優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)　啟迪學(xué)生思維

王秀秀

文章編號(hào):1005-6629(2009)07-0030-03中圖分類號(hào):G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,教師要善于從多種角度優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),使學(xué)生學(xué)會(huì)“手腦并用”,讓學(xué)生的思維火花在“設(shè)疑→實(shí)驗(yàn)→質(zhì)疑→頓悟”的教學(xué)進(jìn)程中一次次閃耀,體驗(yàn)學(xué)習(xí)的快樂和科學(xué)知識(shí)的魅力,并有利于知識(shí)的同化和靈活運(yùn)用,逐步形成科學(xué)思維的習(xí)慣。

1 改變反應(yīng)物的用量,促進(jìn)求異思維

初中科學(xué)教材中很多實(shí)驗(yàn)具有“量變引起質(zhì)變”的辯證內(nèi)涵,教師若有意識(shí)地改變實(shí)驗(yàn)中藥品的用量,與教材中規(guī)定用量的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行對(duì)比,會(huì)達(dá)到“出其不意”的效果。

如華師大《科學(xué)》九上第二章有一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng):“用新制的Cu(OH)₂檢驗(yàn)葡萄糖”。在學(xué)完九下化學(xué)內(nèi)容后,安排一個(gè)學(xué)生分組探究活動(dòng),重做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

原課本要求:用2 mL 10 % NaOH滴加 4~5滴 5 %CuSO₄溶液制成 Cu(OH)₂再加入2 mL 10%葡萄糖加熱煮沸,通過觀察Cu(OH)₂顏色變化,檢驗(yàn)葡萄糖的存在。

分組實(shí)驗(yàn):每組第一次按課本藥品用量及步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn),加熱煮沸觀察Cu(OH)₂顏色變化。

設(shè)疑:增大NaOH溶液濃度,滴入CuSO₄溶液量增多,現(xiàn)象仍一樣嗎?

實(shí)驗(yàn):第2次用4 mL 10% NaOH滴加8~10滴5% CuSO₄溶液制成 Cu(OH)₂, 再加入 2 mL 10%葡萄糖(Cu(OH)₂過量), 加熱煮沸,觀察Cu(OH)₂顏色變化,并與第一次的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行比較。

質(zhì)疑:不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生的思考,紛紛提出問題:“第一次實(shí)驗(yàn) Cu(OH)₂加熱煮沸后變成紅色。第2次實(shí)驗(yàn)Cu(OH)₂加熱煮沸后為什么一部分變成黑色,一部分變成紅色?”

教師趁勢(shì)引導(dǎo):“同學(xué)們,根據(jù)第一次實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象你能得出什么結(jié)論?你們猜想第二次實(shí)驗(yàn)中生成的黑色物質(zhì)是什么?紅色物質(zhì)是什么?說出你們猜想的理由?！?/p>

學(xué)生提出多種猜想:有的認(rèn)為黑色物質(zhì)是碳,紅色物質(zhì)是Cu。猜想理由是Cu(OH)₂使C₆H₁₂O₆脫水碳化生成了碳;有的認(rèn)為黑色物質(zhì)是CuO, 紅色物質(zhì)是Cu。猜想理由Cu(OH)₂是不溶性堿加熱能分解成CuO和H₂O;還有的認(rèn)為黑色物質(zhì)是CuO,紅色物質(zhì)是Cu和Cu₂O。他的理由 Cu(OH)₂不可能使C₆H₁₂O₆脫水碳化,否則第一次實(shí)驗(yàn)中Cu(OH)₂也能使C₆H₁₂O₆脫水碳化生成黑色物質(zhì);對(duì)紅色物質(zhì)猜想是Cu和Cu₂O,理由是從H₂還原CuO實(shí)驗(yàn)了解到紅色生成物可能是Cu和Cu₂O的混合物。以上學(xué)生的猜想及理由似乎都有道理,教師不急于評(píng)價(jià)對(duì)錯(cuò)或拋給學(xué)生答案,而是讓學(xué)生通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證黑色物質(zhì)是C還是CuO,紅色物質(zhì)是Cu還是Cu₂O。學(xué)生又提出了多種實(shí)驗(yàn)方案:1.取黑色物質(zhì)加入少量的稀硫酸微熱看溶液是否變成藍(lán)色,若變藍(lán)色說明黑色物質(zhì)是CuO而不是C。2.用石棉網(wǎng)灼熱黑色物質(zhì),用內(nèi)壁附有澄清石灰水的小燒杯罩住,觀察內(nèi)壁是否變渾濁,若渾濁說明黑色物質(zhì)是C。3.將黑色物質(zhì)灼熱后,立即放入盛滿氫氣的集氣瓶,看是否變成紅色,若變紅色說明黑色物質(zhì)是CuO。4.在紅色物質(zhì)中滴加稀硫酸微熱,若不能反應(yīng)則紅色物質(zhì)是Cu,若能反應(yīng)則是Cu₂O?！?/p>

