在實踐中反思化學(xué)實驗教學(xué)的設(shè)計策略

嚴(yán) 密

（浙江省衢州第二中學(xué) 浙江 衢州 324000）

化學(xué)學(xué)科的形成和發(fā)展展現(xiàn)出以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)的獨特魅力，實驗是化學(xué)教學(xué)永恒的主題。實驗教學(xué)是實施化學(xué)教育的重要載體，亦是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要手段。如何在化學(xué)教學(xué)中充分發(fā)揮化學(xué)實驗的價值？這需要教師認(rèn)真審視新課程賦予化學(xué)實驗的豐富內(nèi)涵和教學(xué)功能，在實驗設(shè)計中融合對學(xué)生知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的培養(yǎng)。

一、于生活中尋找化學(xué)實驗的素材——強(qiáng)調(diào)應(yīng)用性

化學(xué)知識源于生活，具有鮮明的草根性和實用性?；瘜W(xué)實驗的設(shè)計，應(yīng)力求貼近生活，從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，如“雞眼膏”（水楊酸苯酚貼膏）的奧秘、如何去除漆包線表面的漆、水火也能相容（滴水點燈）、鐵釘生銹、橘子會唱歌（水果電池）、雞蛋滲析器、神奇的吸水樹脂等。選擇富含生活氣息的實驗素材，一方面可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，使學(xué)生體味“生活處處是化學(xué)”，另一方面，也可讓學(xué)生理論聯(lián)系實際，做到學(xué)以致用。

案例1.補(bǔ)鐵劑中的鐵是幾價的？（內(nèi)容包含F(xiàn)e2＋和Fe3＋的性質(zhì)與相互轉(zhuǎn)化）。該實驗既可用于鐵內(nèi)容的教學(xué)，也可作氧化還原內(nèi)容的補(bǔ)充實驗，在教學(xué)中可設(shè)計如下問題，引導(dǎo)學(xué)生積極思考。

（1）補(bǔ)鐵劑中的鐵可能是幾價鐵？

（2）如何驗證你的猜想？（檢驗 Fe2＋）

（3） 怎樣使補(bǔ)鐵劑中的Fe2＋轉(zhuǎn)化為Fe3＋？ 如何驗證？（檢驗 Fe3＋）

（4）資料表明，補(bǔ)鐵劑和Vc一起服用效果更好，原因是什么？

反思：課堂中補(bǔ)鐵劑的出場讓學(xué)生們表示出極高的熱情和強(qiáng)烈的求知欲。學(xué)生從補(bǔ)鐵劑的包裝發(fā)現(xiàn)了Fe2＋易氧化變質(zhì)的特點，從檢驗 Fe2＋和 Fe3＋實驗中掌握了不同價態(tài)鐵離子的性質(zhì)，從防止補(bǔ)鐵劑變質(zhì)的實驗中獲得了Fe2＋和Fe3＋之間相互轉(zhuǎn)化的方法。該實驗設(shè)計的意義在于不僅提供給學(xué)生從生活看化學(xué)的視角，而且讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識解決生活中的實際問題，同時還幫助學(xué)生了解飲食營養(yǎng)價值相關(guān)知識，讓學(xué)生實實在在地體會到化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。

二、從實驗驗證走向?qū)嶒炋骄俊癸@主體性

實驗驗證是根據(jù)已有的化學(xué)知識，依據(jù)教材提供操作步驟用實驗來論證其準(zhǔn)確性。由于教材中許多實驗的方案和結(jié)論都是預(yù)定的，學(xué)生在做實驗時往往只是“照方抓藥”，機(jī)械被動地模仿，因而在拓展學(xué)生思維空間，增強(qiáng)實驗主動性和培養(yǎng)創(chuàng)新能力等方面存在一定的制約。在教學(xué)過程中，教師若能把一些驗證性實驗，通過問題設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析探究，不僅能更好地創(chuàng)設(shè)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”的生態(tài)課堂，且有利于增強(qiáng)學(xué)習(xí)自信、激活創(chuàng)新能力，從而使學(xué)生保持生動活潑的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

案例2.鹵代烴中鹵素種類的鑒定。

［師］提出問題：如何確定鹵代烴中的鹵素種類？請同學(xué)們以1－溴丙烷為例，相互合作設(shè)計方案，鑒定其中的溴元素。

［生］分組討論，根據(jù)已有知識設(shè)計方案，并預(yù)期可能觀察到的現(xiàn)象。

方案1：取少量1－溴丙烷于試管中，滴加硝酸銀溶液，有淡黃色沉淀產(chǎn)生。

方案2：取少量1－溴丙烷于試管中，加入氯水和CCl4，充分振蕩，靜置，液體分層且下層液體呈橙紅色。

［生］動手實驗。實驗結(jié)果：方案1沒有觀察到淡黃色沉淀；方案2液體未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，也沒有明顯顏色變化。預(yù)期的現(xiàn)象一個也沒有出現(xiàn)，大大出乎學(xué)生的意料。學(xué)生原有的認(rèn)知受到挑戰(zhàn)，好奇心被激活。

［師］同學(xué)們設(shè)計的方案在什么環(huán)節(jié)中出了問題？（引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析）

［生］交流討論，得出結(jié)論：兩個方案均用于檢驗Br－，而 1－溴丙烷為非電解質(zhì)，溴元素不是以 Br－的形式存在；該物質(zhì)為有機(jī)物，與CCl4互溶，不能用CCl4做萃取劑。要想檢驗1－溴丙烷中的溴元素，必須先設(shè)法將溴原子轉(zhuǎn)化為Br－。

［師］如何才能將1－溴丙烷中的溴原子轉(zhuǎn)化為Br－呢？請同學(xué)們求助課本尋找新方法。

［生］閱讀教材，改進(jìn)方案再次實驗。

方案3：取少量1－溴丙烷于試管中，加入KOH水溶液或KOH乙醇溶液，加熱。滴加硝酸銀溶液，觀察是否有淡黃色沉淀產(chǎn)生。

實驗結(jié)果：試管中出現(xiàn)黑色沉淀。

預(yù)測的現(xiàn)象還是沒有出現(xiàn)！同學(xué)們又驚奇又困惑：黑色沉淀又是什么呢？

［生］猜測：黑色沉淀可能是KOH溶液與硝酸銀溶液反應(yīng)生成；也可能是反應(yīng)生成的醇類物質(zhì)與硝酸銀溶液反應(yīng)生成。

［生］驗證假設(shè)，開始第三次實驗。硝酸銀溶液加入醇類物質(zhì) （乙醇），無明顯現(xiàn)象；硝酸銀溶液加入KOH溶液，先產(chǎn)生白色沉淀，很快變?yōu)楹谏恋?。原來黑色沉淀是KOH參與反應(yīng)生成的！但為什么反應(yīng)一開始生成的白色沉淀會迅速變黑呢？

［師］解釋：生成的白色沉淀為AgOH，不穩(wěn)定，很快分解為黑色Ag2O沉淀。究竟怎么樣才能看到淡黃色的AgBr沉淀？

［生］認(rèn)真分析，提出新方案。

方案4：取少量1－溴丙烷于試管中，加入KOH水溶液溶液，加熱。向試管中加入硝酸酸化，再滴加硝酸銀溶液。

方案5：Ag2O沉淀可溶于硝酸，AgBr沉淀不溶于硝酸。直接在出現(xiàn)黑色沉淀的試管中滴加硝酸至黑色沉淀溶解。

［生］按照方案4、5實驗，均看到試管中有淡黃色沉淀。

［師］請同學(xué)們歸納整理鑒定鹵代烴中鹵素種類的實驗方案。

反思：在教學(xué)中不該一味由教師告訴學(xué)生該怎么做，而應(yīng)通過教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，鼓勵他們多層次、多角度地觀察、思考。學(xué)生不僅通過自主學(xué)習(xí)、討論探究，親身經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問題→分析猜測→提出假設(shè)→設(shè)計方案→實驗驗證的探究歷程；而且通過彼此之間的交流與合作，帶來信息、資源和思想觀點的共享，促進(jìn)了彼此之間的情感交流，更進(jìn)一步培養(yǎng)了與人交往的能力。

三、在實驗教學(xué)中滲透“量”的意識——遵循科學(xué)性

“一種科學(xué)只有在成功地運(yùn)用數(shù)學(xué)時，才算達(dá)到真正完善的地步?！被瘜W(xué)學(xué)科正是借助對物質(zhì)組成的定量研究，才逐漸擺脫了描述性的經(jīng)驗形態(tài)。傳統(tǒng)化學(xué)實驗多以定性為主，教師對實驗的“量”少有重視，學(xué)生普遍缺乏“量”的意識。如學(xué)生實驗中液體試劑的取用量通常為2～3mL，但多數(shù)學(xué)生不清楚向試管中倒多少液體才是2～3mL，若改用滴管取液亦不清楚1滴管液體的體積大約為多少。在實驗中，學(xué)生也常常表現(xiàn)出對常見儀器規(guī)格不清、精密度把握不準(zhǔn)，忽視濃度、溫度、酸堿性等條件對反應(yīng)的影響，錯誤地進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理等諸多通病。因此教師在教學(xué)設(shè)計中要注意挖掘?qū)嶒瀮?nèi)容，注重滲透“量”的觀念，才能更好體現(xiàn)化學(xué)在實驗中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的特點。

案例3.強(qiáng)弱電解質(zhì)的導(dǎo)電性實驗。

教材選用相同條件（相同體積、相同濃度）下的HCl、CH3COOH、NaCl、NaOH 溶液和氨水進(jìn)行導(dǎo)電性實驗。教師演示實驗，學(xué)生觀察現(xiàn)象得到結(jié)論：燈泡亮的是電解質(zhì)溶液，燈泡亮的程度可區(qū)分電解質(zhì)的強(qiáng)弱。多數(shù)教師對該實驗的理解就到此為止，而沒有對實驗中相同條件指什么，為何要采用相同條件的電解質(zhì)溶液進(jìn)行分析。

