全国第十届实验教学创新研讨会论文集-问题解决

“问题解决”在乙炔制备演示实验中的应用实例评析王素懿1韩程明2（1.东海县教育局教研室2.江苏省东海高级中学江苏连云港222300）摘要化学实验是培养学生问题意识和解决问题能力的最佳途径。在乙炔的实验室制法与性质验证的演示实验中，本文运用问题分析法,把复杂的实验分解为简单的构成要素,简捷地导入了乙炔气体的发生装置；通过除去乙炔气体中杂质的各种方法的设计，培养学生问题意识和解决问题的能力；利用乙炔气体收集方法的探索，培养学生的创新意识。关键词乙炔制备问题意识解决问题创新意识化学实验最能激发学生学习兴趣，演示实验是化学教师培养学生实验操作技能的最佳途径，也是我们培养学生解决问题的好机会。美国教育家JamesMSawrey曾经说过：“学习的所有形式都可以看作是问题解决的过程”[1]。让学生在分析与解决问题过程中学习与接受化学知识，可以为学生的终身发展奠定良好的基础。如何将问题解决与思维训练设计于演示实验的教学过程中？关键在于实验教学过程中问题设计的科学性、启迪性与层次性。下面是§2-1脂肪烃“乙炔的实验室制法与性质验证”{新课程化学教科书（人教版）《有机化学基础》模块}这一演示实验中的教学设计与评析。1运用“问题分析法”导入乙炔气体的发生装置乙炔气体的实验室制备方法，是非常重要的一个实验。实验室通常用电石（块状固体）与饱和食盐水（溶液）制备乙炔气体，因而该发生装置属于固——液型发生装置，和初中化学中制取氢气与二氧化碳的发生装置相比较，既相似又有区别，学生在学习过程中极易混淆。在知识的记忆中，相似的知识点如果不加以准确区别的话，就会产生记忆上的模糊，不利于知识的学习与掌握。要能够准确区别，就必须对乙炔气体制备特征有非常清晰的了解。笔者进行实验室制备乙炔气体的发生装置教学过程摘录如下：师：请同学们看：我用电石(碳化钙)与水反应制备乙炔气体。(教师演示:将一小块电石放入小试管,迅速加入约5mL的蒸馏水,立即用橡皮塞塞紧,如图1所示),请学生表述看到的实验现象?生甲:反应很剧烈,产生大量气体,且产生了大量的泡沫。生乙:反应很快就停止了。生丙:闻到了一股臭味。师：请同学们思考:电石与水的反应太剧烈了,用什么办法来减缓乙炔气体产生的速率?(学生热烈讨论)生甲:用降低温度的办法(大部分学生表示反对)。生乙:用分液漏斗来慢慢地加水。生丙:用饱和食盐水来代替水（水在其中的质量分数小）。师：用分液漏斗与饱和食盐水都是好办法！请思考:用其他物质替代饱和食盐水行不行？生:（分组讨论）还可以用KCl饱和溶液等代替饱和食盐水。师：请同学们再观察刚才制取乙炔气体的小试管：有些泡沫冲出了试管，甚至会堵塞导管引发实验事故。使用什么样的方法才能克服产生的泡沫冲出小试管、堵塞导管这些缺点？生甲：用大试管。生乙：用烧瓶。生丙：试管口放棉花。师：很好。还可以什么样的仪器？生：（分组讨论）还可以用锥形瓶、广口瓶等容积比较大的容器。师：很好！（展示各种装置，如图2）师：请你们总结实验室制乙炔气体装置的特点有哪些？生：(分组讨论,展示讨论结果,教师总结)①最好用分液漏斗加水；②使用饱和食盐水替代水；③使用容积比较大的容器，如烧瓶、锥形瓶等。在这段教学过程中我们不难看出：是以问题分析为主线，让学生在不断分析问题与解决问题的过程中，按照由简单到复杂的程序来学习知识、掌握技能和发展思维能力的。问题分析的设计程序为：从简单装置中实验现象问题的设计→到对反应速率控制问题的设计→到如何正确选择乙炔的发生装置。每个问题的设计与分析都层层深入、循序渐进，不仅解决了制备乙炔气体用什么样的装置问题，同时也培养了学生们分析问题与解决问题的方法。通过对问题的分析与讨论，学生都能掌握乙炔气体发生装置的正确选用。我们在教学过程中也确实体会到：在试图解决问题之前对问题进行分析的人，比那些不作这种分析的人在问题解决中要成功得多[1]。2通过设计除去杂质的各种方法，培养学生的解决问题的能力除去气体中杂质这一知识点最能培养学生解决问题的综合能力，因为除杂过程包括：要了解杂质气体是如何产生的？用哪些试剂除去比较合理？除去原杂质气体后如何保证主要气体是纯净的？要解决上述几个问题，除了要求学生具备一定的化学知识积累之外，还要求学生具有综合应用知识解决问题的能力。笔者设计的除去乙炔气体中杂质气体（硫化氢、磷化氢等）的教学过程摘录如下：师：刚才有同学闻到了臭味，这是什么气体的气味？为什么会有这种杂质气体存在？生：是H2S气体气味。应该是电石中有金属硫化物存在，它与水反应产生了硫化氢气体。师：判断准确！（还有磷化氢气体，暂不考虑）请思考：硫化氢气体不除去是否影响乙炔气体性质的验证？生：有影响，因为硫化氢有强的还原性，与溴水、酸性高锰酸钾溶液都发生反应。师：很好！请再思考：可以用什么试剂除去硫化氢气体呢？（学生分组讨论，各抒己见）生甲：用硫酸铜溶液。生乙：用氢氧化钠溶液。生丙：用浓硫酸。生丁：用石灰水。师：请你们思考：选择除去气体中的杂质的试剂要注意哪些方面？生：所选的试剂与杂质气体反应而与主要气体不能反应，还不能产生杂质气体。师：那么请你们对上述几种方法进行评价，看看哪些是合理的，哪些是不合理的？（学生分组讨论，总结归纳）生：硫酸铜溶液、氢氧化钠溶液、石灰水可以用作除杂试剂；浓硫酸不能用作除杂试剂，因为浓硫酸与硫化氢气体反应后会产生另一杂质气体SO2，对乙炔气体性质的验证也有影响。师：判断非常好！（教师说明磷化氢气体的除去方法，让学生明确硫酸铜溶液最合理）在上述的师生互动过程中，我们可以看到问题设计的科学性与层次性：首先，“刚才有同学闻到了臭味，这是什么气体的气味？为什么会有这种杂质气体存在？”这些问题的提出，即刻激发了学生的兴趣，并引导学生将以前学过的知识从记忆深处挖掘出来；然后，“硫化氢气体是否影响乙炔气体性质的验证？”让学生将学过的硫化氢气体的还原性与气体除杂进行了相互链接；最后，“用什么试剂除去硫化氢气体呢？”这一问题的设计着重培养了学生用发散性思维解决问题的能力。3利用乙炔气体收集方法的设计，培养学生创造性思维能力一个人的创造性是以他的经验范围为依据来判断的[1]，学生如果能够在学习过程中提出一些课本之外的想法，或者是教师没有思考过的一种解题方法，都是学生创造性思维火花的萌生。作为教师，我们也应该时刻寻求新的教学方法,在传授知识时培养学生的独创见解和新的理解力[1]。创造性地解决问题能力的培养可以为学生终身发展奠定良好的基础，如何培养学生的创造性解决问题的能力呢？这就需要教师从每一节课、从每一个实验做起，尤其是在化学实验中设置一些能够发展学生创新思维与创新意识的问题，以达成我们的教学意愿。笔者设计的乙炔气体的收集方法方面的教学的过程摘录如下：师：乙炔气体可用哪些方法收集？请说说你用这些方法的理由？生甲：乙炔气体可以用排水法收集，因为乙炔气体虽微溶于水，但溶解的量是很少的。生乙：乙炔气体也可以用向下排空气法收集，因为它比空气轻。师：用向下排空气法可以收集到纯净的乙炔气体吗？生：（展开讨论）不能，因为它与空气的密度比较接近，不容易把瓶中的空气全部排走。师：很好！如果给的是右图装置（图3与图4），你如何来收集乙炔气体？（学生展开讨论，然后各组展示）生甲：图3瓶中注满水，乙炔气体从B口进入即可。生乙：图3瓶中注满某种乙炔不能溶解在其中的液体，乙炔气体从B口进入即可收集。生丙：图4瓶中先充入二氧化碳气体，然后从D口通入乙炔气体（向下排气法）。生丁：图4瓶中先充入氢气，然后从C口通入乙炔气体（向上排气法）。师：精彩！掌声鼓励！你们再思考：如果既不用排液法，又不用排气法，你们还能用什么方法收集？（学生讨论，表示困惑）师：（提示）气球是怎么充满气体的？生：（领悟）可以用瘪的塑料袋或者橡胶袋收集乙炔气体。在上述的师生互动过程中，学生的认知不仅仅停留在“乙炔气体是如何收集的？”这一知识点上，师生间通过：从排水法过渡到“排其他液体的方法收集乙炔”；从排液体的方法发展到“排CO2、H2气体的方法收集乙炔”；最后探索到“用瘪的塑料袋或者橡胶袋收集乙炔气体”。在问题的设计上独具匠心，学生的创新思维在探究的过程中得到极大的发散，创造性解决问题