归类解析教材中提升反应现象清晰度的实验设计

2014-11-04 23:56吴朝辉
化学教学 2014年9期
关键词:化学实验教学实验设计

吴朝辉

摘要:化学实验对于化学教学有独特作用,清晰的反应现象又是发挥实验独特作用的重要保证。文章以化学教材实验为原型,归纳整理出提升反应现象清晰度的设计细节:放大、持续和转换,为教师进行实验创新提供可借鉴的设计技巧。

关键词:教材实验;反应现象;实验设计;化学实验教学

文章编号:1005–6629(2014)9–0055–03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B

1 问题提出

《普通高中化学课程标准(实验稿)》提出:实验对于实现高中课程目标具有不可替代的作用;鼓励学生通过实验学习化学知识与技能[1]。因此,教学必须组织和运用好各种化学实验,充分发挥实验在培养学生思维能力过程中的独特作用[2]。笔者认为清晰的反应现象是发挥实验独特作用的重要保证,因为观察反应现象是实验教学的起点、开启学生思维的开关。但是部分实验的反应现象微弱或持续时间短甚至无明显现象,阻碍了实验所发挥的独特作用。如何提升反应现象的清晰度?笔者查阅了多套化学教材中的实验内容,梳理其中为提升反应现象清晰度而精心设计的细节,为教师进行实验创新提供可借鉴的设计技巧。

2 归类解析提升反应现象清晰度的实验设计

2.1 通过放大,提升看不清楚的反应现象的清晰度

有些实验的现象过于微弱,不利于观察和收集,或者只能惠及少数学生,教材通过放大反应现象,提升反应现象清晰度。如检验不饱和烃的溴水改用溴的四氯化碳溶液,通过增加溴的浓度,放大反应前后的颜色对比,让学生看明白反应现象。

实验1:分别在两个集气瓶中滴入几滴浓氨水和浓盐酸,盖上玻璃片,如图放置(口对口竖直放置,笔者注),然后抽去中间的玻璃片,观察发生的现象(鲁科版《化学1》第77页)。

这个实验的传统做法是用两根玻璃棒在浓氨水或浓盐酸里蘸一下后靠近。因为玻璃棒蘸取的试剂量很少,生成的NH4Cl很少,所以白烟很微弱。通过略微增加HCl、NH3量的方法,放大NH4Cl的生成量,产生大量白烟。

实验2:将铝片剪成长5~8cm、宽0.2~0.3cm的铝条,绕成螺旋状,一端绕紧一根火柴。实验时,用坩埚钳夹紧铝条的另一端,点燃铝条上的火柴,待火柴快要燃烧完时,将铝条伸入盛有氧气的集气瓶(瓶底盛少量水)中,观察现象(苏教版《实验化学》第21页)。

由于会生成致密的氧化物保护膜,阻碍内部的铝与氧气继续反应,所以铝与氧气反应一般很微弱。铝在纯氧中燃烧,通过加快了反应速率、放大反应物的量,提升反应现象清晰度。

2.2 通过持续,提升看不够的反应现象的清晰度

有些实验的现象持续时间很短,学生必须高度集中注意力才能观察清楚。另外,当学生听完教师分析后进行求证时,实验现象已经消失。教材通过实验设计,使反应现象持续清晰呈现,让学生看个够。

实验3:向A、B、C三支试管中分别加入等体积5%的H2O2溶液,再向试管中分别加入2~3滴洗涤剂。向试管A中加入2~3滴FeCl3溶液,向试管B中加入少量MnO2粉末,C试管留作比较用。观察、比较三支试管中发生的实验现象,并试着分析导致实验现象差异的原因(苏教版《化学反应原理》第38页)。

实验4:在两支试管中分别加入3 mL稀盐酸,将两个各装有0.3g Na2CO3或NaHCO3粉末的小气球分别套在两支试管口。将气球内的Na2CO3和NaHCO3同时倒入试管中,观察反应现象(人民教育出版社化学室编著全日制普通高级中学教科书《必修1》第32页)。

