书城科普读物动手做实验丛书--化学实验教学改革指导
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第16章 化学实验教学方法的创新(1)

化学实验教学的方法和技巧

实验是化学的基石。加强实验教学,有助于学生加深对实验知识的理解和运用,提高观察、联想和推理论证的能力,促进熟练实验技能的形成。

强化理论和实践相结合

化学实验知识和技能是与化学知识乃至物理、生物等知识有着密切的联系,所以在教学过程中须同步进行,尤其对元素化合物及有机化学的定性实验更应如此。对于一个具体的实验,一定要把握用什么试剂,怎样操作,能观察到什么现象,从而得出正确的结论,以及由物质的结构决定物质的性质,物质的性质与反应的条件又决定物质的制法、收集、净化、鉴别和推断,这是实验教学中须遵循的两条基本规律。例如:制取气体,首先要根据气体的特点和性质,选择合理的反应物,由反应物的状态确定可行的仪器装置。同时要考虑该气体的净化、干燥、收集及检验等一系列问题。还要进一步弄清:①实验室制法与工业制法的区别和联系。②易燃、易爆及有毒气体制取中的一些特殊处理方法。③特殊气体制取(如HF、HNO3)对装置的特殊要求。④同种气体用不同的反应物制取时,装置选用可能不同(如O2)。⑤反应条件及试剂的纯度或浓度对反应速度和实验可行性影响等。只有这样,才能起到以点带面,由单一实验过渡到综合实验的运用,使实验理论和实验的操作进一步协调。

理顺基本技能与实验知识关系

实验知识与基本技能有着密切的联系,理顺这一关系,必将使学生在理解的基础上进一步掌握实验知识,克服学生机械的掌握实验知识的弊病。

实验仪器的材料组成与结构形状基本决定了实验仪器的使用范围和操作方法,具体如:①温度计的量程决定了实验室分馏石油的装置应选用水银温度计,而不是酒精温度计。②受热面积的大小和形状决定了液体蒸发用蒸发皿,固体灼热用坩埚。③壁薄、底面积大的仪器(如烧杯、烧瓶)能间接加热;壁薄、底面积小的仪器(如试管)能直接加热等。

实验的要求与基本技能也有着紧密的关系。如:①气体溶解的方法,取决于气体溶解性大小。②物质溶解量的多少,决定了一般选用的仪器是试管,还是烧杯。③液体的精量与粗量,决定了选用精确度大小的量器。④控制液体或热源或气体的温度决定了温度计插入的位置。⑤组合装置中,实验的要求或操作的方法,决定了装置的连接顺序。⑥玻棒在定量实验中的作用决定了在某些操作步骤过程中不能随意离开容器等。

加强对比,注重归类,掌握规律

化学实验教学中,要善于发掘其内在规律,并通过对比、归纳,使知识形成有序的网络。

(1)物质取用对比

固体物质的取用,要比较块状和粉末;液体的使用,要比较粗取与精取;无说明取量与有说明取量的对比。

(2)实验仪器对比

从仪器形状结构上比较,如烧瓶与蒸馏烧瓶,碱式滴定管与酸式滴定管。从仪器名称上比较,如干燥管与干燥器。从仪器的使用范围比较,如试管夹、滴定管夹、坩埚钳。对量度仪器可从是否标有温度、零刻度,具有一定刻度内的液体是否为刻度读数体积等进行对比。对试剂的存放可以瓶塞、瓶色、瓶类选择的对比,对化学反应各类装置的选用,可从反应物状态、性质、反应条件等方面对比,具体可归纳为:固-固加热型,固-液加热或不加热型,固-气加热或不加热型,液-液不加热或加热型。

(3)实验操作对比

一些带塞的仪器使用前检查是否漏水或漏气的方法对比,各类加热形式的对比。容器中液体体积不超过容积的23与13的对比,检验和净化实验在选用试剂和操作方法上的对比,称量限量物质与非限量物质的对比,固、液、气物质检验对比。

(4)实验原理对比

体积比浓度和质量百分比浓度配制的对比,物质的鉴别与鉴定对比,蒸馏和分馏实验对比,定量实验中,单一刻度容器的视线误差与多刻度容器视线误差判断对比,同一实验因目的要求不同而产生方法上的差异对比,有机物除杂质与无机物除杂质的一般方法和原理对比等。

