属于这方面内容的实验在实验中占有较大的比重,这是由元素化合物知识的内容较多,以及元素化合物知识的特点所决定的。任何一种元素化合物都是多样性的统一体,其多样性表现在它们具有多种物理性质和多种化学性质,表现在它们具有质和量的两个方面的性质。其中的许多性质,在通常条件下是隐蔽着的,只有通过实验才能使它们显露出来。因此,离开了实验,元素化合物的知识就会是枯燥乏味、难以理解和记忆的。
元素化合物的制备实验,比元素化合物性质的实验有更高的要求,它要求学生有较牢固的元素化合物性质的知识和有较熟练的实验技能为基础。制备实验对学生巩固元素化合物性质的知识、全面训练实验操作技能、培养各种能力都是有益的。
形成化学概念和化学基础理论的实验
自然科学的成果是概念,概念是形成理论的前提和条件,概念是反映事物本质属性和特征的思维形式,又是进行思维的思维工具。化学基本概念和化学基础理论是中学化学教学的重要内容。化学实验能为学生形成化学概念和化学理论打下感性认识基础,学生以实验观察得到的信息为基础,运用抽象思维对这些信息进行加工整理,抽象概括出实验对象的本质属性和一般规律性,进而形成化学概念和化学理论。化学实验使这些比较抽象的知识变得容易接受和理解,并有助于培养学生学会运用科学方法进行科学思维。
揭示化工生产中化学反应原理的实验
这类实验能较好地揭示化学反应原理在化工生产中的具体应用,能帮助学生认识在化工生产中实现化学反应所需要的典型设备、生产流程,以及实验条件控制对实现化学反应的重要作用。这类实验在中学化学课本里数量不多,但它的实验装置比较复杂、综合性较强,所以,对学生实验能力的培养与提高是有利的。
解答化学问题的实验
这是要求学生通过实验和观察,求得答案的一类实验。它和前面提到的实验不同,没有现成的实验步骤和方法,需要学生独立地运用已有的知识去设计实验方案,通过实验和观察收集资料,对收集到的材料进行分析、研究、推断,最后找出正确的答案。这类实验对培养学生的创造精神、独立实验能力和思维能力等是有重要作用的。
化学实验的归类
反应物是固态、生成物有气体,反应在加热条件下进行这类实验的装置可用实验室制氧气的装置为代表,包括实验室制氨气、实验室制甲烷、加热碳酸氢铵,鉴别碳酸钠和碳酸氢钠(或碳酸氢钠的受热分解)、木材的干馏,木炭还原氧化铜及给硫酸铜晶体加热等实验的装置。这些实验的发生装置相同、加热操作的方法相同,只是生成气体的收集或检验方法有区别。
反应物是固态和液态,生成物有气体
随着反应条件的不同又可以分为两类:
(1)在常温下反应即可发生。
包括实验室制氢气、实验室制二氧化碳、实验室制硫化氢、实验室制二氧化硫、实验室制乙炔、用铜和浓硝酸反应制二氧化氮、用铜和稀硝酸反应制一氧化氮及苯跟溴的取代反应等实验的装置。
这类实验装置,以实验室制氢气的三种装置为代表,有简单装置、简易装置和启普发生器。介绍这三种装置不要孤立的进行,应当使学生理解这三种装置是体现由简到繁、由不完善到完善的演变,选用时应根据实际需要选择其中的一种。当制取其他气体时,要根据反应物的状态,反应过程中的变化和生成气体的性质等因素来确定选用上述三种装置的一种、两种或三种。其中有些实验的装置尽管与上述三种装置有所区别,但装置的基本原理相同,它们可以理解为是由上述三种装置的改进。例如:实验室制二氧化碳的两种装置、一氧化氮的生成装置和苯跟溴的取代反应的装置等就是这样。
(2)在加热条件下发生反应的。
这包括实验室制氯气、实验室制氯化氢等实验的装置。
反应物是液态,生成物有气体、反应在加热条件下进行以实验室制乙烯的两种装置为代表。后者可认为是前者的简易装置。这类实验装置还包括乙酸乙酯的制备和制取蒸馏水的装置。它们在操作时的共同点,是为了防止液体在受热时暴沸,需要在液体里加几片碎瓷片。
反应物是固态和气态的
分为三类:
