高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析與制備對(duì)學(xué)生綜合素養(yǎng)的開(kāi)發(fā)

陳偉雄 王換榮 李志方

針對(duì)高中化學(xué)定性、定量分析和制備等學(xué)生實(shí)驗(yàn)，充分讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)的奇、真、美，有效地培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和科學(xué)素養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生綠色化學(xué)理念和環(huán)保意識(shí)，提高教學(xué)質(zhì)量。

1 分析和制備實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)的影響

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，絕大部分內(nèi)容都依賴(lài)于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的展開(kāi)。在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的能力，注重他們的探索能力，在整個(gè)過(guò)程中培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)最能體現(xiàn)出的是化學(xué)的“奇”“真”“美”，實(shí)驗(yàn)中瞬息萬(wàn)變的現(xiàn)象展示出生動(dòng)的魅力和豐富的內(nèi)涵。在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，分析實(shí)驗(yàn)和制備實(shí)驗(yàn)最能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)的實(shí)驗(yàn)思維和規(guī)范的操作技能，通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫骄C合開(kāi)發(fā)和提升。

2 化學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)置與分類(lèi)更趨生活化

新課程標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革，一個(gè)重要的導(dǎo)向，就是朝著生活化的方向發(fā)展。這與先進(jìn)的教育理念對(duì)人才的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)是一致的，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中，更多的是探究和驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)論，并且選取的實(shí)驗(yàn)選材廣泛，設(shè)計(jì)新穎，貼近生活，將化學(xué)變化原理寓于生活實(shí)際之中。如果能更好地將這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)單方便，現(xiàn)象更明顯，就更加能發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的動(dòng)機(jī)功能，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

2.1 定性分析實(shí)驗(yàn)

比如，學(xué)生對(duì)生活常識(shí)中的“菠菜和豆腐不宜同時(shí)食用”的實(shí)驗(yàn)探究。首先通過(guò)查閱教材和相關(guān)資料得知：1）制作豆腐時(shí)要加入石膏（主要成分是CaSO4），使蛋白質(zhì)膠體聚沉；2）菠菜中含有草酸、草酸鹽等成分；3）草酸是一種能溶于水的弱酸，在人體內(nèi)如果遇上鈣和鋅便生成草酸鈣和草酸鋅，往往不易被吸收而排出體外，而草酸鈣不溶于水和醋酸，也是結(jié)石的主要成分。此時(shí)，很順理的提出：“菠菜和豆腐同時(shí)食用有可能會(huì)產(chǎn)生人體不能吸收的沉淀物。”接著可以設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如表1所示。

表1

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：菠菜和豆腐同食，可以生成不易被人體吸收的草酸鈣，同時(shí)影響了人體對(duì)鈣的吸收，影響到了人體的健康。那么如何食用菠菜呢？則可以繼續(xù)探究，將菠菜放于沸水中煮沸2分鐘，約有80%的草酸溶解到了水中，而其他營(yíng)養(yǎng)成分基本沒(méi)有被破壞。

2.2 定量分析實(shí)驗(yàn)

定量實(shí)驗(yàn)是在定性實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上研究某些量及某些量間關(guān)系而展開(kāi)的。從高中化學(xué)的角度來(lái)看，定量實(shí)驗(yàn)可測(cè)量主要是固體或氣體的質(zhì)量、液體或氣體的體積以及反應(yīng)體系溫度等。

對(duì)于氣體質(zhì)量和氣體體積，一般無(wú)法直接用天平和量筒來(lái)測(cè)定，而要通過(guò)間接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。1）氣體質(zhì)量測(cè)定主要有兩種方法：一是利用差量法，即通過(guò)測(cè)定反應(yīng)體系反應(yīng)前后質(zhì)量的差異，確定氣體的質(zhì)量；一是利用所測(cè)氣體的某些性質(zhì)（如酸堿性或溶解性），采用合適的吸收劑（如濃硫酸、堿石灰）來(lái)吸收，通過(guò)測(cè)量吸收裝置吸收前后質(zhì)量差，得到氣體的質(zhì)量。2）對(duì)于氣體體積的確定，一般也有兩種方法：一是通過(guò)上述方法測(cè)其質(zhì)量，在利用密度或氣體摩爾體積進(jìn)行換算；二是對(duì)于無(wú)法采用上述方法確定其質(zhì)量的氣體，通常采用排水量氣法測(cè)量它們的體積，根據(jù)排出的水的體積來(lái)確定氣體的體積。

