化学探究性演示实验的设计与实践.doc

化学探究性演示实验的设计与实践2006年,第10期教改实践与探索化学探究性演示实验的设计与实践孔琴飞,林启根(楚门中学,浙江玉环317605)文章编号:1005-6629(2006)10000l一03中图分类号:G633.8文献标识码:B1化学探究性演示实验设计原则1.1探究性原则探究性原则是指所设计的探究性演示实验中所包含的化学规律往往隐藏在较深的层次,需要学生去挖掘;实验的条件和结果之间往往存在着较大的距离,需要学生跨越;解决问题的方法与途径往往不太明确,需要学生通过尝试错误,提出假说并验证假设来寻找.1.2科学性原则科学性原则是指探究性演示实验的设计首先必须保证设计的科学性,这是最根本的要求,即指实验原理,实验操作程序和方法,必须与化学理论知识和化学实验方法论相一致.1.3趣味性原则趣味性原则是指探究性演示实验的设计要充分突出考虑学生的心理特点和认知水平,将生动性和趣味性较大程度地融入其中,使学生能够对所探究的实验从一开始就由于其趣味性而保持较强的探究心向,使学生能真正地乐于探究.1.4简约性原则简约性原则是指化学探究性演示实验中的实验条件应尽可能地满足中学化学实验室条件,使实验在具有可行性的前提下,体现实验的简约性.2化学演示实验探究点的选择探究性演示实验的设计前提是实验探究点的选择,从实验的组成来看,主要可以从以下几个方面进行(如图1所示):量的多机理图l化学演示实验探究点选择2.1与反应物性质有关的探究点反应物的颗粒大小,状态(气态,液态,固态),浓度,用量,纯度等都属于反应物的性质,而这些性质的改变往往会对演示实验的效果产生或正或负的影响.因此,对于某一特定的反应而言,可以将反应物的某一或某几种性质确定为探究点,进行探究,从而得到能使实验效果最佳的反应物性质.2.2与生成物性质有关的探究点在与生成物有关的探究点中,通过对生成物的颜色,状态或气味等的观察,发现与预知结论稍有差异或截然不同的异常现象,是探究性演示实验设计的主要切入点.因此,及时的捕捉这些异常现象,通过设计实验来科学,合理地解释这些异常现象,将是解开学生疑问,培养其实事求是的科学态度的良好途径.2.3与反应机理有关的探究点中学化学演示实验中,有些实验的反应机理直到现在还是说法不一,比如氯酸钾分解制氧气时混合反应物的颜色和收集的气体异味等现象,用普通的反应机理是解释不了的.因此,可以通过对现象的观察来得出可能的反应机理,并设计实验来对可能的机理进行验证,这也是探究性演示实验探究点的切入口.通过对反应机理的研究能从一定程度上提高教师的理论水平和实验设计能力,并且也可以相应的提升学生的科学探究水平.,2.4与实验装置有关的探究点实验装置是实验的重要组成部分,从演示实验反应装置的简约性,绿色化,安全性等角度出发,设计安全,绿色,简约的实验装置来提高演示实验.的质量,是探究性演示实验设计的重要内容.对原有实验装置的改进或新实验装置的设计是唤醒学生的创新意识,培养他们的创新能力有效途径.在教材中的某些实验往往存在实验现象不明显或装置过于复杂,且对环境不利等情况,我们可以2化学教学2006年,第lO期通过对反应装置的探究来改进实验,使其达到理想的状态.案例1铜与稀硝酸反应提出问题教材(人教版2003)演示的实验(如图2),由于产生的HO易被试管内空气氧化,故体现不出无色N0的产生且污染环境.讨论探究如何设计实验验证cu与稀HN0反应生成的是无色的NO气体?形成假设设计实验(如图3)实验验证1.反应产生了无色难溶于水的气体,它将反应液不断从B端压入C端.2.打开弹簧夹,空气从导管口吸入后,无色气体立即变为红棕色.交流评价I.反应在缺氧条件下进行,能观察到无色的NO气体.2.N0将反应液压入c端,表明NO在水中的溶解度很小,验证了NO难溶于水.3.能全面观察NO被氧化变色的过程,验证了N0极易被氧化的性质.4.玻璃管的液封作用有效地防止了NO的逸散造成得环境污染,且弹簧可以有效地对NO的氧化时间进行控制.图2图3稀HNO32.5与实际问题有关的探究点化学问题或现象在我们身边无处不在,诸如实际生活,工农业生产,医药,环境污染等都或多或少存在一些需通过化学实验进行解决的问题.因此,可以从中发掘这些问题或现象作为背景了来设计演示实验,让学生主动参与解决实际问题,在实际问题的解决中体验科学探究,从中领会化学实验的实用价值.2.6.与绿色实验有关的探究点与绿色实验有关的探究点,是一个综合性的问题,可以包括反应物,产物,实验装置等的探究.这些探究点的选择是出于实验绿色化呼声的需要,也是当前实验设计中较为重视的一项内容.绿色实验的设计同时也是培养学生的环保意识和创设良好的实验环境的重要手段.案例2对r检验中环保问题探究提出问题教科书氯水的制取中实验操作简便,现象明显,但从环保角度分析:仍有少量毒气外逸.讨论探究如何改进实验.形成假设在讨论的基础上,设计实验(见图4)实验验证淀粉-KI溶液变蓝继续探究制取用c12水时有少量c12外逸,能否进一步改正?【形成假设不用氯水,制取氯气并直接通入,设计实验(见图5),实验验证淀粉-KI溶液变蓝交流评价制气和检验同时进行,避免氯气外逸污染环境,但增加了实验的复杂性且试管中的I一的量较少,氯气过多会直接将l一氧化为io;,影响实验效果.继续探究】改用同样具有较强氧化性的双氧水也能使淀粉-KI溶液变蓝.交流评价改变实验装置固然能减少对环境的污染,但是寻找清洁的反应物,从源头上来消除这种污染,恰恰体现了绿色化学的设计理念.氯水KI溶没有NaOH溶液的棉花球图4图53化学探究性演示实验设计策略3.I目标逼近策略当设计难度较大的化学探究性演示实验时,通过将问题分解成若干小问题,从而一步步达到设计目的的策略,即为目标逼近策略,其设计流程可表示如下:问题l=:)1分析lI匕问题2I=分析2l匕I目标案例3Fe(O白色絮状沉淀的制取问题1:如何生成Fe(0H)27把Na0H滴到Fes04溶液中,结果:观察不到白色絮状沉淀.分析原因:在滴NaOH溶液时带入空气.2006年,第1O期教改实践与探索3问题2:怎样操作才能不带入空气?把滴管伸入试管底部滴加.结果:观察不到白色絮状沉淀.分析原因:FoS0溶液中也混有空气.,问题3:如何排尽溶液中的空气?通过Fe和稀HSO4反应生成的H2将空气赶尽.,问题4:赶尽装置中的空气后,怎样将FoSO和NaOH溶液相混和?该策略的使用体现了问题提出的层次性,使学生对于问题的认识有一个逐步理解的过程,便于他们对问题的接受和提高问题解决的效率.3.2时序变换策略通过合理地调整实验时序,即将验证性实验教学的过程中的某些步骤调整顺序使其转变为探究性实验教学的过程,此种策略即为时序变换策略.验证性演示实验的教学程序一般可表示为:问题一原理一结论一实验,化学探究性演示实验的教学程序一般可表示为:实验一问题一讨论一结论.以非极性分子和极性分子的比较实验教学为例,验证性的实验教学首先是给出极性分子,非极性分子的定义,然后讨论水分子是极性分子,CCl4分子是非极性分子,最后用实验加以验证:水流在带电玻棒靠近时发生偏转,而CCl4流不发生偏转.化学探究性演示实验教学是首先通过学生实验,创设问题情景:为什么水流和CCl4流在带电玻棒靠近时会发生不同现象?然后用极性分子,非极性分子的定义进行分析,最后得出结论.因此,同样的实验,通过合理地调整实验时序,可以使验证性演示实验变为探究性演示实验,使实验教学变得更为灵活多变.3.3比较研究策略比较法是指通过对照或比较来研究和揭示对象某种属性或某种原因的一种实验方法.此方法需设置两个或两个以上的相似组样,一个是对照组,作为比较的标准,另一个是试验组,通过某种实验步骤,在两组之间判定实验组是否具有某种性质或影响.在探究性实验设计中,比较是最为常用的一种研究方法.案例4Mo(OH)2在铵盐中的溶解性实验设计加入试剂现象结论Mg(OH)2悬浊液滴加稀NH.Cl溶液不溶解Mg(OH)2悬浊液滴加浓NH.cl溶液溶解lVlg(OH)2溶于Mg(OH)2悬浊液加/X.NH,Ci固体溶解浓铵盐Mg(OH)2悬浊液滴加浓Nlc溶液溶解3.4变量调控策略许多化学实验的结果往往受多种因素的影响,当这些因素的水平发生变化时,实验的实验现象,化学性质等也会发生变化.在实验设计时可以对此类实验的变量进行严格控制,通过对变量的调控来体现反应的本质,探究反应的机理,体现了化学实验的动态过程.案例5Na2S和FeCI3反应产物的探究实验1:在10mL0.1mol/L的FoC13溶液中,逐滴加入卜3滴Nas溶液振荡试管.实验现象:滴入2滴Nas溶液,立即有黑色沉淀产生,振荡后沉淀消失,溶液呈黄色,再加1滴,又有黑色沉淀产生振荡后又消失,溶液呈乳黄色,并有臭鸡蛋气味气体产生.实验2:在10mL0.1mol/LNa2s溶液中,逐滴加入1-3滴FoC13溶液,振荡观察现象,再加入1-3滴6mol/L盐酸.实验现象:滴入2滴FoC13溶液,立即产生黑色沉淀,振荡后沉淀不消失,再滴入1滴FoC1,溶液又产生黑色沉淀,振荡后沉淀仍不消失,加入6mol/L盐酸后,黑色沉淀消失,溶液呈乳白色,并有臭鸡蛋气味气体产生.从上述实验探究中,使学生得出结论:变量的顺序的改变,生成的产物也不同.并且通过对反应产物的性质的初步判断,可以得出反应条件不同时的化学反应式.3.5串联重组策略在设计物质性质的综合性演示实验时,可以将已学实验经过串联重组后加以演示,使比较零散的知识系统化,条理化,层次化.例如:在高三复习氯气化学性质时,可以设计将氯气