下实验：［创意实验1］在一支点燃的蜡烛上，盖一个干净的白色瓷坩埚。（黑色的烟，说明没有充分燃烧，造成燃料的浪费和空气的污染。）此时提出充分燃烧的措施。［创意实验2］用针筒鼓入少量的氧气，火焰变明亮。（说明燃烧过程中要有足量的空气。）用针筒鼓入大量空气，火焰容易熄灭。（说明空气也不是越多越好。）［创意实验3］用一个装有酒精的喷雾器，喷酒于酒精灯火焰上，火焰非常大。（说明增大接触面积，可充分燃烧。）化学变化中的能量变化，作为连接初中化学和高中化学的纽带，是学生对燃烧、能量的再认识。充分利用实验，让学生直观地感受到化学变化中的美妙现象。如在《评说氮与硫的“功”与“过”》教学中，可在课堂上点燃黑火药，火星四射非常美。经常让学生在实验教学中欣赏化学美，就会消除对化学的误解，自发的产生“为什么”的强烈求知欲，从而产生探索化学的浓厚兴趣。2呈现化学真的创意实验的教学设计教学实验大多数是为传授知识服务的，充分展示化学知识各个方面的实验现象，才有利于学生对知识的理解和掌握。但是在目前的实际教学中，对于课堂很难演示的实验，老师往往借助媒体播放录像或者是多媒体动画演示，有的甚至忽略。事实上，研究者对这一些课堂上较难进行的实验进行了开发，研究出了极具创意的实验。笔者认为在教学中，不仅可以引入新的研究，而且还可以关注研究思路的引导。如在元素周期律教学中，以与水反应的剧烈程度说明钾比钠活泼。以往的实验，只能说明钾与水的反应比钠与水的反应更剧烈些且具有一定的危险性，并没有证明有氢气产生。而目前有关于钾与水反应的实验较具有创意，在教学中可以成为引导学生设计实验装置的素材。［案例2］钾与水反应的创意实验应用的教学片段问题：钾与水的反应要比钠与水的反应更剧烈，会爆炸，有危险性。如何设计实验，让金属钾与水较安全的反应且证实生成的气体为氢气？提示：金属钾保存在煤油中，钾的密度是0.86g/cm3，介于水和煤油之间。思路：可以借用煤油。当钾与水反应产生气体时，把钾推进煤油中，当气体释放完后，钾又回到邻接面继续反应，从而降低了实验的危险性。因此只要把钾置于有煤油的水中即可。而如何证实产生的气体是氢气呢？则需要收集该气体，用爆鸣的方法验证。因此，不要置于开口很大的容器中，否则不易收集。故需要在类似试管口大小的装置中，如U形管或J形管中。结论：装置设计如右图。在实际教学中，利用类似创意实验，设置几个小问题，让学生感受创意实验的研究的思路和方法。又如在关于铜锌原电池的教学中，教材中安排的演示实验只能说明电子由锌片通过导线流向铜片，溶液中氢离子从铜片上获得电子被还原成氢气分子，而不能让学生直观的感知锌片的溶解。针对这一难以观察到的现象，笔者在教学环节中引入了一个创意实验。［案例3］铜锌原电池创意实验应用的教学片段教师：如何证明锌片溶解了？学生：锌片前后质量有无变化。教师：有无直接的方法，一眼就能看出来？学生：直接观察到一小块锌没有了。教师：要使这一小块锌在短时间溶解掉，有什么要求？学生：薄一点，小一点。师述：我们可以把锌片的下端剪成底边和高都约为0.5cm的三角形，并用锉刀将该三角形尖端锉薄。现象：锌片（用硝酸汞溶液处理后的锌片）上无气泡而铜片上有气泡。3～5分钟后，锌片尖端完全溶解。上述实验中一个小小的环节的改进，极富创意！让学生亲眼看到了锌溶解了，深刻理解了锌失去电子的原理。在教学中，需要教师注意专业知识的收集与积累。引入一些创意实验，不仅可以让学生感知到实验现象，理解化学知识，重要的是，将创意实验的成果进行适当分解，引导学生思考和探讨问题，更让学生感受到了创新并非那么遥不可及，只要敢于思考和尝试。3突显化学奇的创意实验的教学设计化学实验所示的物质世界的神奇变化与鲜明直观的化学现象是学生对化学产生兴趣的主要源泉，它能有效地提供给其矛盾的新刺激。利用创意实验设置认知冲突，更容易使学生进入学习情境。如在《盐溶液的酸碱性》教学中，为了激发学生对盐类水解本质学习的兴趣，笔者设计了如下实验进行教学引入。［案例4］《盐溶液的酸碱性》创意实验的设计与教学片段［创意实验］取三支洁净的试管，都加入镁粉和水，观察现象。在试管1中加入少量浓盐酸，在试管2中加入少量固体AlCl3，试管3作对比。（此时，可观察到试管1、2内均产生大量气泡。）教师：针对这个实验，你有什么困惑的地方吗？学生认知冲突：为什么镁粉和水在AlCl3的存在下，迅速反应生成氢气？纯水呈中性，纯水中加酸，呈酸性，加入AlCl3怎么也会呈酸性呢？水中的氢离子浓度增大的原因是什么？笔者将AlCl3代替了教学中通常使用的FeCl3或铵盐，理由是：FeCl3容易水解，试管中溶液颜色较深，影响气泡的观察；而形成氢气的氢离子是由水提供，若使用含有氢元素的铵盐（NH4+）则会产生干扰，故选择AlCl3。又如在学习了铝的性质后，为深化铝及原电池的有关知识，在教学中运用如下创意实验设计教学。［案例5］铝与原电池的创意实验设计与教学片段问题1：由镁、铝与稀硫酸所构成的原电池，请判断此装置的正、负极？（旨在活化“活泼的金属做负极，不活泼的金属做正极”的知识。）问题2：若用较浓的氢氧化钠溶液代替上述原电池中的稀硫酸，请判断此装置的正、负极？（旨在引起“镁比铝活泼，但镁作正极”的认知冲突）问题3：常温下，Cu-Al作为电极插到浓硝酸中，正、负极又如何判断呢？在由问题(2)所得结论的基础上，笔者又提出问题(3)，旨在深化电极与电解质溶液的关系，为拓展其它电池做铺垫。又如笔者在高三复习钠、镁、铝单质及其化合物性质时，设计了钠分别与75%的乙醇水溶液、95%的乙醇水溶液反应的实验。结果反应速率反而是与95%的乙醇水溶液慢。这与学生学过的浓度对反应速率的影响规律矛盾，认知冲突由此产生。通过创意实验的开发和设计，充分暴露学生头脑中纠缠的新、旧化学知识，借助科学方法，理顺知识。总之，在教学中要重视创意实验的设计和成果的应用，就要求教师平时注意收集并开发一些创意实验。同时，根据具体情况，对一些创意实验进行适当的二次开发，引导学生思考和探讨问题，提升学习的兴趣和思维品质。正如笔者的一位学生在所寄的贺卡中感叹道：“也许我们已习惯了传统的教学方式，但这个年龄特有的好奇心使我们更热衷于、更易于接受新事物、新方法，枯燥、乏味的化学知识因为老师您的传授方法和新颖的实验而变得生动有趣，学起来也特别带劲”。笔者坚信，在创意实验的开发与应用中“学会教学”，坚持用创意实验更新课堂教学，更多的学生一定会成为国家所需要的创新型人才。