定量實(shí)驗(yàn)必須盡可能減小實(shí)驗(yàn)誤差、提高實(shí)驗(yàn)精確度。通常采用的措施包括：1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和條件精選精度比較高的計(jì)量?jī)x器；2）準(zhǔn)確規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作；3）重視測(cè)量實(shí)驗(yàn)中的“恒量”操作和重復(fù)測(cè)量。在重復(fù)測(cè)量時(shí)，要確保兩次量之間的差異符合實(shí)驗(yàn)要求，計(jì)算時(shí)取兩次以上可測(cè)量值之間的平均值；4）注意外界條件的影響等。

2.3 化學(xué)制備實(shí)驗(yàn)

制備實(shí)驗(yàn)則是在定性和定量分析實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)綜合應(yīng)用。比如,制備氫氧化亞鐵實(shí)驗(yàn)觀察到的現(xiàn)象：產(chǎn)生的沉淀物只有瞬間的白色，很快就轉(zhuǎn)變?yōu)榛揖G色。原因是產(chǎn)生的氫氧化亞鐵不穩(wěn)定，很快就被進(jìn)入其中的空氣所氧化而成為紅褐色的氫氧化鐵。該如何制備比較純凈的氫氧化亞鐵？通過(guò)實(shí)踐，可以通過(guò)控制生成的氫氧化亞鐵不與氧氣接觸，則可以保存較長(zhǎng)的時(shí)間。然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如表2所示。

表2

3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)作用的不可替代性

3.1 拓寬學(xué)生思路，培養(yǎng)探究能力

實(shí)驗(yàn)?zāi)芨纳茖W(xué)生的思維品質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生感知和理解事實(shí)材料，積極思維，形成公式、概念，教師應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中積極引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生，使學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)習(xí)中的價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)技能。

科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾侄危瞧渌魏畏椒ǘ疾豢商娲?。結(jié)合新課程標(biāo)準(zhǔn)的研究性學(xué)習(xí)，讓學(xué)生自選課題，使學(xué)生有機(jī)會(huì)有效利用學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室資源，對(duì)許多日常生活中的現(xiàn)象進(jìn)行科學(xué)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析，并得出有效結(jié)論。

例如，對(duì)日常生活中香煙燃?xì)庵袩焿A和CO成分的定性分析（實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示）通過(guò)實(shí)驗(yàn)和探究，充分發(fā)揮了學(xué)生的主體作用，使學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫接行У呐囵B(yǎng)和提升。

3.2 挖掘教師潛力，提升實(shí)驗(yàn)技能

化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的目的和要求，運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)知識(shí)和操作技能,對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和方法所進(jìn)行的一種規(guī)劃，并通過(guò)實(shí)踐達(dá)到預(yù)期效果的過(guò)程。新課程增設(shè)了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)課，開(kāi)始在高中階段培養(yǎng)學(xué)生的綜合運(yùn)用化學(xué)基本理論和基本實(shí)驗(yàn)技能、獨(dú)立分析問(wèn)題與解決實(shí)際問(wèn)題的能力，目的是將學(xué)生從知識(shí)的接受型向知識(shí)的索取型轉(zhuǎn)化，同時(shí)，也是提高教師實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等業(yè)務(wù)能力的重要途徑。

3.3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，彰顯綠色化學(xué)

新課程在化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)了綠色化學(xué)新理念，實(shí)驗(yàn)中所選用試劑、條件改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響等都作了規(guī)定，要求在高中開(kāi)設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要考慮到環(huán)境保護(hù)因素，做到既能減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)人與環(huán)境的污染，又能降低危險(xiǎn)事故的發(fā)生幾率，減輕學(xué)生對(duì)操作化學(xué)實(shí)驗(yàn)的恐懼感，還要有利于改變社會(huì)對(duì)化學(xué)科學(xué)的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

例如，學(xué)生對(duì)廢棄電池的綜合利用做了一個(gè)比較全面的調(diào)查和分析，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了他們的一些想法。通過(guò)日常生活中的一些小實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，使學(xué)生更清楚地認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)需要從小事做起。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，通過(guò)定性分析認(rèn)識(shí)化學(xué)的奇（性質(zhì)），由定量分析得出化學(xué)的真（結(jié)構(gòu)），讓制備實(shí)驗(yàn)完成化學(xué)的美（應(yīng)用），在實(shí)驗(yàn)中既可以讓學(xué)生看到科學(xué)與生活的密切關(guān)系，也使學(xué)生學(xué)會(huì)科學(xué)研究物質(zhì)的一般規(guī)律，認(rèn)識(shí)到科學(xué)不斷發(fā)展的基本規(guī)律。通過(guò)各類(lèi)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，設(shè)置一系列的探究活動(dòng)，既可以有效激發(fā)學(xué)生的探知興趣，又可以使學(xué)生重視探究過(guò)程，培養(yǎng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，提高科學(xué)素養(yǎng)。

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