两个实验需要通过产生气泡的快慢来完成探究目的,但气泡持续时间短,反应现象不清晰。实验通过洗涤剂的泡沫、气球的膨胀延长了现象的呈现时间,引导学生持续观察和思考。

2.3 通过转换,提升看不到的反应现象的可见度

部分实验,其主要过程没有明显现象,必须挖掘伴生的潜在变化,提升反应现象的可见度,完成预设的实验目的。如酸碱中和滴定,中和反应没有现象,通过加入指示剂(利用酸碱性变化)提升反应现象可见度,实现反应的精确控制。

实验5:向0.01 mol·L-1 Ba(OH)2溶液中滴入几滴酚酞溶液,按图1接连装置,然后向Ba(OH)2溶液中滴加0.2 mol·L-1 H2SO4溶液,观察溶液中的现象和电流表指针的变化(鲁科版《化学1》第43页)。

这个实验改编自高级中学课本《化学》(人民教育出版社,1995年第2版)第一册第89页的习题。鲁科版教材将其“扶正”,是为了实现抽象问题具体化,消除常规教学的“耳听为虚”,用实验来激发学生的探究热情。通过红色褪去、白色沉淀、电流表读数变小这三个清晰的反应现象,实现对Ba(OH)2与稀硫酸反应实质的探究,并且降低了从复分解反应到离子反应的思维坡度。

实验6:向干燥的锥形瓶中加入约20g NH4Cl晶体。在一小木块上洒少量水,将锥形瓶放在木块上。再向其中加入约40g氢氧化钡晶体[Ba(OH)2·8H2O],用玻璃棒将固体充分混合均匀,静置。片刻后拿起锥形瓶,观察实验现象(苏教版《化学反应原理》第43页)。

实验7:在一支试管中加入2~3mL 6 mol/L的盐酸,再插入砂纸打磨光的铝条。观察现象,并用温度计测量溶液温度的变化(人教版《化学2》第33页)。

眼睛看不到能量变化,所以实验将能量变化转换成水结冰、温度计温度升高,提升反应现象的可见度。但笔者认为还有不足:实验6药品用量偏大;实验7的温度计读数只宜“近观”且不能持续。因此,笔者除了让部分学生触摸外壁来感知外,又借助红外测温计测量反应前后的温度,通过其液晶屏上显示的温度,提升反应现象的可见度,还能大幅度减少实验6的药品消耗。

实验8:在试管中加入3~5 mL Na2SiO3溶液(饱和Na2SiO3溶液按1:2或1:3的体积比用水稀释),滴入1~2滴酚酞溶液,再用胶头滴管逐滴加入(0.2 mol·L-1为宜,笔者注)稀盐酸,边加边振荡,至溶液红色变浅并接近消失时停止。静置。仔细观察变化过程及其现象(人教版《化学1》第76页)。

实验9:在一只清洁干燥的小烧杯中加入约2 mL浓硫酸,放入一小团(约0.1g)脱脂棉,用玻璃棒充分搅拌,形成淡棕色黏稠液体。然后再加入约3 mL水,搅拌后将一半溶液转入一支大试管中。……在上述大试管里滴加氢氧化钠-碳酸钠混合溶液,直到无气泡产生为止(苏教版《化学与技术》第52页)。

实验8中必须控制好盐酸用量,才能制得在短时间内就会凝聚的硅酸溶胶。如进行丁达尔实验,可用0.1 mol·L-1的盐酸快速滴加至红色褪去,可得到能较长时间稳定存在、经过较长时间放置后才会凝成冻胶的硅酸溶胶[3]。实验9必须将溶液中和至碱性才可能检验葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示剂,提升反应现象的可见度,同时能控制H2SO4、NaOH的用量。