(5)实验现象的对比

从焰色上对比:燃烧过程中有焰色和无焰色的对比,因条件不同而使同一反应焰色不同的对比,能产生同一焰色的物质归纳。

从气味上对比:特殊气味、臭鸡蛋味、刺激性味的对比。

从颜色上对比:同一物质在不同浓度或不同状态时对比,同种颜色不同形态物质的对比(如白色沉淀与白色絮状沉淀)。

从烟、雾上对比:反应中产生烟与浓烟或烟和雾的对比。

从溶解性上对比:同一条件下,易溶、可溶、微溶、难溶、混溶对比,温度不同,物质的溶解性变化的趋势和幅度不同的对比。同一物质在不同溶剂(或溶液)中溶解性大小对比。

从物质的密度上对比:用Na2CO3溶液可鉴别硝基苯、乙醇、乙酸乙酯等。

从反应条件比较:同种物质间反应因条件(温度、浓度、催化剂)不同,现象不同的归纳对比。

加强理解,重点突破

化学实验内容多,需要记忆的知识也多,理解是记忆最重要的方法,这就要求对化学实验知识尤其是一些典型的实验,涉及操作技能较多,难度较高的要强化理解,要重点突破,无机定性实验中,重点是规范基本操作;有机定性实验,重点是试剂配制和试剂混合的次序;定量实验,重点是固、气、液物质反应的特殊操作和误差分析。在教学过程中不仅要学生掌握正确的方法,更重要的是帮助学生解决“为什么这样?”只有这样才有助于加深印象和理解。如中和滴定过程中,为什么滴定管洗涤液要经开关处排出?指示剂的用量为何不可太多或太少?若用KMnO4标准溶液滴定FeSO4溶液,不用指示剂又如何判断反应终点到达?又如在掌握了浓H2SO4稀释方法后,对实验室制硝基苯、乙烯等用到浓H2SO4的实验,就应注意加入浓H2SO4的顺序,使实验知识达到迁移、运用的目的。这不仅可以提高学生发散性思维的能力,而且有利于创造性思维的培养。

实验与双基教学

化学实验是化学教学的基础,又是完成化学教学的重要手段。现总结介绍以实验为手段,贯穿整个教学过程来促进双基教学的做法。

小实验与系统实验相结合

化学实验的基本功主要是靠平日的小实验练出来的。小实验是指让学生利用少量的零散的时间将一些简单易行的实验进行各个击破,系统实验是指类似实验进行比较练习。前者是明确每项实验的主要特点,后者是将其系统化综合化,找出异同之点。这对发展学生的智力,培养两个“能力”是很有益处的。

例如:①稀硫酸溶液的倾倒:主要目的是练习液体药品取用方法。在每个试管下端系上一根白线,作为刻度标记。倾倒时,要求液体的凹面最低处与白线刻度相切。学生实验时,每人一套仪器,在2~3分钟内完成。操作时液体凹面最低处,有的超过白线刻度,有的达不到白线刻度,相切的机会很少。在实验中,有些学生能把标签向着手心,瓶塞倒放在桌上,教师发现后就表扬他们。这样,实验中出现的错误学生就能自觉地得到纠正,而且怀有浓厚的兴致。

②让前排3名同学用量筒取一定的液体,然后传递给各行后面的同学,让他们各自读出数据。由于有误差,因而常常发生争执。这时教师强调指出量筒放置要平稳,视线与液体凹液面最低处保持水平,学生马上又会按照正确操作再读数。

③让学生向滴定管夹上的酸式滴定管倾倒稀酸液,至刻度0以上,再调节至2~3厘米处,排除气泡。要求学生回答:刻度与量筒是否一样?在水平视线以下观察时读数偏高还是偏低?虽然是简单的基本问题,却属实验操作中的“关键”。

④取10ml98%的浓硫酸倾入盛有大约30ml蒸馏水的洁净的烧杯中,同桌两个同学,一个马上倾入容量瓶中(用废旧容量瓶),并滴加蒸馏水至刻度;另一个等冷却至室温后倾入容量瓶中,再滴加至刻度,前者因冷却后液面明显下降,不合要求。这样学生就能从比较中学会正确的操作。分散进行的各种小实验,时间紧凑,形式新颖,重点突出,学生既有兴趣,印象又比较深刻。

在几个分散实验之后常采用表格式进行集中比较。

溶液的倾倒及液体读数的比较:

小实验可以人人动手做,为保证大量小实验的进行,常采用“一篮子实验”的办法,就是将准备好的实验用化学提匣子提到教室,课前2~3分钟让各桌行的实验小组长分发,这样做快而有序,事半功倍。

大试管50ml的量筒酸式滴定管1000ml容量瓶主要特点视线与液面最凹处成水平,药瓶标签向手心,瓶塞倒放刻度“0”

在下端,在水平线以下观察则要偏低。刻度“0”在上端,若在水平线以下观察则要偏高。配制热的溶液要冷至室温再倾入容量瓶中,否则结果会偏低。

采用由局部到整体,由整体到局部的实验办法对于化学仪器设备,有的学生只知局部,不知整体;也有的只知道一个大概的轮廓。这种毛病出在教的方面,只要反复地让学生“剖析”实验装置,明确化学仪器各部分的作用,才能正确地使用它。像“启普发生器”,头一回每组发一只,不装药品,让学生拆成部分:球形漏斗、容器、导气管等;然后组装:先将球形漏斗插入容器中,拧上导气管。第二回,了解各部分的作用。先在插导气管口处添加几粒锌粒,观察锌粒留在球形漏斗长颈与容器颈部,再从球形漏斗中加入稀酸。稀酸从漏斗下来,并上升接触锌粒开始反应,观察自行控制的原理。再演示废液从容器下部的带塞的出口排出。过去虽反复讲,学生对气体的产生和自行控制仍理解不深,现在用“剖析”仪器的学习方法,较好地解决了这个问题。

经常自编实验复习题,提高学生分析问题和解决问题的能力在单元复习和总复习过程中,我们主要采用实验习题复习。实验习题的特点是问题比较集中,能启发学生思考,还可以把基本实验技能和基础知识、基本理论联系在一起,综合性比较强,形式多样。

(1)实验填空题:此类题目是边实验边填写。

例:A、明矾现有其水溶液,你如何鉴别其中含有K+、Al3+、SO2-4三种离子?

