书城科普读物动手做实验丛书--化学实验操作方法运用
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第6章 中学化学演示实验的教学操作(1)

中学化学演示实验的方法

演示实验的方法不同,教学效果也大不相同,即使是同一实验,针对不同的学生,实验的方法也不应该相同。演示实验的方法主要有以下几种:

对比演示法

为了寻求两种或两种以上的研究对象之间的异同,把两种或两种以上的实验单元同时进行演示实验,作相对比较。用这种方法进行演示,容易获得鲜明的表象。同时进行和及时对比是这种演示方法的关键。例如,学习钾的性质时,将钾与水反应实验和钠与水反应实验同时进行,让学生观察、比较它们的异同。其他还有像无催化剂的KClO3分解对比实验,不同浓度Na2SO3与H2SO4的反应速度对比实验等等。为了便于比较,运用这种演示方法时,一般采用横向观察法。

程序演示法

大部分演示实验是采用程序演示法进行实验的,主要分仪器药品介绍程序、仪器连接程序、反应操作程序、观察描述现象程序、原理分析综合程序,按部就班,一环紧扣一环地进行。

对每一程序的操作,要毫不含糊,仪器药品介绍程序中,凡是演示实验中第一次使用的仪器,必须详尽介绍它们的形态、标记符号、使用范围及规范操作;仪器连接程序包括组装仪器顺序、橡皮塞的装配、气密性的检查、药品的取用、仪器的固定等;具体的反应操作包括:

开始、过程、结束几个阶段应注意的先后操作程序;观察描述现象要注意观察的全面性和描述用语的规范化;原理分析,要从大到小、由表及里、由粗到精将错综复杂的现象变化分析得淋漓尽致。对于基本操作示范实验、新授课的演示实验及低年级化学课的演示实验,一般都采用这种方法进行演示。

整体演示法

为了节约时间,对于一些综合性演示实验或实验装置已经介绍过的演示实验,可不必按部就班运用程序演示法,可以改用整体演示法,即预先组合好整个实验装置并加入有关试剂,在需要实验时,利用加热或补加试剂来启动反应,观察反应现象。例如,炼铁原理的演示实验,预先准备好装置,并在横口管内预先放入氧化铁,连接盛有一氧化碳的储气瓶,进行演示时,只要通一氧化碳并加热,即可开始观察现象。运用这种方法进行演示时,为了提高观察效果,一般地演示前先介绍实验装置的结构和所加的试剂,必要时还可预测将要出现的主要现象。

讨论实验法

为了交换问题环境,培养学生的探索精神,在有些演示实验操作中,教师有意识提出反证激发学生讨论,让学生自己去寻找结论,然后,根据学生的讨论结果,变换演示实验的操作程序,改换装置或改换试剂,以探求问题的解决。例如,Br2水滴入NaOH酚酞溶液,溶液变无色,大多数学生认为是Br2与NaOH反应,使溶液变成中性或酸性,酚酞重新变为无色;当教师提问如何检验这一结论的正确性时,学生自然想到再滴入NaOH溶液,酚酞应该又变成红色;于是教师按这一公认的检验方法进行演示,却不能得到红色的溶液;最后经过深入的讨论,学生才明白,这是由于HBrO的氧化性导致红色的消褪。在应用知识阶段,在习题教学中,这种演示实验方法有很重要的作用。

中学化学演示实验的基本要求(一)

演示实验是一种最有效的直观教学方法,能帮助学生理解和掌握化学基础知识,并能给学生做出示范,有助于学生实验技能的培养。在中学化学教学中,对演示实验应加以充分重视。

中学化学课程中的演示实验,多为验证性实验,一般具有装置简单、操作方便、现象明显和费时不多的特点。要做好实验,就要掌握实验的技术和教学法。同样一个实验由不同教师用不同方法进行,效果往往大不相同。为提高教学质量,教师应明确演示实验的一些基本要求。武汉师范学院化学系汪成范老师总结归纳有:

目的性

教材里安排的每个演示实验都有其特定的教学目的。演示时就要认真考虑都有其特定的教学目的,演示时就要认真考虑怎样引导学生进行观察和分析,以达到预定的教学目的。例如初中化学讲氢的可燃性时安排了三个演示实验,其目的是有所不同的。第一个实验H2在空气里燃烧,目的在于说明氢的可燃性的实质是H2与O2发生反应生成了水;第二个实验H2跟空气混和点燃爆炸,其实质与第一个实验相同,而实验的目的则是为了强调说明点燃H2以前检验其纯度的必要性,并由教师做出示范、对学生进行安全教育;第三个实验H2在C12里燃烧,目的在于让学生观察到氯化氢的生成,为下一节讲分子的形成时作为共价化合物的一个典型例子。可见同是讲H2的可燃性的三个实验,其目的要求各有不同;教师若不认真钻研,对实验目的只有一个笼统的了解,就不可能在演示时正确引导学生进行观察、分析,以达到预定的教学目的。

