初中化学实验教学中学生实践能力的培养——以石蕊的可逆性探究为例

唐进雄 王 雪

(重庆市云阳江口中学校,重庆 404599)

化学是一门以实验为基础的学科,初中化学更是注重实践性和理论性相结合[1].在初中化学课堂教学中,需要设计能够引导以学生为主体参与的自主学习任务,通过引导学生思考问题,调动学生积极性,培养学生的动手实践能力.培养学生的实践能力,可以引发学生在学习中思考,从而多维度、多层次、全面深入地分析事物,进而对以后的学习建立良好的学习习惯.

在中学化学教学中,教师讲到关于石蕊的显色反应的记忆口诀有“酸石红,碱石蓝”.显然,这个口诀能够有效地帮助学生记住石蕊在酸碱溶液中的显色反应.然而,当石蕊在酸性溶液中发生显色反应后,通过调节溶液pH,石蕊的显色性是否能够具有可逆性?经过查阅资料,该问题的相关探究比较少.基于此,笔者以石蕊显色反应的可逆性探究为实验切入点,该实验不仅有利于学生更进一步了解石蕊指示剂,并且有效提升学生的探究能力,加深学生对课堂基础知识的理解.

1 学生实践能力培养的重要意义

1.1 激发学生学习动力

在实验教学开始前,学生根据化学实验要求,查阅相关文献,准备相关实验设备,并根据实验室条件设计实验方案.在这个过程中,学生的主动性被充分调动起来,能在实验过程中近距离观察实验现象.通过观察化学现象,可以引起学生探究的兴趣.透过实验现象,总结实验背后所包含的化学规律,了解物质的性质特征,真正达到掌握知识点的目的.

要想引导学生认识真实的化学世界,教师可以通过设计适当的探究实验,引导学生像“科研工作者”一样去发现问题、思考问题并解决问题.学生在经历实验推理分析的过程,不断强化化学知识点的学习.学生在化学实验操作中发现问题、提出观点,并且通过搜集和分析实验数据证据,逐渐形成善于分析问题、总结知识点等主动学习能力.

1.2 锻炼学生动手能力

一堂由学生亲自操作的实验课,往往可以为学生的动手操作提供空间与机会.在实验开始前,教师可以引导学生思考、总结实验中应该注意的操作规则.实验中,教师应当注意学生的操作是否规范,让每一位学生参与到实验中去,真正地动手操作,充分发挥学生的动手实践能力.

另外一方面,化学实验的完成,通常需要几个同学团结协作,大家相互配合才能完成.显然,学生不仅需要遵守相应的规则来进行化学实验,提高学生的规范性,强化自身的动手能力.同时,通过合作使实验最终实现成功,也会加深学生对实验的整体理解,让学生的团队合作意识和团队协作能力得到有效提升.值得注意的是,在实验过程中,教师应当引导学生注意观察实验,注意实验安全,留意实验中存在的安全隐患,避免操作不当而发生安全问题,避免造成安全事故.

1.3 培养学生独立思考能力

素质教育理念中,一个重要的要求就是要培养学生的独立思考能力.在化学实验教学过程中,教师需要善于巧设问题,让学生积极思考和分析.一次实验操作的结束,并不意味着知识点的学习结束.作为教师,应当给学生创造一个自由发挥的空间,提供学生积极思考的空间.

实验过程中,教师引导学生如何去优化实验,实验结束后,教师引导学生总结实验中存在的不足之处,思考以后应该如何去改进实验,如何将此次实验的思维举一反三地应用到其他实验教学中.也可以让学生在课堂上,给其他同学讲解自己在实验中的心得体会.这样充分让学生参与的教学活动,学生就会乐于思考,锻炼自己的独立思考能力,不断开拓和发展创造性思维.

2 教学开展

2.1 实验部分

2.1.1石蕊显色原理

2.1.2实验准备

为了激发学生的学习兴趣,此次实验每一位学生都可以参与到实验中.例如,初三(1)班总共36人,可以分为3大组,每组12人.3个大组同时平行进行相同的实验,每个大组分别观察、记录实验结果.在前期实验准备过程中,12人的大组又可以分为3个小组,分别负责配制石蕊试液、盐酸(HCl)溶液和氢氧化钠(NaOH)溶液.各小组具体实验任务分配如下:

【第1小组负责石蕊试液的配制】

关于石蕊试液的配制,本实验选择一种比较容易操作的方法进行.取1 g石蕊固体粉末分散于100 mL酒精中并煮沸,然后过滤得到滤渣,再在滤渣中加入100 mL蒸馏水搅拌5 min后静置15 min,再过滤得到滤液,即可得到石蕊试液.

