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有效指导学生进行化学实验设计教育论文
《教育规划纲要》中提出“坚持能力为重”。修订后的义务教育化学课程标准(2011版)为落实这一指导思想,特别强化了实验要求,在“科学探究”部分新增加了“(四)完成基础的学生实验”,《课标》列举了8个实验,以加强学生动手能力的培养,再次突出化学实验的重要地位。目前的化学实验教学还是一般先由教师演示实验、学生观察实验,最后讨论归纳得出物质的性质、制法或规律。但是,随着新课程实施的纵深推进,这样的验证式实验教学已经不能满足提高学生学习能力的要求。实践中我们觉得:若能把验证性实验变为探究性实验,引导学生自主设计,那么,对于提高学生的学习能力会起到事半功倍的作用。
本文仅以“盐酸和氢氧化钠溶液能否发生化学反应”为例,来说明在教学中如何有效指导学生进行化学实验设计。
一、发现问题,确立研究内容
实验设计方案的题材新颖,更容易引起学生探索的兴趣和愿望,激发求知欲。所以,在教学中教师要善于为学生创设问题情景,引导学生提问。提问是学生进行探究的动力,鼓励学生多提问,改变“教师问,学生答”的呆板模式,变“学生答”为“学生问”,活跃思维。要借助依据,鼓励学生猜想,培养学生形成假设的能力,从而确立研究内容。
例如,在学习“中和反应”内容时,可先演示趣味小实验“变色的小花”,激发学生学习的兴趣和欲望,再创设真实生动的问题情景:教师向一支试管中加入少量氢氧化钠溶液,再逐渐滴加稀盐酸,振荡,使其充分混合。让学生观察实验现象,教师再提出问题:氢氧化钠溶液和盐酸混合在一起后,我们并没有观察到明显变化,它们之间是否发生了化学反应?同学们就会七嘴八舌,各抒己见:①两者没有发生反应;②两者发生反应了。同时也就确定了研究内容,即盐酸与氢氧化钠能否发生化学反应的实验验证。
二、根据研究内容,设计实验方案
在确定了研究内容的基础上,教师要引导学生分析所研究的内容。首先,对研究的课题所涉及的化学原理,对参加化学反应的各种物质的性质要有全面、较深入的了解和认识,要尽可能估计到在什么样的实验条件下,可能发生什么样的化学反应,以及产生什么样的实验结果。其次,必须按照化学反应原理,根据化学反应物质和生成物质的性质、实验条件的控制、发生反应时可能产生的能量变化,来预选实验方法和手段。然后,确定实验操作的程序和步骤。在实验控制条件方法上,可向学生介绍全面比较法、优选法、正交试验法等探寻最佳实验条件的方法,设计出合理的化学实验方案,以保证化学实验的顺利实施。教师要从实验目的、实验原理、实验步骤设计、实验药品和仪器及装置、实验操作及操作规程、实验结果的处理等六个方面进行指导,以帮助学生设计出自己的实验方案。
例如,在上述“盐酸和氢氧化钠能否发生化学反应”的实验验证中,教师可以提供一些备选的实验药品(盐酸、氢氧化钠、石蕊、酚酞、pH试纸等)和仪器(玻璃杯、温度计、试管、烧杯等),并引导学生分析指示剂与酸、碱反应的颜色异同,酸、碱性溶液的pH异同,化学反应常伴随着能量变化等化学知识,通过对比分析来设计出实验方案:①借助酚酞的变色来验证;②借助石蕊的变色来验证;③通过测溶液的pH来验证;④测溶液的温度变化来验证。
三、讨论实验方案的可行性
实验设计的方案初步形成后,教师要严格把关,与学生一起对实验设计方案的可行性,要从理论应用是否正确、实验方法是否可行、能否达到预期目的等多个方面进行论证,反复修改,最终加以确认并实施。
例如,在上述实验验证中,学生说:可以用紫色石蕊试液。具体操作是:在盛有NaOH溶液的试管中滴加2滴紫色的石蕊试液,石蕊变蓝色,然后逐滴加入盐酸,此时若蓝色变成紫色,说明NaOH与盐酸发生了反应。有的学生会马上反驳:这方法不好,因为“蓝变紫”分辩不清,应改为在盛有盐酸的试管中滴加2滴石蕊,石蕊变红色,然后逐滴加入NaOH溶液,当红色变成紫色,证明它们发生反应。有的学生建议:可以做一个对比实验。其他学生也发表了自己的看法:用酚酞作指示剂,因为NaOH能使无色酚酞试液变红色,滴加盐酸后红色变无色,就证明了NaOH与盐酸发生了反应。
还可以用pH试纸,从pH>7一直测到pH=7,最后到pH<7。也可以把NaOH与盐酸混合,然后用手摸(或者用温度计测量混合前后溶液的温度变化),如果发烫,说明反应了。教师既要引导学生分析各个方案的理论正确性,又要引导学生分析自己的实验方案是否能完成,是否能达到验证目的,如果达不到目的,应该怎样改进,以确保学生的实验方案确实可行。
四、依据方案,进行实验
在整个操作过程中,教师要密切注视每个学生的实验情况,并作具体指导,确保实验万无一失。引导学生对实验中可能出现的问题要认真思考,分析其中的原因,然后有针对性采取相应的措施,进行必要改进,逐步培养学生的科学实验态度和探究精神。
例如,在上述验证实验中,学生的很多错误操作都会导致实验失败,盐酸和氢氧化钠溶液的量的控制恰当与否,直接影响到溶液的颜色变化。氢氧化钠溶液中滴入酚酞溶液,溶液变成了红色,过了一会儿,红色溶液可能变为无色;滴入盐酸后,还可能产生气泡;用手摸试管底部,温度变化可能不明显等现象都有可能发生, 教师要从多方面进行指导,以保证学生能够按自己的实验设计方案完成化学实验。
五、对实验方案进行分析与评价
学生完成自己的实验方案设计,并按实验方案进行实验操作后,教师要引导学生分析和讨论实验方案的优点和不足,再对实验方案进行评价。对于学生设计的实验方案,教师要引导学生从实验方案设计的步骤和方法是否完善、实验设计的内容是否全面、实验内容是否有针对性、实验操作理论是否正确、实验操作是否简单易行安全可靠、实验成本是否经济合理等方面进行全面综合评价,进而分析出自己的实验方案的优点和不足,并加以改进。
例如,在上述验证实验中,学生通过设计实验方案,并亲身进行实验探究,对实验结果进行交流,得出结论。判断无明显现象的中和反应是否发生的方法很多,如用pH试纸,但操作时间长,数据不准确;根据热量的变化来判断也不是最佳方案,因为中和反应是放热反应,但如果浓度太稀或量太少,热量变化也不明显;如果用紫色石蕊判断,由于蓝色到紫色的变化不是很明显,因此最佳的方案还是用酚酞作指示剂,从而确定出最合适的实验方案。
总之,这样的实验教学设计虽然费时费力,但能较好地激起学生自主学习的欲望。学生不但掌握了实验设计的方法,更能让学生学会从不同的角度、不同的方位对同一问题进行认识,拓展了学生的思维空间。
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