又如:探究“空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)中,白磷足量或不足量充分燃燒后,鐘罩內(nèi)水面上升刻度不同,從而啟發(fā)學(xué)生思考影響氧氣體積分?jǐn)?shù)偏小的各種原因。還如探究“用H₂O₂溶液和MnO₂催化劑制取氧氣”實(shí)驗(yàn)時(shí), 讓學(xué)生用溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、5%、8%的H₂O₂溶液和等質(zhì)量的MnO₂混合制取氧氣,可以觀察到各實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生氧氣的速率明顯不同,從而激發(fā)學(xué)生探究“影響化學(xué)反應(yīng)速率可能與哪些因素有關(guān)?”。再如探究“Na₂CO₃溶液與鹽酸反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)時(shí),若在 Na₂CO₃溶液中滴加少量稀鹽酸,與加入足量稀鹽酸時(shí)觀察到產(chǎn)生氣泡現(xiàn)象不同,從而激發(fā)學(xué)生探究“Na₂CO₃與少量稀鹽酸反應(yīng)生成產(chǎn)物是什么?”這些事例中滲透了“量變到質(zhì)變”的辨證思想,學(xué)生的學(xué)習(xí)也更積極主動(dòng),課堂充滿了活力。

2 改變實(shí)驗(yàn)器材,培養(yǎng)發(fā)散思維

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師要有強(qiáng)烈的課程資源整合意識(shí)。同一實(shí)驗(yàn)中,要善于改變實(shí)驗(yàn)器材,采用多種方法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),開闊學(xué)生的視野,啟迪學(xué)生的發(fā)散性思維。

如在已學(xué)過實(shí)驗(yàn)室制取O₂的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)“實(shí)驗(yàn)室制取CO₂氣體”時(shí),教師故意創(chuàng)設(shè)如下情景:“用如圖1所示帶單孔橡皮塞的小試管和集氣瓶制取CO₂氣體,在取石灰石藥品時(shí),挑出來的石灰石大多放不進(jìn)小試管口,只好取小顆粒與稀鹽酸反應(yīng),實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)反應(yīng)速率太快,驗(yàn)滿時(shí)發(fā)現(xiàn)集氣瓶中CO₂未滿而反應(yīng)已停止。”學(xué)生看在眼里急在心里,七嘴八舌議論紛紛。此時(shí)教師提出問題:“如你想制取3瓶CO₂氣體,用于檢驗(yàn)CO₂性質(zhì),你認(rèn)為此裝置有何不足?”學(xué)生紛紛動(dòng)腦一起討論解決困難,有的說此反應(yīng)裝置太小;有的說此裝置不能控制反應(yīng)速率;有的說此裝置不能隨時(shí)控制反應(yīng)停止和進(jìn)行。教師又問“為了解決以上問題,應(yīng)如何改進(jìn)裝置,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)裝置草圖?！睂W(xué)生設(shè)計(jì)了多種反應(yīng)裝置,如圖2所示:

