高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)策略
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摘要:高中生已初步具備完成化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的基本能力，但還沒形成一定化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本觀念?；瘜W(xué)探究實(shí)驗(yàn)本身具備化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念的教育功能，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中形成的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念反過來(lái)可以指導(dǎo)學(xué)生更好進(jìn)行新的探究實(shí)驗(yàn)。教師要充分挖掘化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)的觀念教育功能，多渠道多角度培養(yǎng)高中學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。
關(guān)鍵詞:化學(xué)實(shí)驗(yàn);探究;高中;培養(yǎng)策略
一、問題的提出
實(shí)施新課程以來(lái)，由于多媒體技術(shù)引進(jìn)課堂，不少教師在教學(xué)中將實(shí)驗(yàn)視頻替代學(xué)生實(shí)驗(yàn)，致使中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)存在學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)減少、學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ο陆档默F(xiàn)象，這一現(xiàn)象在高中學(xué)段體現(xiàn)更為明顯。雖然教學(xué)要求培養(yǎng)高中生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，教師在有限的實(shí)驗(yàn)課中也盡力讓學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和探究實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫教岣?，但高中學(xué)生往往停留在“照方抓藥”的層面，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和結(jié)論的得出基本依賴教師的指導(dǎo)，或者是學(xué)生雖有思考和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的熱情，但常常因?yàn)闆]有相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念的支持而無(wú)從下手。因此，在探究實(shí)驗(yàn)中，教師如何引導(dǎo)、培養(yǎng)學(xué)生形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀念，應(yīng)用基本觀念解決探究實(shí)驗(yàn)的問題，則是解決上述問題的關(guān)鍵。
二、中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本觀念
化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念是指學(xué)生通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)，在深入理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)上所獲得的對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的概括性的認(rèn)識(shí)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者馮•勞厄曾經(jīng)說(shuō)過，“教育所給予人們的無(wú)非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所留下來(lái)的東西”。教師在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的同時(shí)，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念，中學(xué)實(shí)驗(yàn)中主要的實(shí)驗(yàn)基本觀念有:
1．對(duì)比實(shí)驗(yàn)觀念。對(duì)比實(shí)驗(yàn)是指設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)驗(yàn)組，通過對(duì)比結(jié)果的比較分析，來(lái)探究各種因素與實(shí)驗(yàn)對(duì)象的關(guān)系。如要探究濃度對(duì)Zn和HCl酸反應(yīng)速率的影響，我們可以取相同質(zhì)量相同表面積的兩份Zn粒分別投入同溫度、同體積但濃度分別為1mol•l－1和0.1mol•l－1的兩份鹽酸中，對(duì)比觀察產(chǎn)生氣泡的快慢。
2．空白實(shí)驗(yàn)觀念?？瞻讓?shí)驗(yàn)是在不加樣品的情況下，用測(cè)定樣品相同的方法、步驟進(jìn)行定量分析，把所得結(jié)果作為空白值，從樣品的分析結(jié)果中扣除。如在探究乙酸乙酯的水解實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以設(shè)計(jì)三個(gè)實(shí)驗(yàn)，一個(gè)是加稀硫酸，一個(gè)加氫氧化鈉溶液，一個(gè)不加作為空白值，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
3．控制變量實(shí)驗(yàn)觀念(單一變量實(shí)驗(yàn)法)。控制變量是指每次只改變其中一個(gè)因素，通過控制其他因素不變，從而研究被改變的因素對(duì)事物的影響。如比較Mg和Al的金屬活動(dòng)性，可以用等質(zhì)量等表面積的鎂條和鋁片分別投入等濃度等體積等溫度的鹽酸中，觀察反應(yīng)產(chǎn)生的氣泡快慢。這里只控制了一個(gè)變量，即鎂條和鋁片兩個(gè)不同物質(zhì)，其它條件完全相同。