笔者认为,转换设计法要根据实验特点,从气压、酸碱性、电流(离子浓度)和颜色4个角度进行。另外,在某些实验中需要多种设计手法的协同使用。

实验10:按图2连接装置进行实验,电流表的指针发生偏转。这一现象对你认识金属锌与CuSO4溶液反应的实质有什么启发?(鲁科版《化学1》第50页)。

电子转移是瞬间完成的微观过程,实验通过原电池装置将电子转移转换为持续的电流,学生根据电流方向、石墨上的铜探究反应的电子转移,水到渠成地得出氧化还原反应的本质。

实验11:向还原铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(支管连接导管并伸入装有水的试管,用止水夹夹住橡皮管,笔者注)。几分钟后,打开止水夹,观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象(苏教版《化学反应原理》第23页)。

实验在放大(增大接触面积、加入红墨水)、转换(显示试管内气压变化)的两个效应的协同作用下,提升了铁电化学腐蚀这一微弱现象的可见度。

3 设计技巧的迁移应用

梳理实验中为提升反应现象清晰度的设计细节,目的是提炼出可借鉴、推广的设计技巧,帮助教师开发出生动、实用的化学实验。如:检验溴乙烷中的溴原子,须加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性,可加入酚酞作指示剂控制HNO3用量。

总之,教师要树立实验意识,利用放大、持续和转换等设计技巧,开发出反应现象清晰的化学实验,让学生能够“眼见为实”,减轻思维负担。同时,教师也可以依据清晰的现象,穿插启发性问题,激发学生的探究兴趣,真正达成“发挥实验在培养学生思维能力过程中的独特作用[4]”。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验稿)[S].北京:北京人民教育出版社,2003:39~40.

[2][4]王后雄.新概念化学教学论[M].北京:北京大学出版社,2009:79.

[3]王祖浩,吴星主编.普通高中课程标准实验教学参考书·化学1(必修)[M].南京:江苏教育出版社,2007:8.

实验9:在一只清洁干燥的小烧杯中加入约2 mL浓硫酸,放入一小团(约0.1g)脱脂棉,用玻璃棒充分搅拌,形成淡棕色黏稠液体。然后再加入约3 mL水,搅拌后将一半溶液转入一支大试管中。……在上述大试管里滴加氢氧化钠-碳酸钠混合溶液,直到无气泡产生为止(苏教版《化学与技术》第52页)。

实验8中必须控制好盐酸用量,才能制得在短时间内就会凝聚的硅酸溶胶。如进行丁达尔实验,可用0.1 mol·L-1的盐酸快速滴加至红色褪去,可得到能较长时间稳定存在、经过较长时间放置后才会凝成冻胶的硅酸溶胶[3]。实验9必须将溶液中和至碱性才可能检验葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示剂,提升反应现象的可见度,同时能控制H2SO4、NaOH的用量。

笔者认为,转换设计法要根据实验特点,从气压、酸碱性、电流(离子浓度)和颜色4个角度进行。另外,在某些实验中需要多种设计手法的协同使用。

实验10:按图2连接装置进行实验,电流表的指针发生偏转。这一现象对你认识金属锌与CuSO4溶液反应的实质有什么启发?(鲁科版《化学1》第50页)。

电子转移是瞬间完成的微观过程,实验通过原电池装置将电子转移转换为持续的电流,学生根据电流方向、石墨上的铜探究反应的电子转移,水到渠成地得出氧化还原反应的本质。

实验11:向还原铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(支管连接导管并伸入装有水的试管,用止水夹夹住橡皮管,笔者注)。几分钟后,打开止水夹,观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象(苏教版《化学反应原理》第23页)。

实验在放大(增大接触面积、加入红墨水)、转换(显示试管内气压变化)的两个效应的协同作用下,提升了铁电化学腐蚀这一微弱现象的可见度。

3 设计技巧的迁移应用

梳理实验中为提升反应现象清晰度的设计细节,目的是提炼出可借鉴、推广的设计技巧,帮助教师开发出生动、实用的化学实验。如:检验溴乙烷中的溴原子,须加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性,可加入酚酞作指示剂控制HNO3用量。

总之,教师要树立实验意识,利用放大、持续和转换等设计技巧,开发出反应现象清晰的化学实验,让学生能够“眼见为实”,减轻思维负担。同时,教师也可以依据清晰的现象,穿插启发性问题,激发学生的探究兴趣,真正达成“发挥实验在培养学生思维能力过程中的独特作用[4]”。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验稿)[S].北京:北京人民教育出版社,2003:39~40.