另一方面,观察实验既然是学生对客观事物的自觉的和主动的认识活动,那么在演示时就应使学生也明确实验的目的。一般而言,学生对实验的目的越明确,注意力就越能集中地指向事先确定的所要观察的主要现象,感知和思维也越能紧紧地围绕所要实现的目的,从而作出较正确的结论。反之,学生若对实验缺乏必要的准备知识,不明确实验的目的,对实验只能作盲目的观察,结果就只能得到一个模糊的印象。初中化学第三章安排了一个纸上层析的演示实验,这是作为一种新的分离技术为扩大学生眼界而引进中学化学课程的。编写意图虽不要求学生懂得实验原理,但由于这实验是用正丁醇作溶剂,用甲基橙和酚酞的混和酒精溶液作试样,用氨水作显色剂进行的,初中学生此时不但缺乏有机溶剂的知识,也缺乏对酸碱指示剂的知识,教师很难向学生讲清实验的意义,实验效果亦难以令人满意。因此,从教学法的观点看,这个实验安排在溶液一章里作为演示的内容是否恰当,是一个值得研究的问题。

简明性

为了便于学生进行观察,实验装置力求简明醒目,重点突出。一些不必要的繁琐装置必须免除。过去在中学化学教学中,由于热衷于模拟所谓生产流程,曾设计过一些较复杂的实验装置。这种长龙式的实验装置,不但教师准备起来费时费力,而且使学生眼花缭乱,看不清主要现象。实际上,有些附加装置,如接触法制硫酸的实验用一个玻管里塞一团棉花代表除尘器,是根本就看不出什么现象的。这是跟实验的简明性的要求相抵触的。对于工业生产原理可演示其主要的部分,如硝酸工业只演示氨的催化氧化,其主要生产流程可用流程示意图讲解。当然,实验的简明性并非越简单越好,中学化学中也有不少装置较复杂而效果好的实验,并且随着实验技术的进步和教学内容的改进,将会有一些新的较复杂和较精确的仪器被引入到中学化学实验中来。

直观性

实验力求现象明显直观,而这也往往是实验教学的基本困难所在。例如在制取乙酸乙酯时,反应混和物中就没有能为学生看得清楚的变化,而只能让学生闻到产物的香味。

教师的演示若不能为全班学生清楚地看到,不仅不能在学生中造成应有的表象,且会影响课堂秩序。现行中学教材中的演示实验,多数为试管实验,从直观性的要求来说不一定都是合适的,必要时可改用较大仪器进行。例如氨与氯化氢反应。演示时,用鼓气球或注射器通过T形接头鼓入空气,氨与氯化氢在出口处相遇而生成氯化铵白烟,现象很明显。在实验的简明性和直观性存在着矛盾时,实验装置和操作就要服从于直观性的要求而不能过于简单。气体在水中的溶解性不易为学生看清楚,用产生“喷泉”的方法演示,则现象明晰生动,能给学生以强烈的印象。物质的溶解过程和化学反应过程的热效应,学生不能从视觉上获得具体的印象,只能用触觉去感知。若用装置演示,则现象明显而直观。譬如稀释浓硫酸时,把浓硫酸沿烧杯内壁缓慢地注入盛有水的烧杯里,空试管里的空气受热膨胀,推动着U形玻管内的红色溶液沿其开口端上升。

其他如固态氢氧化钠和硝酸钾的溶解热、无水硫酸铜的水合热、酸碱反应的中和热等,都可用此装置或其他类似的装置进行演示。

可靠性

实验的可靠性是要求实验要做得成功。中学化学实验一般都比较简单,但若准备不充分或没有掌握要领,有时即使是很简单的实验,往往也做得不成功。在指导学生教育实习时,有两位同学在两个班分别做氢氧化钠与硫酸铜作用生成氢氧化铜加热分解的演示实验,由于没有掌握好两种溶液的浓度及用量,结果有一位同学没有制得氢氧化铜沉淀,另一位同学虽得到了沉淀,但加热时没有氧化铜析出,都弄得不知所措。氢氧化铜略显两性,它既溶于酸,也溶于过量的浓氢氧化钠中,生成四羟铜酸钠:

Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+2H2OCu(OH)2+2NaOH=Na2[Cu(OH)4]所以碱液过浓,会得不到氢氧化铜沉淀。若碱液过稀,则会生成蓝绿色的碱式硫酸铜,加热时不易分解。所以要想得到氢氧化铜沉淀,必须控制pH值在5至15之间。要保证实验的可靠性,就要熟练掌握实验的技能及其成败关键,要在上课前试做,发现问题,可及时找出原因加以改进。

时间性

演示实验要求尽可能地迅速进行,一堂课只有45分钟,演示时间不宜过长。有些实验结果不能迅速出现,教师要善于利用时间,不要形成冷场的局面。有的实验需时较长,不合课堂演示要求,若省略了,学生又不易理解所讲内容,可采取讲实验装置图的办法以资弥补。如胶体电泳实验因手续较繁和费时较多,教材里只画了装置图而不要求演示,教师可用放大的装置图或装配一套仪器进行描述,也可预先做好一个实验在上课时让学生观察或作为课外演示处理。有的实验可采取措施以缩短时间。