筆者對該實驗做了改進(jìn)，另外添加了兩種溶液：相同體積、相同濃度CuSO4溶液和相同體積、不同濃度的HCl溶液，再進(jìn)行溶液的導(dǎo)電性實驗。學(xué)生通過對燈泡亮度的觀察和實驗條件的分析意識到電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱不僅取決于自由移動的離子濃度，還與離子所帶電荷數(shù)相關(guān)。而要進(jìn)行強(qiáng)弱電解質(zhì)的判別，必須要采用相同濃度、相同體積、相同電荷數(shù)的離子組成的溶液進(jìn)行對比，因為只有這樣，燈泡的亮度才只與電解質(zhì)強(qiáng)弱有關(guān)。這是一種非常重要的科學(xué)方法——變量控制，是科學(xué)探究的重要環(huán)節(jié)?；瘜W(xué)實驗的現(xiàn)象往往紛繁復(fù)雜，影響實驗的因素通常并不唯一，在這種情況下，只有對實驗條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，才能從實驗結(jié)果中獲得科學(xué)事實，取得科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

反思：近年來定量實驗在高考中頻繁出現(xiàn)，試題不但立足基礎(chǔ)，更彰顯能力，這由化學(xué)學(xué)科的特點決定，更是素質(zhì)教育的必然要求。教師在實驗教學(xué)中要讓學(xué)生對量的重要性有深刻認(rèn)識，適當(dāng)增加定量實驗，讓學(xué)生獲得“量”的概念，學(xué)會“量”的控制，形成從“宏觀到微觀”、“定性到定量”、“量變到質(zhì)變”等科學(xué)的方法論和價值觀。

四、革新舊有的實驗手段——體現(xiàn)時代性

中學(xué)化學(xué)實驗室儀器配備普遍落后，稱質(zhì)量只有托盤天平、量體積只有量筒、測溶液pH只有pH試紙……陳舊的實驗手段，既不利于學(xué)生獲得精確的實驗數(shù)據(jù)，也難以激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的養(yǎng)成非常不利。革新舊的實驗手段，在實驗中引入新興技術(shù)不僅能讓學(xué)生測得更準(zhǔn)、看得更清，還能讓學(xué)生了解先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、獲得科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。

案例4.運(yùn)用數(shù)字化信息系統(tǒng)研究酸堿中和滴定實驗。

蘇教版教材 《化學(xué)反應(yīng)原理》中以一定濃度的NaOH溶液與鹽酸反應(yīng)為例研究中和滴定過程中溶液pH的變化，滴定過程中用pH計測定、記錄溶液的pH。接近反應(yīng)終點，每加一滴溶液測定并記錄一次數(shù)據(jù)。滴定過程中錐形瓶瓶口小，pH計使用不便，且間隔一定NaOH溶液體積就要測定一次數(shù)據(jù)，整個實驗時斷時續(xù)耗時較長。

運(yùn)用pH傳感電極能較好避免上述問題。組裝實驗裝置時，用燒杯代替錐形瓶置于磁力攪拌器上，pH傳感電極下端玻璃球泡完全浸沒在燒杯液面下，電極連接數(shù)據(jù)采集器，并與計算機(jī)相連，通過堿式滴定管向燒杯內(nèi)未知濃度的鹽酸中滴加NaOH溶液。實驗過程中，同學(xué)們可通過實驗軟件系統(tǒng)實時監(jiān)測反應(yīng)過程中溶液pH的變化，點擊繪圖功能由計算機(jī)自動生成酸堿中和滴定曲線，通過觀察滴定曲線發(fā)現(xiàn)滴定等當(dāng)點前后存在顯著的滴定突躍區(qū)域，并可在滴定曲線中尋找pH＝7時的NaOH溶液的滴定體積，計算得到待測鹽酸的濃度。

反思：利用數(shù)字化信息系統(tǒng)開展實驗教學(xué)，是運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行教學(xué)的手段。合理恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用現(xiàn)代技術(shù)，能提高實驗的可見度，增強(qiáng)實驗的可信性，有效提高課堂效率。它不僅能改進(jìn)傳統(tǒng)化學(xué)實驗，而且能更好地拓展學(xué)生的研究視界，進(jìn)一步顯現(xiàn)化學(xué)實驗的教育功能。

其實化學(xué)實驗教學(xué)中的設(shè)計策略遠(yuǎn)不止這些，教師在教學(xué)實踐中要注重積累，及時反思，這不僅能幫助教師更新教學(xué)理念、提高執(zhí)教能力、提升自身修養(yǎng)，更能借助實驗有效地落實教學(xué)的三維目標(biāo)，促成學(xué)生終身學(xué)習(xí)和終身發(fā)展。

［1］ 李霞，黃菲菲，錢楊義.運(yùn)用手持技術(shù)探究酸堿中和滴定過程中電導(dǎo)率的變化［J］.化學(xué)教育，2011，（6）：57