現(xiàn)象與過(guò)程可視化目標(biāo)下的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究

張德文

摘要：本文基于高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)要求，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐對(duì)現(xiàn)象與過(guò)程可視化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);現(xiàn)象與過(guò)程可視化;實(shí)驗(yàn)探究

通過(guò)改變觀(guān)察方式，呈現(xiàn)出清晰的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，在細(xì)微的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)中感受真實(shí)且又豐富的化學(xué)內(nèi)涵，最終獲得感性經(jīng)驗(yàn)，這便是化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與過(guò)程可視化方法的應(yīng)用目的。

一、現(xiàn)象與過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)特征

1、實(shí)驗(yàn)原理與學(xué)生認(rèn)知相符

實(shí)驗(yàn)原理是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的重要組成，其旨在幫助學(xué)生獲得基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)的同時(shí)，在頭腦中形成對(duì)實(shí)驗(yàn)整體流程的認(rèn)識(shí)和掌握，尤其是各實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中涉及到的知識(shí)結(jié)構(gòu)，清晰地了解和把握化學(xué)反應(yīng)的微觀(guān)歷程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象所發(fā)生的本質(zhì)。因此在強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與過(guò)程可視化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，所需要用到的實(shí)驗(yàn)原理與相關(guān)知識(shí)必須要與學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平相符，這樣才能夠確保學(xué)生按部就班地順利就行，而不會(huì)造成較大的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

2、有效促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)

新課程改革后對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的要求從最初的掌握基礎(chǔ)學(xué)科知識(shí)與技能，轉(zhuǎn)變成為了三維目標(biāo)，加上之后凝練的五個(gè)教育目標(biāo)維度，現(xiàn)在的化學(xué)課程更加強(qiáng)調(diào)核心素養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)象與過(guò)程可視化方法在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用目的也就愈發(fā)清晰，即為了實(shí)現(xiàn)化學(xué)課程的核心素養(yǎng)目標(biāo)，也因此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)所首要考察的就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是否有積極意義。

3、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易操作

根據(jù)不同課程內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求，教師需要為學(xué)生選擇不同的觀(guān)察和實(shí)驗(yàn)他就模式，如果觀(guān)察的是一些反應(yīng)速率較快或較慢的可視性差的實(shí)驗(yàn)，則需要改變素材的播放速度，這樣便能夠使實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)更加清晰地呈現(xiàn)在課堂之中。進(jìn)而教師在演示完成后，還需要為學(xué)生提供關(guān)鍵的截圖，以形成細(xì)節(jié)與步驟的整合，便于學(xué)生收納。

二、現(xiàn)象與過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)踐分析

1、產(chǎn)生沉淀的化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與過(guò)程可視化設(shè)計(jì)

在高中化學(xué)課程內(nèi)容中，制備Fe（OH）2沉淀是一個(gè)比較重要的探究性實(shí)驗(yàn)，目的是為了探究Fe（OH）2易被空氣中的O2氧化的性質(zhì)，但是在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很難清晰觀(guān)察到理論意義上應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生的白色沉淀現(xiàn)象，而是直接觀(guān)察到了灰綠色的沉淀。這個(gè)演示過(guò)程對(duì)于整體教學(xué)來(lái)說(shuō)是分廠(chǎng)不利的，極易造成學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)知偏差，并且加上Fe（OH）2在空氣中難以被氧化成Fe（OH）3，所以由灰綠色變的Fe（OH）2沉淀變?yōu)榧t褐色Fe（OH）3的沉淀過(guò)程所需要時(shí)間較長(zhǎng)，因此不利于進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和觀(guān)察。那么如果用現(xiàn)象與過(guò)程可視化的方法將實(shí)驗(yàn)的完整過(guò)程進(jìn)行提前拍攝，并對(duì)視頻中的關(guān)鍵操作步驟進(jìn)行截圖處理，便可以使學(xué)生更加清晰地觀(guān)察到Fe（OH）2沉淀的變化過(guò)程，為課堂教學(xué)提供極大便利。首先，在試管中加入適量的NaOH溶液（2mol/L），在酒精燈上加熱至沸騰后迅速滴加三滴煤油，以隔絕空氣;接著，稱(chēng)取2g FeSO4固體，并加入適量的蒸餾水，將其配置成為一定濃度的FeSO4溶液，再向其中加入適量鐵屑，以防止氧化。最后用拍攝儀器進(jìn)行拍攝，將長(zhǎng)頭膠頭滴管吸取新配制好的FeSO4溶液，箭頭滴管深入煤油液面以下，靠近試管底部，輕輕滴加液體后觀(guān)察現(xiàn)象，待溶液中Fe（OH）2變?yōu)榛揖G色即可。最后，處理視頻，將視頻減速至可以清晰觀(guān)察到白色沉淀產(chǎn)生，然后截圖。

2、鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與過(guò)程可視化設(shè)計(jì)

鈉與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)是體現(xiàn)金屬鈉化學(xué)性質(zhì)的重要試驗(yàn)，該部分內(nèi)容對(duì)于之前的實(shí)驗(yàn)與理論知識(shí)既可以起到補(bǔ)充作用，還能夠?yàn)楹罄m(xù)的深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)?？紤]到鈉與水反應(yīng)的過(guò)程劇烈且迅速，所以導(dǎo)致學(xué)生在還沒(méi)來(lái)得及觀(guān)察時(shí)就已經(jīng)結(jié)束，要想根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象來(lái)歸納Na的化學(xué)性質(zhì)十分困難。因此，利用微距鏡頭來(lái)進(jìn)行拍攝，不僅具有安全性，而且能夠在截圖之后反復(fù)觀(guān)察，確保實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的清晰直觀(guān)。

