高中化學(xué)教學(xué)中微型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)與研究

◇ 甘肅 交巴才旦

化學(xué)教學(xué)中最重要的是實(shí)驗(yàn),因?yàn)閷?shí)驗(yàn)?zāi)軐⒖菰锏慕滩闹R(shí)生動(dòng)地表現(xiàn)出來,可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性．但是教材中有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)比較煩瑣,且有一定危險(xiǎn)性,需要改進(jìn)．基于此,教師要多進(jìn)行微型實(shí)驗(yàn)開發(fā)與運(yùn)用的教研,令實(shí)驗(yàn)過程更加環(huán)保、簡(jiǎn)單、安全,彌補(bǔ)當(dāng)前教學(xué)中的不足．

1 微型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)原則

1.1 科學(xué)性原則

科學(xué)性是設(shè)計(jì)高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一步,也是確定微型實(shí)驗(yàn)是否成功的主要依據(jù)．實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要依靠實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與記錄結(jié)果,最終得出科學(xué)的結(jié)論．例如,檢驗(yàn)苯酚的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,可以用苯酚鈉與人們呼出的二氧化碳反應(yīng)進(jìn)行測(cè)試．實(shí)驗(yàn)過程為:往苯酚鈉溶液中吹氣,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為溶液可能變渾濁．雖然此實(shí)驗(yàn)也能觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,但是因?yàn)檎n堂教學(xué)時(shí)間有限,有些教師將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn):吹氣前用吹氣玻璃管接觸苯酚鈉溶液,再蘸少量稀鹽酸,然后再吹氣,發(fā)現(xiàn)苯酚鈉溶液立刻變渾濁,此過程雖然效果明顯,但是此實(shí)驗(yàn)沒有遵循科學(xué)性原則,即稀鹽酸溶液影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,且改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)只能說明苯酚是弱酸,不能說明其酸性比碳酸弱．

1.2 安全性原則

化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),需以安全為前提,要保障師生的安全、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的安全．教師設(shè)置實(shí)驗(yàn)的時(shí)候,要多考慮實(shí)驗(yàn)過程是否存在危險(xiǎn),并采取措施盡量避免這些危險(xiǎn)．另外,還要禁止一些可能發(fā)生危險(xiǎn)的操作．例如,稀釋濃硫酸的時(shí)候,要嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)要求操作,要將濃硫酸緩緩傾倒入水中,嚴(yán)禁順序發(fā)生變化,否則會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn),令實(shí)驗(yàn)者受傷．再如實(shí)驗(yàn)過程中需檢測(cè)氣體純度,不能不檢驗(yàn)純度就直接點(diǎn)燃?xì)怏w,否則會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)．

2 微型實(shí)驗(yàn)的開發(fā)案例

2.1 離子檢測(cè)的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

高中教材中關(guān)于二價(jià)與三價(jià)鐵離子的描述較多,涉及各自的性質(zhì)、轉(zhuǎn)換和除雜等內(nèi)容也較多．關(guān)于此知識(shí)點(diǎn)考查的題型有很多,如涉及化學(xué)方程式、離子方程式、實(shí)驗(yàn)過程與現(xiàn)象等．有文字方面的描述,也有實(shí)驗(yàn)操作方面的內(nèi)容．且這一知識(shí)點(diǎn)在高考中頻頻出現(xiàn),不但是因?yàn)殍F元素在化學(xué)領(lǐng)域中占有重要的位置,還因?yàn)殍F在生活生產(chǎn)中有舉足輕重的作用．所以教師可以設(shè)計(jì)關(guān)于Fe2＋和Fe3＋的微型實(shí)驗(yàn)．

