構(gòu)建微型化學(xué)實驗培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識研究

沈怡，潘倩影，凌雨平，陳迪妹

摘 要：文章以“氯氣的制取與性質(zhì)檢驗”為例，對構(gòu)建微型化學(xué)實驗、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識進(jìn)行研究。在化學(xué)實驗教學(xué)設(shè)計中，教師要注重回顧舊知，拓展思維，注重引導(dǎo)學(xué)生牢固掌握實驗原理，貼近學(xué)生生活實際，保持開放的實驗態(tài)度。要滲透綠色化學(xué)理念，通過改進(jìn)與創(chuàng)新氯氣的制取與性質(zhì)檢驗方法，構(gòu)建微型化學(xué)實驗，以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，提高學(xué)生合作動手能力和創(chuàng)新思維能力。

關(guān)鍵詞：微型化學(xué)實驗；創(chuàng)新意識；創(chuàng)新能力；教學(xué)設(shè)計；氯氣的制取與性質(zhì)檢驗

中圖分類號：G421；G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-3561（2018）01-0006-02

一、問題的提出

新課程改革要求教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)方法，課堂教學(xué)要以學(xué)生為中心，體現(xiàn)“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念。化學(xué)實驗是科學(xué)探究不容忽視的重要手段，有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作、探討、創(chuàng)新及實踐動手能力。在蘇教版教材《化學(xué)（必修1）》中，“氯氣的制取與性質(zhì)檢驗”設(shè)計雖然能夠較好地讓學(xué)生了解實驗室制取氯氣的原理及其氯氣性質(zhì)，但還存在著以下問題：氯氣的產(chǎn)生難以控制且往往量大造成環(huán)境的污染和藥品的浪費(fèi)，裝置較為煩瑣導(dǎo)致氣密性欠佳，實驗設(shè)計具有連續(xù)性不利于課時調(diào)控等。微型實驗解決了該實驗的絕大部分問題，而且微型實驗具有耗能少、時間短、現(xiàn)象明顯、環(huán)保安全的特點，更有助于探究教學(xué)的進(jìn)行。

二、設(shè)計思路

“氯氣的制取與性質(zhì)檢驗”是蘇教版教材《化學(xué)（必修1）》專題2第一單元第1、2節(jié)內(nèi)容，在學(xué)生掌握了氯氣的制取與性質(zhì)檢驗理論知識之后，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實驗，讓學(xué)生通過實驗更好地理解理論知識。

【教學(xué)目標(biāo)】1）知識與技能。要讓學(xué)生通過實驗現(xiàn)象，了解氯氣的化學(xué)性質(zhì)。2）過程與方法。要通過引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象，提升學(xué)生觀察和分析問題的能力；讓學(xué)生學(xué)會從多媒體材料和文本材料中篩選信息，并進(jìn)行交流；讓學(xué)生能夠應(yīng)用所學(xué)的理論知識，解決一些簡單的實際問題。3）情感態(tài)度與價值觀。要讓學(xué)生樹立關(guān)心生活、關(guān)心社會的態(tài)度，具有環(huán)境保護(hù)意識；讓學(xué)生體會實驗中的相互合作，學(xué)會與他人進(jìn)行合作學(xué)習(xí)。

【教學(xué)重點】學(xué)生合作進(jìn)行微型化學(xué)實驗。

【教學(xué)難點】微型化學(xué)實驗的創(chuàng)新。

【教學(xué)思路】本課通過氯氣制取原理知識的回顧和拓展，啟發(fā)學(xué)生針對不同的實驗裝置選擇不同的制取方案，同時創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生在實踐中分辨不同氣體制備方案的優(yōu)缺點。在實際實驗操作中，要讓學(xué)生體會微型化學(xué)實驗的優(yōu)點，通過性質(zhì)實驗的改進(jìn)，深入了解氣體性質(zhì)。在交流討論中，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)，讓學(xué)生形成氯氣的制取與性質(zhì)檢驗的整體化思維。