4．重復(fù)實(shí)驗(yàn)觀念(平行實(shí)驗(yàn)觀念)。一個(gè)科學(xué)結(jié)論的得出，必須經(jīng)過多次重復(fù)的實(shí)驗(yàn)才能得到確切的結(jié)論，比如探究濃度、溫度、催化劑等對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，只通過一次實(shí)驗(yàn)顯然無(wú)法得出提高濃度一定可以促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)速率的結(jié)論，只有在重復(fù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)和總結(jié)的規(guī)律才具有較高的可信度。
5．定量實(shí)驗(yàn)觀念。比如配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液、酸堿中和滴定等，每一步都要求非常精確，至始至終都要讓學(xué)生感覺到操作時(shí)的“吝嗇”。
6．綠色化學(xué)觀念。綠色化學(xué)觀念是指設(shè)計(jì)沒有污染或者盡可能小污染的實(shí)驗(yàn)方案，并且該方案能實(shí)現(xiàn)原子利用率的最大化。例如實(shí)驗(yàn)室制硫酸銅有多種實(shí)驗(yàn)方案:(方案1)Cu與濃硫酸共熱;(方案2)Cu先與O2反應(yīng)，生成CuO再與稀硫酸反應(yīng)。顯然，方案2更符合綠色化學(xué)觀念，不僅生產(chǎn)過程無(wú)污染，且制備相同質(zhì)量的硫酸銅所耗藥品較少。在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，也可以將不少教材中的實(shí)驗(yàn)改為微型實(shí)驗(yàn)，如探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有關(guān)實(shí)驗(yàn)，為了節(jié)約藥品，可以將試管實(shí)驗(yàn)改為點(diǎn)滴板的實(shí)驗(yàn)。教師在高中化學(xué)教學(xué)中，如果能夠及時(shí)抓住教育時(shí)機(jī)，在平時(shí)教學(xué)中有意識(shí)滲透觀念教學(xué)，高中生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀念和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神自然而然就形成了。
三、通過探究實(shí)驗(yàn)形成高中生的基本實(shí)驗(yàn)觀念
1．教師要在言傳身教中形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念
(1)教師自身要有相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。由于教學(xué)時(shí)間限制及題海戰(zhàn)術(shù)的固有思維，不少教師的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念比較淡薄。比如許多教師在演示溶液中Ba2+的檢驗(yàn)時(shí)，只取一定量待測(cè)液，先往其中加入鹽酸，后加入BaCl2溶液，看到白色沉淀就得出結(jié)論，然而在整個(gè)演示實(shí)驗(yàn)過程中并沒有采用蒸餾水作空白實(shí)驗(yàn)?；瘜W(xué)教師自身沒有基本的實(shí)驗(yàn)觀念，就不可能讓學(xué)生形成實(shí)驗(yàn)觀念。我市與高校合作，利用暑假對(duì)一線化學(xué)教師開展實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)，提高教師的化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，重塑教師的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念，是一種非常及時(shí)、非常有益的嘗試。(2)教師要捕捉時(shí)機(jī)滲透化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。只有教師在教學(xué)中具有化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念的意識(shí)，善于在教學(xué)中捕捉教學(xué)時(shí)機(jī)、設(shè)計(jì)教學(xué)情境，才能逐步培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀念。以魯科版高一必修2第二章第2節(jié)《化學(xué)反應(yīng)的快慢與限度》第1課時(shí)為例，本節(jié)課的知識(shí)與技能目標(biāo)是了解化學(xué)反應(yīng)速率的概念和影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)教材之前已接觸較多的化學(xué)反應(yīng)并積累一定的生活經(jīng)驗(yàn)，能感受到化學(xué)反應(yīng)有快慢之分，容易理解影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。本節(jié)課如果只是簡(jiǎn)單傳授知識(shí)，可以花較少的時(shí)間把知識(shí)傳授完，然后再配上大量練習(xí)來(lái)鞏固知識(shí)點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)學(xué)生的考試成績(jī)會(huì)不錯(cuò)。如果把這節(jié)課設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)課，則是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀念的一個(gè)非常好的機(jī)會(huì)。教師可以通過學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。提供的試劑是:表面積大致相同的鎂條和鋅粒、過氧化氫溶液(3%)、鹽酸(0.5mol•l－1，3mol•l－1)、氯化鐵溶液、塊狀碳酸鈣、碳酸鈣粉末、二氧化錳;提供的儀器有:試管、鑰匙、鑷子、膠頭滴管、酒精燈、試管夾、導(dǎo)管、水槽、量筒。