圖1為檢驗(yàn)Fe2＋和Fe3＋的常規(guī)實(shí)驗(yàn),通過沉淀法進(jìn)行檢測(cè),Fe2＋和OH－反應(yīng),產(chǎn)生Fe(OH)2沉淀,因?yàn)镕e2＋還原性很強(qiáng),且容易被氧化,因此產(chǎn)生的白色沉淀在空氣中很快就會(huì)變成紅褐色．此為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的缺陷,很多教師為了解決這一問題,在課堂教學(xué)中對(duì)實(shí)驗(yàn)做了簡(jiǎn)單的改進(jìn),例如,在反應(yīng)前,在氫氧化鈉溶液中加入苯,因?yàn)楸讲蝗苡谒颐芏刃∮谒奶攸c(diǎn),在實(shí)驗(yàn)中起阻隔空氣的作用．但是本次實(shí)驗(yàn)關(guān)于Fe2＋的性質(zhì)檢驗(yàn)比較單一,如果要繼續(xù)討論Fe2＋和Fe3＋的檢測(cè)與鑒別,還要使用其他藥品和實(shí)驗(yàn)儀器．為了保障學(xué)生實(shí)驗(yàn)的安全性,保證實(shí)驗(yàn)科學(xué)性,教師可讓學(xué)生自主合作,完成微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與改進(jìn),進(jìn)而更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,讓學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中,感受化學(xué)的魅力．本次改進(jìn)實(shí)驗(yàn)需要的藥品有稀H2SO4溶液、FeSO4溶液、NaOH 溶液、氨水、鐵粉、煤油及KSCN 溶液．實(shí)驗(yàn)儀器有試管、導(dǎo)管、膠頭滴管等,實(shí)驗(yàn)裝置如圖2 所示．實(shí)驗(yàn)步驟:第1 步,組裝儀器,在A 試管中加入FeSO4溶液,同時(shí)加入少量的鐵粉防止二價(jià)鐵離子被氧化,接著使用三孔膠塞塞好．在B試管中裝入煤油與KSCN 溶液．第2步,在A 試管中滴入稀硫酸排出試管中的空氣,然后滴入NaOH 溶液觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,此過程產(chǎn)生白色沉淀,然后觀察試管B的顏色變化．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后再向試管B 中滴入氯水,觀察顏色變化．

圖1 常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置

在實(shí)驗(yàn)過程中有很多細(xì)節(jié)值得學(xué)生深思,經(jīng)常引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),是對(duì)其化學(xué)學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng),可以順利將新知識(shí)運(yùn)用于實(shí)際解決問題的過程中,加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的運(yùn)用與理解．該實(shí)驗(yàn)中值得深思的細(xì)節(jié)有:1)為什么在A 試管中加入鐵粉? (為了避免二價(jià)鐵離子被氧化．)2)該實(shí)驗(yàn)中的Fe2＋和Fe3＋的轉(zhuǎn)化,為什么先加入KSCN 溶液的目的是確定B 試管中是否有三價(jià)鐵離子,然后加入氯水(為了觀察二價(jià)鐵離子是否被氧化)．3)B 試管中為什么要放入煤油? (是為了使實(shí)驗(yàn)更科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn),避免空氣進(jìn)入影響實(shí)驗(yàn)效果．)改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn),不但能檢測(cè)鐵離子,還能實(shí)現(xiàn)二價(jià)與三價(jià)鐵離子之間的轉(zhuǎn)換,提升學(xué)生思考的整體性．另外多種藥品的使用便于學(xué)生思考多種物質(zhì)間的反應(yīng),還能節(jié)省藥品,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成節(jié)約的意識(shí),發(fā)揮微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的環(huán)保性．若站在知識(shí)的傳輸方面,此類實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),也便于學(xué)生更好地學(xué)習(xí)Fe2＋和Fe3＋的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化．

2.2 性質(zhì)檢測(cè)的微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以“氯氣的制取與性質(zhì)”為例,教學(xué)目標(biāo)為:學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)與學(xué)習(xí),了解氯氣的性質(zhì);在實(shí)驗(yàn)中提升學(xué)生的探究興趣,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,養(yǎng)成正確的學(xué)習(xí)方法,并為后期學(xué)習(xí)元素周期表提供基礎(chǔ)．氯元素對(duì)學(xué)生來說很熟悉,在生活中經(jīng)常遇到,如食用鹽中主要元素就是氯,所以在學(xué)習(xí)前,學(xué)生會(huì)對(duì)此部分內(nèi)容產(chǎn)生親切感,能有效降低探究難度．另外高中生已經(jīng)有自己一套獨(dú)特的學(xué)習(xí)方法與思路,且具備一定實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?對(duì)于教師教學(xué)很有幫助．氯氣在人們生活中有重要的利用價(jià)值,但是氯氣自身有毒,所以為了保證師生安全,教學(xué)過程中關(guān)于此部分的實(shí)驗(yàn)都是通過播放實(shí)驗(yàn)視頻或者教師單方面的演示完成的,這樣使學(xué)生學(xué)習(xí)積極性降低．所以開發(fā)設(shè)置相關(guān)微型實(shí)驗(yàn)很有必要．圖3是制取與探究氯氣性質(zhì)的常規(guī)裝置,可以訓(xùn)練學(xué)生基礎(chǔ)儀器與藥品的使用．但是從整體實(shí)驗(yàn)裝置上分析,裝置過于煩瑣,藥品用量大,產(chǎn)生尾氣過多,在實(shí)驗(yàn)過程中還會(huì)有危險(xiǎn)性．