三、教學(xué)過程

1. 回顧舊知，拓展思維——“氯氣制取原理”的擴(kuò)充

師：在上兩節(jié)課中，我們學(xué)習(xí)了氯氣的生產(chǎn)原理和氯氣的性質(zhì)，其中主要學(xué)習(xí)了兩種制取氯氣的方法。請問是哪兩種方法呢？生：氯堿工業(yè)（電解飽和食鹽水）、用濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng)制備氯氣。師：現(xiàn)在請同學(xué)們合上課本，拿出自己的筆記本，先寫出兩種氯氣制取方法的原理，然后畫出對應(yīng)的實驗裝置圖。請兩位同學(xué)在黑板上展示他們的答案，其他同學(xué)則在完成自己的任務(wù)之后扮演糾錯者的角色，看看臺上兩位同學(xué)有沒有熟練掌握上節(jié)課的內(nèi)容。師：通過糾錯，我們發(fā)現(xiàn)臺上的同學(xué)在畫電解飽和食鹽水的裝置時，將鐵棒和石墨棒畫反了。那么問題來了，我們可以調(diào)換它們的順序嗎？生：不能，陽極不允許使用鐵棒，不然會發(fā)生鐵失電子的情況，而陰極可以使用石墨棒。師：剛剛我們請其他同學(xué)扮演了糾錯者的角色，現(xiàn)在我們請臺上兩位同學(xué)扮演提問者的角色，提問幾個關(guān)于這兩個實驗的重要問題。生：一是如何檢驗氯堿工業(yè)產(chǎn)生的氫氣（點燃，若有爆鳴現(xiàn)象則證明有氫氣生成），二是在濃鹽酸與二氧化錳反應(yīng)制取氯氣的裝置中，氫氧化鈉溶液的作用是什么（除去氯化氫）。師：今天，我們還要了解一種制取氯氣的方法。大家可以看到，在以四人為小組的實驗桌上，有氯酸鉀和濃鹽酸兩種藥品。聯(lián)系之前講過的歸中反應(yīng)，請同學(xué)們自己在紙上寫下反應(yīng)方程式。師：請同學(xué)們從價態(tài)、實驗條件等方面對比一下，針對制取氯氣，濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng)、氯酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)這兩種方法各有什么優(yōu)劣之處。生：使用氯酸鉀和濃鹽酸不需要加熱，但歸中反應(yīng)會產(chǎn)生多種中間價態(tài)的產(chǎn)物，使得氯氣最后混有多種雜質(zhì)。

【設(shè)計意圖】通過學(xué)生自主回顧的形式檢驗知識儲備，再借助對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識拓展化學(xué)反應(yīng)的探索，創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生感受不同實驗裝置和不同實驗方法的優(yōu)缺點，增強(qiáng)理論與實踐的轉(zhuǎn)化和聯(lián)系，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力。

2. 舊知延伸，細(xì)節(jié)整體化——“氯氣的性質(zhì)檢驗”的擴(kuò)充

投影展示實驗裝置：氯氣的發(fā)生裝置——飽和食鹽水——濕潤的淀粉碘化鉀試紙——濕潤的pH試紙——濕潤的有色布條——干燥的有色布條。師：現(xiàn)在請一位同學(xué)回答一下當(dāng)氯氣制備出來以后這個裝置里的物質(zhì)會發(fā)生怎樣的變化。生：濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)后褪色，濕潤的pH試紙先變紅后褪色，濕潤的有色布條褪色，干燥的有色布條不褪色。師：說得基本正確，但在實際的實驗過程中我們發(fā)現(xiàn)，最后那個干燥的有色布條也褪色了，這是為什么呢？有什么改進(jìn)的方法？生：應(yīng)該是制備出來的氯氣經(jīng)過飽和食鹽水以后還是潮濕的，導(dǎo)致布條褪色，我們可以在干燥的有色布條之前放一個干燥裝置，比如放一個內(nèi)含氯化鈣的干燥器。