上課前一天可以讓學(xué)生設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)方案，形成書面實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并提醒學(xué)生注意對(duì)比實(shí)驗(yàn)、空白實(shí)驗(yàn)、控制單一變量、重復(fù)實(shí)驗(yàn)等觀念在實(shí)驗(yàn)方案中的應(yīng)用(學(xué)生在之前的實(shí)驗(yàn)課中已初步形成這些觀念，但實(shí)際應(yīng)用還不熟練)，學(xué)生帶著這份實(shí)驗(yàn)報(bào)告才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做分組實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師根據(jù)學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)報(bào)告書寫情況和探究實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生及時(shí)進(jìn)行修正，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→修正實(shí)驗(yàn)方案→實(shí)施實(shí)驗(yàn)中，化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念再一次得到強(qiáng)化。
2．學(xué)生要在探究實(shí)驗(yàn)中形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念
“聽的不如看了，看了不如做了。”這是蒙臺(tái)梭利對(duì)幼兒教育的一句經(jīng)典名言，它同樣適用于高中生。要形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念，僅靠教師知識(shí)的傳授和練習(xí)的強(qiáng)化鞏固效果不明顯，更重要的是通過教師潛移默化的啟發(fā)引導(dǎo)和學(xué)生的親身體驗(yàn)逐步實(shí)現(xiàn)。它不是一天兩天能形成的，而是需要一定量時(shí)間和一定量活動(dòng)的積累。教學(xué)中要讓學(xué)生積極參與到探究實(shí)驗(yàn)中來(lái)，多參與實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)，在實(shí)驗(yàn)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的不足并加以修正，這樣對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念的形成會(huì)有很大幫助。以魯科版高一必修2第二章第2節(jié)《化學(xué)反應(yīng)的快慢與限度》第1課時(shí)為例。教師可以讓學(xué)生將設(shè)計(jì)好的實(shí)驗(yàn)方案帶到實(shí)驗(yàn)室，在實(shí)驗(yàn)前教師先用實(shí)物投影儀展示學(xué)習(xí)小組的實(shí)驗(yàn)方案，再讓學(xué)生代表說(shuō)一說(shuō)這樣設(shè)計(jì)的理由，最后讓全班同學(xué)對(duì)該實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)劣進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。比如某學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案是:取表面積大致相同的兩份鎂條分別放置于兩根試管中，再分別加入0.5mol•l－1和3mol•l－1鹽酸，觀察產(chǎn)生氣泡的快慢，探究濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。該同學(xué)闡述設(shè)計(jì)理由后，教師讓全班同學(xué)對(duì)該方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，有的同學(xué)指出兩份鹽酸的體積未知，沒有控制單一變量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度不夠，最后在學(xué)生的爭(zhēng)論中，確定正確的實(shí)驗(yàn)方案。其它探究化學(xué)反應(yīng)速率影響因素的實(shí)驗(yàn)方案也是這樣讓學(xué)生互相評(píng)價(jià)，最后選出最優(yōu)方案。新課程強(qiáng)調(diào)多元評(píng)價(jià)，在學(xué)生和學(xué)生互相評(píng)價(jià)，甚至是學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)中，學(xué)生的思維得到啟發(fā)，參與熱情得到提升，大大提高課堂聽課效率。
3．學(xué)校要努力創(chuàng)設(shè)開放實(shí)驗(yàn)室教學(xué)環(huán)境
我?；瘜W(xué)組近年來(lái)嘗試開展開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)，這種教學(xué)模式又叫“開放實(shí)驗(yàn)室”，指將實(shí)驗(yàn)室或相關(guān)儀器等資源有目的、有組織地全部或部分對(duì)外開放，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下，利用下午自習(xí)課時(shí)間或周末進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)之前，必須先確定實(shí)驗(yàn)課題，填寫《探究實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)表》，內(nèi)容主要包括探究實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器與藥品、實(shí)驗(yàn)主要步驟簡(jiǎn)述等，指導(dǎo)教師對(duì)申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性、安全性、可行性、簡(jiǎn)約性進(jìn)行評(píng)估，實(shí)驗(yàn)員審核通過后方可實(shí)施實(shí)驗(yàn)。