圖3 制取氯氣與性質(zhì)探究常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置

教師往往將本次實(shí)驗(yàn)課設(shè)置為演示課,雖然在課堂教學(xué)中教師反復(fù)強(qiáng)調(diào)基本操作步驟,但是學(xué)生不能很好地提升操作技能．因此設(shè)計(jì)微型實(shí)驗(yàn),彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn),且通過操作簡(jiǎn)單、直觀、安全等優(yōu)勢(shì),鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力．微型實(shí)驗(yàn)中需要的藥品為:濃鹽酸、紅紙條、高錳酸鉀、淀粉KI試紙、溴化鈉試紙、石蕊試紙、氫氧化鈣顆粒等,實(shí)驗(yàn)裝置如圖4所示．

圖4

實(shí)驗(yàn)步驟為:首先,教師帶領(lǐng)學(xué)生組裝實(shí)驗(yàn)裝置,并加入藥品．找1個(gè)250mL的空飲料瓶,清洗干凈并干燥后,在瓶蓋處打2 個(gè)小孔,先裝入50 mL Ca(OH)2溶液,并挑選長(zhǎng)度適合的玻璃棒,一側(cè)穿入小孔中,玻璃棒固定后,從上往下以此粘貼試紙(濕潤(rùn)紅紙條、淀粉KI試紙、溴化鈉試紙與石蕊試紙．瓶蓋的另一個(gè)小孔放置裝有濃鹽酸的膠頭滴管．另取一只試管,裝入5g高錳酸鉀,并固定在空飲料瓶中,將瓶蓋擰緊．其次,學(xué)生捏膠頭滴管,令其中的濃鹽酸滴出,發(fā)生化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生黃綠色的氣體,隨著氣體量的增多,逐漸逸出試管,進(jìn)入飲料瓶,此時(shí)觀察玻璃棒中多個(gè)試紙的顏色變化．最后,將試紙的變化記錄下來,實(shí)驗(yàn)后產(chǎn)生過量的氯氣,通過瓶中的氫氧化鈣吸收,完成尾氣的處理．

高中化學(xué)課堂教學(xué)中,經(jīng)常出現(xiàn)這樣一種情況,就是教師傳遞的知識(shí)與學(xué)生可以接受的內(nèi)容失衡,進(jìn)而使得本來就“死氣沉沉”的化學(xué)課更加雪上加霜．借此,在課堂中運(yùn)用實(shí)驗(yàn),并讓學(xué)生動(dòng)手操作,可以優(yōu)化教學(xué)方法,活躍課堂氛圍．本次微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有:1)學(xué)生可以參與到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)中,在形成新的實(shí)驗(yàn)裝置圖時(shí),培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新與動(dòng)手能力．2)微型實(shí)驗(yàn)課令學(xué)生更直觀觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,進(jìn)而深刻記憶氯氣的化學(xué)性質(zhì),便于運(yùn)用．3)隨著實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象明顯地呈現(xiàn)出來,便于學(xué)生以小組的形式分析并討論,以此加強(qiáng)對(duì)氧化還原反應(yīng)的理解．4)經(jīng)過本次微型實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化,保證氯氣不會(huì)外漏,更加安全環(huán)保．

微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與運(yùn)用,需要每名學(xué)生都參與其中,進(jìn)而令化學(xué)課堂不再“死氣沉沉”,而是“其樂融融”,在生生之間、師生之間有更好的交流與溝通．以此鍛煉學(xué)生的化學(xué)思維,做到真正的教學(xué)相長(zhǎng)．