【設(shè)計意圖】通過常見實驗裝置的展示與氯氣性質(zhì)的思考簡化實驗裝置，這有利于深化學(xué)生的微型實驗思維。

3. 創(chuàng)新實驗，微型化實驗裝置

師：大家可以看到，自己小組的實驗桌上有注射器、透明硅膠管、橡膠塞、燒杯、脫脂棉、氫氧化鈉溶液、濃鹽酸、氯酸鉀、蒸餾水、品紅試紙、高錳酸鉀、pH試紙以及淀粉碘化鉀試紙。我們今天要做的微型創(chuàng)新實驗，要用到這些實驗材料。這個微型實驗，分為氯氣的制備和檢驗兩個部分。大家可以看PPT上的實驗裝置圖（實驗在透明硅膠管中進(jìn)行）。師：這個裝置是利用注射器來制備氯氣，請大家先思考一下，然后分享自己的想法。生：先把氯酸鉀放到注射器里，然后再用注射器吸入適當(dāng)?shù)臐恹}酸。師：這樣的做法很好，可以通過控制鹽酸的量來控制反應(yīng)進(jìn)度。如果能夠用脫脂棉來固定氯酸鉀，是不是會更好呢？大家可以看一下，改進(jìn)后的操作過程是這樣的：在注射器中放入一個包著適量氯酸鉀的脫脂棉，并把活塞推到針管底部。制取氯氣時，從注射器的針頭吸入濃鹽酸浸沒脫脂棉，馬上可以觀察到黃綠色的氯氣產(chǎn)生。立刻將針尖扎到橡膠塞上，氯氣慢慢充滿注射器。待活塞不再上升，反應(yīng)結(jié)束，氣體的制備完成。師：氯氣的制備已經(jīng)完成。我們看一下實驗裝置圖中的硅膠管，它是由一種新型的高分子彈性材料制成的，有極好的耐高溫（250℃～300℃）、耐低溫以及耐腐蝕性能，而且能夠經(jīng)受多次苛刻的消毒，具有極佳的回彈性。大家再看一下實驗裝置圖，在實驗裝置圖中，左邊放的是什么？生：濕潤的淀粉碘化鉀試紙、濕潤的pH試紙、濕潤的品紅試紙。師：這些試紙的順序其實是可以調(diào)換的，如果按照這位同學(xué)說的，那依次檢驗的是什么？生：氧化性、酸性、溶于水的漂白作用。師：在實驗裝置圖中，右邊教師用字母標(biāo)出來的是什么？大家做一下填空題，并且分享一下放這種物質(zhì)的理由。生：a是飽和食鹽水，用來吸收濃鹽酸；b是包有固體氯化鈣的脫脂棉，用來干燥氯氣；c是氫氧化鈉溶液稀釋過的棉花團(tuán)，用來處理氯氣尾氣。師：完整而又正確。這個改進(jìn)后的實驗，其實就是以前實驗裝置的創(chuàng)新與微型化。大家觀看PPT，記住實驗的幾個注意點：一是微量實驗取用藥品的量不宜過多，大約0.3g～0.5g。二是在使用注射器制備氣體時，吸取液體的量也不宜過多，只需剛好浸沒脫脂棉即可。待反應(yīng)結(jié)束之后，要防止使用注射器取用氣體時使液體噴濺，應(yīng)先將注射器內(nèi)反應(yīng)后的廢液注入NaOH溶液中，保留氣體待用。三是氯氣具有強(qiáng)氧化性，在進(jìn)行性質(zhì)實驗時，硅膠管中只需注入少量氯氣。注射時要緩慢，這樣能夠減緩實驗現(xiàn)象，方便觀察，避免浪費(fèi)。四是在性質(zhì)實驗中，要防止有毒氣體進(jìn)入空氣中。待整個實驗完成，可吸入堿液進(jìn)行處理?，F(xiàn)在請大家按照分組一起來嘗試做這個實驗，實驗時注意安全，特別是濃鹽酸的使用要格外注意。師：實驗做得差不多了，我們請每個小組總結(jié)一下自己對這個實驗的看法，或者在這個實驗中遇到的問題。生：這樣的實驗設(shè)計還可以適用于二氧化硫的制取和性質(zhì)檢驗等。師：這樣的微型實驗，利用的還是我們熟悉的實驗原理，只是量上縮小了，在實驗器材上經(jīng)常會使用生活中常見的材料。

【設(shè)計意圖】小組實驗的形式，增強(qiáng)了學(xué)生的動手能力和合作精神，微型創(chuàng)新實驗有利于加深學(xué)生對綠色實驗、節(jié)約型實驗的認(rèn)識。實驗之后的反思，體現(xiàn)了學(xué)生在課堂中的主體地位。學(xué)生積極反映存在的問題并切實地去解決，提高了自身的創(chuàng)新實踐能力。

四、教學(xué)反思

整節(jié)課的教學(xué)設(shè)計，體現(xiàn)以學(xué)生為主體的教學(xué)理念和創(chuàng)新的微型實驗理念，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識。綜合來看，該教學(xué)設(shè)計具有以下特點。

1. 先分后合，從掌握實驗原理入手

微型實驗的設(shè)計與探究，必須建立在學(xué)生牢固掌握實驗原理的基礎(chǔ)上。本次教學(xué)設(shè)計將氯氣的制取與檢驗分成兩個部分，先以引導(dǎo)為主要方式讓學(xué)生對原理的各個細(xì)節(jié)進(jìn)行探討，然后再進(jìn)入實驗部分。這樣，能夠發(fā)散學(xué)生的思維，促使學(xué)生更加深入地理解實驗的改進(jìn)之處，并且提出更多的意見與建議。

2. 貼近生活，走近身邊的化學(xué)

生活離不開化學(xué)，化學(xué)與生活息息相關(guān)。在微型實驗中用到了硅膠管、注射器等生活中常見的物品，學(xué)生會對此產(chǎn)生濃厚的實驗興趣。通過相關(guān)實驗的設(shè)計和自主探究，學(xué)生可以受到啟發(fā)并產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲，從而主動地探索生活中更多實驗的可能性。

3. 由一生多，保持開放的實驗態(tài)度

本次微型化學(xué)實驗創(chuàng)新整合了氯氣的制取與檢驗，實驗細(xì)節(jié)相對來說較多，由此可生出的變化也更多。本節(jié)課中教師對細(xì)節(jié)有足夠多的引導(dǎo)，力求多方面促使學(xué)生自主思考與自主進(jìn)行實驗操作，即實驗形式是多樣的，實驗態(tài)度較為開放。這樣的微型創(chuàng)新實驗教學(xué)，可以激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索的欲望，有助于學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]程亞新.高中微型化學(xué)實驗與探究教學(xué)的整合[D].蘇州大學(xué)，2014.

[2]彭英邦，陳迪妹.轉(zhuǎn)化“認(rèn)知沖突”促進(jìn)知識內(nèi)化——以“從鋁土礦中提取鋁”的設(shè)計為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2017（01）.

[3]唐子涵.中學(xué)化學(xué)有毒氣體演示實驗的改進(jìn)[J].實驗教學(xué)與儀器，2016（01）.

[4]武漢大學(xué)，吉林大學(xué)，中山大學(xué).分析化學(xué)實驗[M].北京：高等教育出版社，2001.endprint