(1)在加热条件下,能激烈发生反应并放出大量的热。
如木炭、硫、磷、铁丝等在盛氧气集气瓶内燃烧;钠、铜等在盛氯气集气瓶内燃烧及铜在加热产生硫蒸气的试管里燃烧等实验的装置。
(2)在加热条件下,反应比较缓慢。
如氢气还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铁等实验装置。这类实验实际是有两种形式的装置,一是气体经过导管通入盛固态物质并受热的试管里,二是气体通入盛固态物质并受热的玻璃管。应该使学生认识根据气体的性质来选用上述两种装置的一种。
(3)在常温下能发生反应的。
这类实验的装置,实际上就是用球形干燥管或U形管盛装固态物质来干燥或吸收气体的实验装置。
反应物是液态和气态,常温下发生反应
这一类实验,实际上就是用盛装液体的洗气瓶、烧杯或试管,对气体进行检验、吸收、干燥或分离(除杂)的装置。如用石灰水检验二氧化碳、用氢氧化钠溶液吸收氯气、用浓硫酸干燥气体等。另外气体的溶解装置也应属于这一类。对于极易溶解(或被吸收)的气体的溶解装置,其通气体的导气管不能直接伸入液面内,而只能是接近液面或通过连接倒立漏斗的下沿刚刚浸入液面,以防止液体回流。
反应物是气态的:
这类实验装置有三种:
(1)如氢气和氧气、氢气和氯气、硫化氢和二氧化硫、甲烷和氯气等,在集气瓶内混合发生反应。
(2)将通氢气的导气管伸入盛氯气(或氧气)的集气瓶内,使氢气在氯气(或氧气)中燃烧。
(3)将分别蘸浓盐酸和浓氨水的玻璃棒靠近,使挥发的氯化氢与氨气反应。
除上述的实验归类外,有些实验还可以根据操作等方面的不同要求进行归类。例如:
根据物质的加热法
主要有:直接加热、垫石棉网加热和水浴加热。选择直接加热的方法还是垫石棉网加热的方法,是根据受热容器的性能确定。如可用做直接加热的容器有:试管、蒸发器和坩埚。而烧杯和烧瓶的加热必须垫石棉网。若反应温度在100℃或100℃以下的,而且要求受热均匀、恒定的实验,一般选择水浴加热的方法。如酚醛树脂的制取、硝基苯的制取、银镜反应及测定溶解度等实验。
根据反应温度的要求
若反应条件有明确的温度要求,如实验室制乙烯、硝基苯的制取、石油的分馏及测定溶解度等实验,均需用温度计控制反应的温度。至于温度放置的部位,也是根据实验要求确定。若控制反应物质本身的温度,应将温度计水银球插入反应物内;若控制蒸气温度,应将温度计水银球离开反应物(液面或固体);若控制外界温度(如用水浴加热时,控制水温),应将温度计置于反应容器的外部(温度计的水银球插在水里)。
根据对易挥发的反应物或生成物的处理
为了控制易挥发反应物的挥发,使之减少散失,达到充分反应的目的。应使用回流装置,如酚醛树脂制取实验的长玻璃管、苯与溴取代反应实验的长玻璃导管(兼做导气管用)。
将挥发性生成物冷却变为液态,则使用冷凝装置。冷凝装置有用冷凝器(冷水冷凝)或长玻璃导管(空气冷凝)或导气管伸入到浸在冷水里的试管的底部(也属冷水冷凝)等。
根据对反应物用量的要求
为了准确测定反应物的用量,应选用中和滴定的实验装置。主要仪器有:滴定管(酸式和碱式)、移液管、锥形瓶等。
根据对混合物的分离
这依据组成混合物各物质的性质来选用过滤、结晶、萃取(分液)、蒸馏、渗析等方法进行分离(不包括气体的分离)。
上述归类尚不全面,至于这种归类方法是否科学以及应用此归类方法如何指导教学,均有待于通过实践、总结,使之完善。不过笔者初步认为,采用这种化学实验归类的优点是:①有利于教师有计划、有目的的进行实验教学。②有利于学生理解化学实验装置和操作的基本原理、规律,提高掌握实验的能力。③有利于学生减轻负担,提高记忆力。④有利于培养学生设计实验的能力,发展智力。
中学化学实验教学的基本要求
教师的课堂演示实验要做到规范化课堂演示实验是实验教学的基本形式之一,数量最大,也最能吸引学生的注意力,激发学生的学习兴趣,是真正把学生引入“化学世界”的向导,对于概念的揭示、理论的形成,起极重要作用,是其他手段难以替代的。