[2][4]王后雄.新概念化学教学论[M].北京:北京大学出版社,2009:79.

[3]王祖浩,吴星主编.普通高中课程标准实验教学参考书·化学1(必修)[M].南京:江苏教育出版社,2007:8.

实验9:在一只清洁干燥的小烧杯中加入约2 mL浓硫酸,放入一小团(约0.1g)脱脂棉,用玻璃棒充分搅拌,形成淡棕色黏稠液体。然后再加入约3 mL水,搅拌后将一半溶液转入一支大试管中。……在上述大试管里滴加氢氧化钠-碳酸钠混合溶液,直到无气泡产生为止(苏教版《化学与技术》第52页)。

实验8中必须控制好盐酸用量,才能制得在短时间内就会凝聚的硅酸溶胶。如进行丁达尔实验,可用0.1 mol·L-1的盐酸快速滴加至红色褪去,可得到能较长时间稳定存在、经过较长时间放置后才会凝成冻胶的硅酸溶胶[3]。实验9必须将溶液中和至碱性才可能检验葡萄糖。加入酚酞、Na2CO3作指示剂,提升反应现象的可见度,同时能控制H2SO4、NaOH的用量。

笔者认为,转换设计法要根据实验特点,从气压、酸碱性、电流(离子浓度)和颜色4个角度进行。另外,在某些实验中需要多种设计手法的协同使用。

实验10:按图2连接装置进行实验,电流表的指针发生偏转。这一现象对你认识金属锌与CuSO4溶液反应的实质有什么启发?(鲁科版《化学1》第50页)。

电子转移是瞬间完成的微观过程,实验通过原电池装置将电子转移转换为持续的电流,学生根据电流方向、石墨上的铜探究反应的电子转移,水到渠成地得出氧化还原反应的本质。

实验11:向还原铁粉中加入少量的炭粉,混合均匀后,撒入内壁分别用氯化钠溶液和稀醋酸润湿过的两支具支试管(支管连接导管并伸入装有水的试管,用止水夹夹住橡皮管,笔者注)。几分钟后,打开止水夹,观察、比较导管中水柱(在水中滴加几滴红墨水)的变化和试管中的现象(苏教版《化学反应原理》第23页)。

实验在放大(增大接触面积、加入红墨水)、转换(显示试管内气压变化)的两个效应的协同作用下,提升了铁电化学腐蚀这一微弱现象的可见度。

3 设计技巧的迁移应用

梳理实验中为提升反应现象清晰度的设计细节,目的是提炼出可借鉴、推广的设计技巧,帮助教师开发出生动、实用的化学实验。如:检验溴乙烷中的溴原子,须加入硝酸中和NaOH至溶液呈弱酸性,可加入酚酞作指示剂控制HNO3用量。

总之,教师要树立实验意识,利用放大、持续和转换等设计技巧,开发出反应现象清晰的化学实验,让学生能够“眼见为实”,减轻思维负担。同时,教师也可以依据清晰的现象,穿插启发性问题,激发学生的探究兴趣,真正达成“发挥实验在培养学生思维能力过程中的独特作用[4]”。

参考文献:

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验稿)[S].北京:北京人民教育出版社,2003:39~40.

[2][4]王后雄.新概念化学教学论[M].北京:北京大学出版社,2009:79.

[3]王祖浩,吴星主编.普通高中课程标准实验教学参考书·化学1(必修)[M].南京:江苏教育出版社,2007:8.

猜你喜欢
化学实验教学实验设计
优化实验设计 培养学生化学实验素养
创新实验设计 落实核心素养
实验设计巧断遗传学(下)
化学实验教学中尝试“绿色化”观念
开放式分析化学实验教学的探索与实践
新课改背景下高中化学实验教学的策略研究
谈化学实验教学中绿色化和微型化的渗透
优化化学实验教学中小组合作学习研究
动物激素的主要研究方法及其实验设计
应对生物学实验设计题目的有效方法