接著讓學(xué)生當(dāng)裁判評(píng)價(jià)哪種設(shè)計(jì)方案最佳, 說出理由,并評(píng)選最佳設(shè)計(jì)獎(jiǎng)和最佳評(píng)論員。在這過程中學(xué)生參與的熱情高漲,順利解決了發(fā)生裝置的問題。教師再提出關(guān)于收集裝置的問題:“我們生活中有哪些器材可以收集CO₂氣體?”學(xué)生方法很多,除了課本中常見的收集裝置外,有的說用扁癟的氣球或塑料袋收集較方便不用排空氣,而且使用時(shí)只要插入管子通過擠壓就可把氣體導(dǎo)出;有的說用洗氣瓶收集氣體比常見的排空氣法方便,可以直接在導(dǎo)管口驗(yàn)純不用浪費(fèi)整瓶氣體,可節(jié)約藥品;有的說用針筒跟帶橡皮管的導(dǎo)管相連收集更方便。

又如探究噴泉形成原因時(shí),若讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)難度太高,教師可以展示多種形成噴泉的實(shí)驗(yàn)裝置,讓學(xué)生逐個(gè)分析這些裝置形成噴泉的原理,并讓學(xué)生歸納要形成噴泉可采用方法。經(jīng)過分析歸納學(xué)生得出形成噴泉可采用方法有:1.利用氣體和溶液反應(yīng)改變裝置壓強(qiáng)差。2.利用溶解性極大的氣體溶于水形成壓強(qiáng)差。3.利用物理方法通過改變裝置內(nèi)溫度改變裝置壓強(qiáng)差。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,改變器材的設(shè)計(jì)方法有:1.同一實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生設(shè)計(jì)不同的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.通過教師展示不同實(shí)驗(yàn)裝置讓學(xué)生分析各裝置的實(shí)驗(yàn)原理,進(jìn)行總結(jié)歸納,等等。但教師在引導(dǎo)學(xué)生解決問題的過程中應(yīng)始終堅(jiān)持不急于指思路、拋答案,而是要給出相關(guān)信息激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、挑戰(zhàn)他們的思維。課堂教學(xué)目的不只是使學(xué)生獲得知識(shí),更重要的是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力和科學(xué)研究方法。

3 改變實(shí)驗(yàn)操作步驟,培養(yǎng)學(xué)生逆向思維

在實(shí)驗(yàn)過程中,教師可有意“顛倒或改變實(shí)驗(yàn)操作順序,或省略必須的操作步驟?！笔箤?shí)驗(yàn)結(jié)果出錯(cuò),讓學(xué)生在找錯(cuò)改錯(cuò)中,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,提高學(xué)生逆向思維能力。

如在學(xué)習(xí)濃硫酸稀釋時(shí),如果教師讓學(xué)生由濃硫酸的性質(zhì),推測(cè)出稀釋時(shí)應(yīng)將濃硫酸倒入水中,再讓學(xué)生實(shí)驗(yàn)。這樣的實(shí)驗(yàn),學(xué)生照方抓藥顯得被動(dòng)、缺乏思維。我試著改變實(shí)驗(yàn)操作步驟,為保證實(shí)驗(yàn)安全,選用一只大燒杯下面墊一塊50 cm×50 cm的正方形玻璃板,以免酸液飛濺到桌面。先向大燒杯中滴入幾滴紫色石蕊試液,倒入一定量的濃硫酸,學(xué)生觀察到石蕊試液變紅——馬上說出這是酸與指示劑的作用,不一會(huì)兒,紅色褪去——學(xué)生想到濃硫酸使石蕊脫水,接著向該燒杯中加入水,看到酸液劇烈飛濺,大燒杯內(nèi)、外濺滿了液滴。學(xué)生既驚慌又興奮,積極性受到極大的調(diào)動(dòng),幾乎都異口同聲地說:“不能將水倒入濃硫酸中。”學(xué)生思維積極,不但問題分析得好,并且印象深刻。

又如:在探究“Fe₂O₃樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)時(shí),教師出示如圖3裝置,并提出問題:“通過哪些方法可以求得Fe₂O₃樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?”