教师的演示实验对学生实验技能的培养能起到示范的作用,因此一定要体现出实验规范化;即实验装置整齐美观、安全可靠,实验物品排列有序,实验步骤简便,实验操作要准确熟练,实验反应力求迅速、效果明显、现象突出生动。实验中教师要以身作则,不可乱倒乱扔废物、废酸、废液,防止出现瓶盖不盖或张冠李戴、灯火不灭、桌面不洁等,以免给学生留下不良影响。
演示实验的教学程序大体应为:
实验观察思维分析
概括结论迁移实践
教师对每个演示实验的目的应当明确以下几点,该演示实验要说明什么问题,要得出什么结论,培养学生哪些方面的实验技能,及实验的重点、关键、主要现象是什么,哪些部分要引起学生注意,实验前教师对这些问题均要深思熟虑,心中有数。实验必须与引导、启发、提问相结合,教师提出的问题要确使学生经过自己认真观察实验现象,积极思维才能回答出来,并且实验必须与能力培养相结合,通过“看、记、想、归”四条途径,培养学生的观察、记忆、思维、归纳总结的能力,和分析问题解决问题的能力。
大力提倡边讲边实验
课堂演示实验应以教师为主。为了充分调动学生的积极性和动手能力,有些演示实验可改为由学生到讲台操作,采取边讲边实验的教学形式。凡是一些容易做、装置和操作简单,可见度大,现象明显,没有使用剧毒药品,并产生大量有毒气体和无危险的演示实验,均可采用这种形式。这样学生记得牢、印象深、易掌握理解混淆不清的知识点或知识难点。
这样做的优点是:①有利于培养学生独立实验的基本操作技能,而且能达到一定熟练成度。
②有利于培养学生的观察能力,由于化学变化中常常同时出现多种现象,有的瞬息即逝。边讲边实验可以养成学生仔细观察的习惯。③有利于培养学生的思维能力,边讲边实验教学,常常由实验引出问题、由观察分析得出结论、这就启发了学生的积极思维。④边讲边实验教学,下放了一些实验让学生做,教师和学生都产生一些新问题,而学生要做好实验,非做好预复习不可,培养了他们认真看书、看图的自学能力,这样教师讲的时间少了,只能讲些重点、难点,学生实验多了,教师在组织教学中更要精细、周到,在备课、预备实验、置疑等方面更应费心费力。
用化学投影仪器多做演示投影实验
化学投影仪器为有机玻璃和玻璃制品,有投影水电解器、投影启普发生器、投影V形管、试管等十多种,件数少、体积小、用药省、用于教师演示投影,不但实验数量多,而且投影图像放大,现象鲜明生动、便于观察分析、效果好。使用前要与学校电教组配合、创造使用条件、使实验教学别开生面。
电化实验中电影、录像、特别是播放录像实验带、有节奏快,容量大、效率高的特点。所以采用重点内容反复放、关键操作和现象重复放,静像解释及时放的方法,形声结合容易激发学生的情感,并引起浓厚的兴趣。
培养学生独立完成实验的能力
中学化学教材中的学生实验,大部分为传统的“论证”和“巩固”所学知识的实验,全部安排在学生学完有关章节之后,有许多实验是重复教师在课堂上已演示过或教师指导下做过的实验,让学生独立完成这些实验,不仅能更好地巩固所学知识,也能培养学生操作技能。
分组实验中,往往存在两种现象,其一是畏手畏脚,不敢动手去做;其二毛手毛脚,不加思考地盲目操作。方法是,实验前要提出思考练习题,要求学生做好预习准备。实验时具体做好组织工作,把挑选出来的成绩优异的化学爱好者,组成辅导学生实验的“小先生”,让他们经过专门训练后,再回到学生的分组实验中去,成为教师的得力助手。由“小先生”
指导示范分组实验。解决了过去那种教师“一处不到一处乱”或放任不管的被动局面。
为了让学生在实验中学到发现知识和探求知识的途径。我依照现代启发式教学法的基本原则,对学生分组实验做些改革,把有些实验内容提前到有关章节内容之前来做,由“验证”改为“探索”,培养学生的发散思维。