【第2小组负责盐酸溶液的配制】

首先用量筒量取蒸馏水200 mL倒入容积为500 mL的烧杯中,随后用量筒量取质量分数为37%的浓HCl 4.1 mL,倒入盛有蒸馏水的烧杯,并用玻璃棒搅拌均匀.待稀释的HCl溶液冷却后,将其沿玻璃棒注入到500 mL的容量瓶中.将上述烧杯和玻璃棒用蒸馏水润洗2～3次,并将润洗液转移到容量瓶中.用洗瓶往容量瓶中缓慢加入蒸馏水至液面接近刻度1～2 cm处,改用胶头滴管滴加蒸馏水,使溶液凹液面最低处恰好与刻度线相切.最后塞好塞子,上下颠倒摇匀,贴上标签.

【第3小组负责氢氧化钠溶液的配制】

首先称取2 g NaOH固体,用适量蒸馏水溶于烧杯中,并用玻璃棒搅拌均匀.待稀释的NaOH溶液冷却后,将其沿玻璃棒注入到500 mL的容量瓶中.将上述烧杯和玻璃棒用蒸馏水润洗2～3次,并将润洗液转移到容量瓶中.用洗瓶往容量瓶中缓慢加入蒸馏水至液面接近刻度1～2 cm处,改用胶头滴管滴加蒸馏水,使溶液凹液面最低处恰好与刻度线相切.最后塞好塞子,上下颠倒摇匀,贴上标签.

2.1.3可逆性探究

前期实验准备好三种溶液之后,就可以进行石蕊的可逆性探究,这个时候3个小组的学生应当相互配合,充分调动团队合作能力,具体操作如下:

【由中性到酸性的显色反应】在盛有100 mL蒸馏水的烧杯中,加入2 mL石蕊试液,用0.1 mol/L的HCl溶液将pH=7调节至pH=2,在中间过程中测量pH并取样拍摄溶液的颜色.

【由酸性到碱性的显色反应】在上述溶液的基础上,用0.1 mol/L的NaOH溶液,将pH=2调节至pH=10,在中间过程中测量pH并取样拍摄溶液的颜色.

【由碱性到酸性的显色反应】在上述溶液的基础上,用0.1 mol/L的HCl溶液将pH=10调节至pH=6,最后测量pH并取样拍摄溶液的颜色.

2.1.4实验说明

(1) 鉴于实验操作的可行性,本实验用pH试纸大致测量溶液的pH.

(2) 本实验用0.1 mol/L的HCl溶液和0.1 mol/L的NaOH溶液进行pH调节,学生应注意操作规范,避免实验中出现失误.

(3) 本实验是在烧杯中进行pH调节和显色反应,然后取20 mL在小试剂瓶中拍照,得到光学照片.值得注意的是,对于酸碱指示剂的颜色变化,观察者不同,差别明显.此外,它与离子强度、溶液温度、环境光线等因素有关[4].

2.2 结果与讨论

2.2.1石蕊在由中性到酸性的溶液中的显色反应

在盛有100 mL蒸馏水的烧杯中,加入2 mL石蕊试液,此时溶液的pH=7,其颜色为紫色石蕊的原有颜色,即紫色.当用0.1 mol/L的HCl溶液缓慢将溶液的pH从7调节至2,溶液颜色随着pH的降低逐渐由紫色向紫红色转变,随后由紫红色向红色转变.然而,当继续向溶液中加入稀HCl溶液,溶液的pH有所降低,但是溶液的颜色不再变化,一直保持红色.即使溶液pH=2,溶液颜色依然没有加深或者出现其他颜色.这一现象可以说明石蕊在酸性溶液中的变色pH范围约为5.0～7.0.

2.2.2石蕊在由酸性到碱性的溶液中的显色反应

溶液pH=2,溶液颜色为红色.当用0.1 mol/L的NaOH溶液缓慢将溶液的pH从2调节至8,溶液颜色随着pH的增加逐渐由红色向紫色,最后向蓝色转变.当继续向溶液中加入稀NaOH溶液,溶液的pH有所增加,但是溶液的颜色不再变化,一直保持蓝色.这一现象可以说明石蕊在碱性溶液中的变色pH范围是7.0～8.0.至此,本实验可以说明石蕊由酸性溶液到碱性溶液的显色反应是可逆的.此外,还观察到石蕊在碱性溶液中的显色反应不明显.

2.2.3石蕊在由碱性到酸性的溶液中的显色反应

为了探索石蕊由碱性溶液到酸性溶液的显色反应是否可逆,继续向溶液中加入稀HCl溶液,溶液的pH从10调节至6,即从碱性调节至酸性.溶液的颜色从蓝色向紫红色转变.这一现象可以说明石蕊由碱性溶液到酸性溶液的显色反应也是可逆的.

通过以上三组实验不难发现,石蕊在酸性溶液中呈现红色,在碱性溶液中呈现蓝色.但是,石蕊的显色范围有限,其肉眼可以辨别的变色范围约为5.0～8.0.值得注意的是,随着溶液pH由中性→酸性→碱性→酸性,溶液的颜色由紫色→红色→蓝色→红色变化,这说明石蕊显色反应是可逆的.

2.3 实验结论

根据以上实验设计及相应实验结果,可以得出这样的结论:石蕊在酸碱性溶液中的显色反应具有可逆性.