本次實(shí)驗(yàn)的原理是：Na原子最外層電子數(shù)為1，因此判斷其化學(xué)性質(zhì)比較活潑;再?gòu)腘a元素的化合價(jià)來(lái)看，Na與水反應(yīng)產(chǎn)生NaOH，化合價(jià)升高，在統(tǒng)一反應(yīng)體系中化合價(jià)優(yōu)生又將，通過(guò)分析H+是+1價(jià)，可以得電子形成H2，O則是-2價(jià)，不再得電子，所以產(chǎn)生H2。化學(xué)反應(yīng)方程式為2Na+2H2O=2NaOH+H2↑;離子反應(yīng)方程式為2Na+2H2O=2Na++2OH-+H2↑。Na與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通常會(huì)表述為“浮、熔、游、響、紅”等，即密度比水小，熔點(diǎn)比較低，反應(yīng)中會(huì)生成氣體，推動(dòng)鈉小球的游動(dòng)，放出大量的熱。

實(shí)驗(yàn)步驟，從試劑瓶中取出一小塊Na，用濾紙吸掉表面煤油。用鑷子夾取Na塊放入到盛有水的小試管中，反復(fù)聚焦拍攝儀器保證畫(huà)面清晰，反應(yīng)結(jié)束后停止錄制，然后將視頻慢放16倍，截圖明顯現(xiàn)象處作為教學(xué)素材。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，由于Na與水的反應(yīng)劇烈，因此學(xué)生很難清晰看到反應(yīng)的過(guò)程，而通過(guò)拍攝視頻慢放截圖的方法則能夠?qū)⑼暾仪逦膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象保存下來(lái)。除此之外，本次可視化實(shí)驗(yàn)由于操作較為簡(jiǎn)單，還可以設(shè)計(jì)成為學(xué)生分組合作實(shí)驗(yàn)，以鍛煉學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。

三、現(xiàn)象與可視化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用策略

1、情景素材

課堂教學(xué)效果的改善首先要從培養(yǎng)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣入手，而既要做到傳遞知識(shí)，又要兼顧技能訓(xùn)練，以及科學(xué)方法和態(tài)度的培養(yǎng)，教師就必須要為學(xué)生精心準(zhǔn)備良好的素材。例如，在探究濃H2SO4性質(zhì)時(shí)，由于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程具有一定危險(xiǎn)性，所以教師大多會(huì)采用演示的方式來(lái)進(jìn)行呈現(xiàn)。那么如果選擇用少量的藥品進(jìn)行反應(yīng)，再結(jié)合微距鏡頭來(lái)拍攝和捕捉實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，即可節(jié)省較多的課堂教學(xué)時(shí)間，而且學(xué)生也很容易能夠觀(guān)察到完整的實(shí)驗(yàn)過(guò)程和細(xì)節(jié)信息。

2、重要補(bǔ)充

新課程標(biāo)準(zhǔn)中要求了在對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)，要考慮到小組成員的分配與上課時(shí)間的安排，尤其對(duì)于演示實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，教師更要提前做好充分準(zhǔn)備。例如，在觀(guān)察活潑金屬與較不活潑金屬離子之間的置換反應(yīng)，通過(guò)拍攝和改變播放倍數(shù)來(lái)呈現(xiàn)出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程。過(guò)程中還可以利用到可視化方法來(lái)對(duì)“銀樹(shù)、錫樹(shù)或是鉛樹(shù)”的生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行觀(guān)察。再如，CuSO4溶液與NaOH溶液滴加順序的不同所生成的產(chǎn)物不同，也可以用拍攝的手段來(lái)進(jìn)行探究，讓學(xué)生感受其中所蘊(yùn)含的化學(xué)原理。

3、作為素材

化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源是實(shí)施課程實(shí)驗(yàn)的必要條件，考慮到目前大多數(shù)課堂實(shí)驗(yàn)探究的內(nèi)容主要是演示、自主和家庭趣味實(shí)驗(yàn)，所以可以適當(dāng)?shù)剡x擇現(xiàn)象與過(guò)程可視化實(shí)驗(yàn)方法來(lái)有效培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。例如，在上述案例中提到的Fe（OH）2沉淀生成探究中，由于其不穩(wěn)定的特性，容易被氧氣直接氧化成為灰綠色，但利用過(guò)程可視化的方法卻能夠清晰地捕捉到其在空氣中發(fā)生顏色變化的過(guò)程，無(wú)疑是極佳的實(shí)驗(yàn)資源。

綜上所述，高中化學(xué)教學(xué)應(yīng)該將重點(diǎn)放在過(guò)程中，結(jié)合具體課程內(nèi)容來(lái)深入思考，充分認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與教學(xué)方法的優(yōu)勢(shì)和不足，將更多地實(shí)驗(yàn)原理與方法進(jìn)行結(jié)合，最終建立起共享的資源庫(kù)，而隨著技術(shù)的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)設(shè)備也會(huì)更加精密，教學(xué)也會(huì)更加便捷，在積極響應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的號(hào)召之下，真正使其感受到化學(xué)的魅力與內(nèi)涵。

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