在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)員在旁指導(dǎo)，但學(xué)生為實(shí)驗(yàn)主體，這時(shí)教師與學(xué)生關(guān)系是平等、和諧、融洽的，教師只是輔助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成后及時(shí)填寫《探究實(shí)驗(yàn)學(xué)生活動(dòng)記錄表》，記錄實(shí)驗(yàn)過程、小組自我評(píng)價(jià)和反思，指導(dǎo)教師最后進(jìn)行點(diǎn)評(píng)并填寫《探究實(shí)驗(yàn)學(xué)生活動(dòng)定量評(píng)價(jià)表》，及時(shí)對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)不按實(shí)驗(yàn)規(guī)范要求操作的學(xué)生提出警告或者禁止參與開放實(shí)驗(yàn)室活動(dòng)，保證開放實(shí)驗(yàn)室的安全。通過開放實(shí)驗(yàn)室，教師可以和學(xué)生面對(duì)面的溝通交流，就實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的失誤進(jìn)行剖析，及時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念的滲透。學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的靈感很多來(lái)自于平時(shí)的習(xí)題，在習(xí)題中發(fā)現(xiàn)的問題可以通過實(shí)驗(yàn)解決。例如，某學(xué)生欲探究“滴入酚酞的氫氧化鈉溶液變紅后，再加入氯水褪色，褪色的原因是什么”這一實(shí)驗(yàn)課題，他設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)論如下:第一步:取無(wú)色酚酞溶液、甲基橙溶液、石蕊試液、蒸餾水各1mL，分別加入1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)試管中。第二步:用膠頭滴管取NaOH溶液約3mL依次滴入四份溶液當(dāng)中。第三步:用膠頭滴管取氯水逐滴滴入1號(hào)試管中，當(dāng)加到溶液褪色時(shí)停止。第四步:用膠頭滴管取氯水滴入2號(hào)試管，充分振蕩，發(fā)現(xiàn)了溶液由原來(lái)的橙黃色變?yōu)闊o(wú)色。第五步:用膠頭滴管取氯水滴入3號(hào)試管，充分振蕩，發(fā)現(xiàn)了溶液由原來(lái)的黑色也變成了無(wú)色。第六步:用膠頭滴管取氯水滴入4號(hào)試管，充分振蕩，發(fā)現(xiàn)了溶液由原來(lái)的無(wú)色變?yōu)闇\黃綠色。第七步:再往已經(jīng)變色的1號(hào)試管中加入適量的NaOH溶液，隨著NaOH的逐滴滴加，溶液并沒有變成紅色。結(jié)論:實(shí)驗(yàn)證明了含有酚酞的NaOH溶液加入氯水后褪色的原因是HClO將其漂白，而不是氯水中的酸與氫氧化鈉溶液中和使OH－減少引起的。通過以上案例不難發(fā)現(xiàn)，該探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)施運(yùn)用了空白實(shí)驗(yàn)、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、控制單一變量等化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。實(shí)際上由于“開放實(shí)驗(yàn)室”教學(xué)模式比傳統(tǒng)的教學(xué)模式更加開放，學(xué)生從尋找實(shí)驗(yàn)課題、確立實(shí)驗(yàn)課題到實(shí)施實(shí)驗(yàn)課題，探究實(shí)驗(yàn)的自主性大大提高，實(shí)踐能力、學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力得到培養(yǎng)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀念自然而然就形成了。在我校開展的“開放實(shí)驗(yàn)室”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，大部分學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情被激發(fā)出來(lái)，不少學(xué)生利用家庭已有的藥品和儀器進(jìn)行簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)，甚至自購(gòu)一些儀器藥品在家中進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)、實(shí)施、反思實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造能力、實(shí)驗(yàn)操作能力得到充分培養(yǎng)。
四、結(jié)語(yǔ)
新課程已經(jīng)實(shí)施多年，探究性教學(xué)已被廣大一線教師接受，但在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透實(shí)驗(yàn)觀念還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有得到充分重視，觀念教學(xué)依然任重道遠(yuǎn)。在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，許多探究性實(shí)驗(yàn)可以滲透化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。教師應(yīng)樹立觀念意識(shí)，努力挖掘教材中潛藏的化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀念，身體力行，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中做到“潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲”，讓學(xué)生在不知不覺中養(yǎng)成化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本觀念。
參考文獻(xiàn):
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［2］郭金花．高中生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ默F(xiàn)狀和活動(dòng)表現(xiàn)評(píng)價(jià)研究［D］．揚(yáng)州:揚(yáng)州大學(xué)，2006．
作者：林麗璇 單位：同安第一中學(xué)