學(xué)生考慮出如下三種方案:1.待完全反應(yīng)后,通過C裝置反應(yīng)前后增加的二氧化碳質(zhì)量,求得Fe₂O₃質(zhì)量;2.通過B裝置反應(yīng)前后減少的氧元素質(zhì)量,得到Fe₂O₃質(zhì)量;3.把反應(yīng)后的鋅粒洗滌烘干,根據(jù)反應(yīng)前后鋅粒質(zhì)量改變量求得氫氣,再求得Fe₂O₃質(zhì)量。

接著教師讓學(xué)生當(dāng)裁判評(píng)價(jià)上述三種方案求得樣品中Fe₂O₃的質(zhì)量是否準(zhǔn)確,若不準(zhǔn)確,請(qǐng)分析原因及應(yīng)如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?教師在解決問題的過程中應(yīng)始終堅(jiān)持不急于指思路、拋答案,而是要給出相關(guān)信息激發(fā)學(xué)習(xí)熱情、挑戰(zhàn)學(xué)生的思維。課堂教學(xué)目的不只是使學(xué)生獲得知識(shí),更重要的是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的能力和科學(xué)研究方法。

4 制造實(shí)驗(yàn)“假象”,培養(yǎng)邏輯思維能力

古人云:“疑者,覺悟之機(jī)?！睙o智者往往被實(shí)驗(yàn)“假象”所蒙蔽, 智者往往能識(shí)破“假象”, 去偽存真。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中, 教師也不妨制造實(shí)驗(yàn)“假象”,營(yíng)造積極思維的氛圍,培養(yǎng)邏輯思維能力,讓學(xué)生爭(zhēng)做火眼金睛的智者,體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣。

如在探究“鋁和鋅與酸反應(yīng)的速率大小”時(shí),用久置在空氣中的鋁片和存放在試劑瓶中鋅粒分別和同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、相等質(zhì)量的稀鹽酸反應(yīng),讓學(xué)生觀察不同時(shí)間段金屬表面產(chǎn)生氣泡的速率變化。學(xué)生觀察的結(jié)果是實(shí)驗(yàn)剛開始時(shí)鋅粒表面產(chǎn)生氣泡速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋁片,一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)鋁片表面產(chǎn)生氣泡速率且遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鋅粒表面。在這實(shí)驗(yàn)過程中,學(xué)生觀察到了兩種截然不同的現(xiàn)象感到非常好奇,從而激發(fā)他們探究產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)“假像”的可能原因。又如在復(fù)習(xí)唾液淀粉酶對(duì)淀粉的消化作用時(shí),教師故意設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn):向淀粉糊中滴加幾滴唾液,再滴入碘液結(jié)果發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)物質(zhì)變藍(lán)色。教師讓學(xué)生分析老師實(shí)驗(yàn)失敗的原因,并讓他們比比誰“火眼金睛”最厲害。學(xué)生分析出了多種形成假象的原因:1.淀粉糊太濃或太多。2.滴入唾液太細(xì)或太少。3.試管內(nèi)物質(zhì)溫度太低或太高。4.原試管沒清洗干凈殘留酸性或堿性物質(zhì)影響酸的活性。5.操作時(shí)沒有振蕩等等。

在探究原理、規(guī)律性實(shí)驗(yàn)時(shí),教師可有意讓實(shí)驗(yàn)“假象”和“真相”同時(shí)出現(xiàn),這樣不僅可以使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)真相中得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論,還可以通過實(shí)驗(yàn)“假象”激發(fā)學(xué)生質(zhì)疑,促進(jìn)思維,提高他們利用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力。在拓展性實(shí)驗(yàn)中教師可直接展示實(shí)驗(yàn)“假象”使其與學(xué)生原認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生矛盾,從而激發(fā)學(xué)生的探究熱情。