鉴别步骤:

①K+的鉴别用铂丝或无锈铁丝在火焰上灼烧,待与火焰颜色一样时,再蘸取溶液,在火焰上灼烧,这时可隔蓝色钴玻璃看,若有浅紫光说明有K+存在。

②Al3+的鉴别在洁净的试管中加少量试样,滴加NaOH溶液,产生白色胶状沉淀,过量消失,说明有Al3+。

③SO2-4的鉴别在洁净的试管中加少量试样,滴加BaCl2溶液,产生白色沉淀,且不溶于盐酸,说明有SO2-4存在。

要求:①要有严格的实事求是的态度,善于观察实验现象,尊重客观事实(Al(OH)3为白色胶状沉淀,BaSO4为白色沉淀),以实验为依据,不能臆造。②注意化学用语的训练(像少量、适量、过量等),一定要注意科学性。化学用语的熟练就是实验技能的训练。

(2)实验判断题。

此类题目都是从学生平日或考试的疑难问题中组编的,学生带着自己的问题进行实验,切合实际,通过现象分析进行验证,能较好地澄清学生的糊涂概念。

例:某学生把NaOH溶液滴入AlCl3溶液中制取Al(OH)3,由于不慎,NaOH溶液滴入过量,使出现的Al(OH)3又溶解了。甲、乙两个同学都给该生想法补救:

甲是加盐酸,乙是通入足量的CO2,两个同学都说自己的办法好,你用实验验证一下到底哪个好?说明理由。

只有让学生亲眼见到,解除怀疑,才会成为学生自己的知识。也只有从实践中得到正确答案,学生才会从理论上作自觉的追求。

(3)实验报告题:此类题有一定的综合性。

根据一系列的实验现象,会写出实验报告,克服“看实验”“背实验”“抄实验”的不良习惯,提高学生分析问题的能力。

碳酸盐与酸式碳酸盐的转化

实验内容及操作步骤观察到的现象解释及化学方程式

1澄清的石灰水通入适量CO22继续通CO23反应停止后将溶液加热4溶液冷却后再加入盐酸5反应停止后再加Na2CO3溶液初作实验报告采用现象明显,结论清楚的题目,逐步由简到繁。

(4)实验思考题。

对于思考题,学生往往感到无从下手。其实思考题并不神秘,只要具有大量的基础知识作基础,便容易对付。

问:①要使溶液中Al3+沉淀完全,用氨水好,还是用NaOH溶液好?

②要使溶液中的AlO-2变为Al(OH)3沉淀,加盐酸好,还是通入CO2好?

③要使溶液中的Cu2+沉淀完全,用氨水好,还是用NaOH溶液好?

综合运用实验题,可以逐步提高学生逻辑思维和创造思维能力,学生反映说:多做综合实验题,概念清、规律明、运用活、收获大。

做好化学实验,培养学生的观察力和想象力,帮助学生形成清晰的概念,正确理解基本理论例如为什么Al(OH)3有两性呢?Al(OH)3的两性在理论阐述上可以头头是道,但要变为学生自己的知识却比较困难。学生先制取Al(OH)3,点明其溶液不光是Al(OH)3存在;H++AlO-2+H2OAl(OH)3Al3++3OH-平衡,它电离时,生成的H+、OH-都很少,酸性和碱性都很弱,那么,它为什么既能和酸起反应,又能和碱起反应呢?根据上面的电离式,在反应体系中加酸H++OH-=H2O,平衡向右移动,加碱OH++H+=H2O平衡向左移动,同样Al(OH)3都可溶解。采用边讲边实验的方法,让学生对实验现象做认真的观察,由感性认识上升为理性认识,可一举两得,不仅能记住理论,并且还会运用理论。

复习课少讲多做,学生能做的教师决不演示。有些抽象的概念,还得借助于形象的模型,像电子云概念,从微观到宏观,从抽象到可见,可采用儿童玩具(小电影),快速翻动画片小本,把不连续的动作连续起来了,学生脑中产生动的像,这样效果更好。

化学实验教学效果的统计与分析

加强实验教学是提高教学质量的重要一环。为了测试化学实验在教学中的作用,我们选了两个班作为比较研究的对象。具体作法如下:

试验阶段选高二(3)班作为试验班(42人),高二(1)班作为控制班(44人)。教学内容为高二课程的第四章——镁铝,教材均用人教社编印的高级中学课本化学下册,课时相等。控制班按教材和教参上的要求,做好演示实验和学生实验,试验班则在加强化学实验上下功夫。除做好教材和教参规定的演示实验外,同时做如下改进:

(1)增加演示实验,且把一些演示实验改为边讲边试。

(2)注意实验在教学中的合理运用。