计划性

演示实验要服从于课堂教学的要求,要加强计划性。一方面要充分做好准备,使实验进行得井井有条;另一方面要按课程内容发展上的严格逻辑性,把实验与讲解加以合理安排,做到紧凑而生动,使整堂课能很协调地进行。例如对甲烷的讲解,按教材的安排先演示甲烷的制备再依次演示有关性质的几个实验。由于制取甲烷的实验不能中断,而有关甲烷性质的几个实验不可能在制取它的反应进行时依次做完,因而就要把它收集在几个集气瓶里或储气瓶里备用,或者要把讲授顺序加以变动,收集一瓶甲烷最后做甲烷的氯化反应的实验。有一位教师完全按教材的教育和所叙述的方法去演示,先演示甲烷不能使KMnO4溶液褪色,再演示甲烷和氯气混和见光爆炸,待讲完这一内容,制取甲烷的反应已经停止,就无法再做在甲烷发生器导管口点燃甲烷的实验了。

示范性

教师是学生模仿的榜样,他的一举一动都对学生有很大的潜移默化作用。教师的操作应按规定去做,给学生做出示范。演示时教师如果操作熟练而正确,有条不紊,从容不迫,演示桌上整齐清洁,对学生会起着良好的示范作用。教师的演示即使是微小的疏忽,对学生实验技能的培养都是不利的。演示时,教师对仪器的安装,操作的手续,试剂的使用,都要结合实验加以必要的说明。

安全性

对于化学实验最首要的要求是安全。实验能否满足于这一要求,首先取决于教师对实验技术的掌握及其对教学工作的责任感。教师在实验时应仔细检查并遵守所有技术上的安全规则,对易燃、易爆、易中毒的实验更应特别重视,不可掉以轻心。所以教师在演示时,不但自己要认真注意实验的安全性,同时要对学生加强纪律教育和安全教育。

启发性

演示实验是教师亲自做的实验,比其他类型的实验更容易体现教师的主导作用。演示时,教师应结合教学内容,因势利导,启发学生思维,而不要把实验局限于只是直观地验证所讲的内容。例如对金属活动顺序表,教师演示几个简单的实验归纳出结论,要学生把它背诵下来,并不很难,但学生正确运用这个表,有时却感到困难。有位教师提问学生把锌投入硫酸铜溶液有什么现象发生,学生回答得很正确。这时教师再追问一下,把金属钠投入硫酸铜溶液又有什么现象发生?学生竟毫不迟疑的回答,钠把铜从硫酸铜溶液里置换出来。

教师立即做了一个钠跟硫酸铜溶液作用的实验,结果并没有看到有铜析出,而是出现了蓝色的沉淀。这实验虽然很简单,但印象深刻,思维活跃。他们早已学过钠跟水的反应并观察过实验,现在联系起来考虑,就不难正确理解钠跟硫酸铜溶液的反应是怎样进行的。这样的实验是富于启发性的,能使学生把前后所学的知识连贯起来,提高了他们综合应用知识的能力。因此,加强实验教学的启发性是很重要的。

中学化学实验的内容和类型是多种多样的,以上只是概括地列举了对演示实验的一些共同要求。如何达到这些要求,以提高教学效果,我们认为应切实抓好以下几方面的工作。

(1)教师要认真钻研和掌握实验的技术要做好演示实验,对实验装置的全部技术上的细节及试剂的配制和使用都应当很正确地完成和安排妥当。有的实验是可以用多种方法去做的,教师可根据自己的经验及具体情况(如设备条件)灵活地选用实验进行的方法。有的实验效果不理想,可设法加以改进。

(2)要认真做好实验的准备工作教材里对实验的装置和操作虽有较详细的规定,但教师事先做一次是很有必要的。若准备不充分,有时一些细节的疏忽也会造成实验进行上的困难和失败。对实验的准备工作必须是精密而细致的。

(3)在演示过程中要注意实验与讲解的配合实验与讲解脱节,学生所得知识可能是形式主义的。实验是使学生达到感知的一种手段,在实验教学中,注意把讲解很好地配合起来。并引导学生进行分析、综合、比较、概括,从而把观察实验现象的过程和其抽象思维与逻辑推理的过程很好地结合起来,以达到提高教学质量的目的。

中学化学演示实验的基本要求(二)

中学化学的“实验教学”是指学生的分组实验和教师的演示实验两种形式。演示实验虽然只是教师操作、学生观察,但是,它在整个化学教学中起着很重要的作用。

但对于青少年学生来说,他们开始往往不会观察、不善于观察、不善于支配自己各个器官来更好地完成学习任务,而是从兴趣出发,抱着一种好奇心去看教师的“表演”,如果放任自流地去观察,演示实验就达不到预期的目的。为此,辽宁丹东市十四中学张秀荣老师指出教师做演示实验时要力争做到: