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第17章 中学化学实验中的思维训练(5)

例如合成乙酸乙酯的演示实验,一般是在介绍了酯化反应概念并给出反应方程式COCH3OH+HO-CH2-CH3COCH3O-CH2CH3+H2O之后进行演示。

①首先演示乙酸乙酯的性质——气味、在水里的溶解性。

②给出下表物质沸点(℃)密度(克/厘米3)在水中溶解性乙酸1179105易溶乙醇785〖〗07893易溶乙酸乙酯77090微溶③混合乙酸、乙醇(互溶),加热并收集馏出液。在馏出液中加约3倍体积水(期望乙酸乙酯浮于水面上。结果无任何分层现象,说明未生成乙酸乙酯,因加热时反应仍很慢)。

④另混合乙酸、乙醇后,再加入少量浓硫酸。加热并收集馏出液。馏出液有浓厚果香气味。

设问:馏出液中是否理应混有乙酸和乙醇?怎样证实?(馏出液使湿蓝色石蕊试纸变红。从乙醇沸点比乙酸低,推理可知必含乙醇)⑤把馏出液分为两等份。一份加入3倍体积水,分层后取乙酸乙酯用试纸检验仍显酸性,说明乙酸并未全部溶入水中。

另一份加入3倍体积Na2CO3溶液(应投影)有小气泡产生。所形成的乙酸乙酯层比前者厚。

设问:用Na2CO3溶液能除去残留的乙酸,能否除尽乙醇?怎样用实验方法证实?(可留作课下思考题)结合教学内容进行思路教材的前提是教师必须把握好两个方面:首先是钻研教材,切实掌握教材的知识体系并在此基础上深入挖掘实验内容的潜地智力因素;其次是研究学生的学习思路,把握学生的思维脉搏。在此基础上,教师才能选择一个清晰的、尽可能好的思维程序组织实验的教学,使学生学习科学知识的同时,提高认知能力。

充分利用实验实践证明,鲜明、生动的化学实验最能激发学生的认识兴趣和思维活动。因此,做好和用好化学实验是发挥学生思维能力的重要途径。

(1)对比实验

对比实验,不但能反映事物的共性,更能突出事物的个性特征。从学生的心理方面说,对比实验有助于发展他们的联想能力,有助于提高他们对知识的运用能力。例如,二氧化氮和溴蒸气都是比空气重、有刺激性、红棕色的气体,都能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝,这是他们的共性,但当我们把两种红棕色气体分别用水溶解时,则能显示出它们的个性特征了,一个是无色溶液,另一个是橙色溶液。再如,在卤素一章学过在有水存在条件下,氯气能漂白某些有色物质,学习硫的化合物时,二氧化硫能使品红褪色。当我们把分别被氯气和二氧化硫漂白的品红溶液再加热时,前者无变化,后者由无色恢复红色。这个实验,一方面反映了氯气和二氧化硫的共性——漂白,又显示了二者的漂白原理是不同的。

此外,像钠分别跟水、无水乙醇的反应等,都可以采用对比实验。

总之,对比实验中,对比参照物一定是以前曾学过的旧知识,这样,由已知到未知,由旧知识作衬托,不但对新知识的理解变得更顺利、更准确,而且反过来使旧知识也得到巩固,起到了新旧融汇贯通的作用,为知识的灵活运用创造了条件。

(2)验证假说的实验

运用假说是自然科学研究中一种广泛应用的方法,它是根据已知的科学原理和科学事实对未知自然现象及其规律性所做的一种假定性说明。在教学中,适当运用假说方法,可以激发学生科学思维的发展,还可使学生学习到获得知识的方法。例如,铁在潮湿情况下容易生锈,但在干燥情况下却难生锈,这是任何一名中学生都有的生活经验。如果引导学生从化学角度分析归纳可能有两种情况:①是铁跟水作用的结果;②是铁跟水、空气共同作用的结果。这两种情况,可以说就是两种假说。然后引导学生推理,如果第一种假说正确,那么铁在隔绝空气的条件下跟水接触就会生锈;如果第二种假说正确,那么铁就必须在既有空气又有水的条件下才会生锈。究竟哪种正确,只能由实验作出裁决。

引导学生设计实验。第一个实验:在试管里放入宽约1厘米的无锈铁片,加入沸水(除去溶解在水里的氧气)至完全浸没铁片,随即在水面上加一层煤油以使水与外部空气隔绝;第二个实验:在小玻璃水槽里加水至1/3容积。另取一支试管,加入约5毫升水,再向试管里放入宽约1厘米、长约10厘米的无锈铁片,然后把试管倒立在水槽里,调整水槽里的水量,使试管里外的水面处于同样高度。在第一个实验中,铁片没有生锈;第二个实验中,不但铁片生了锈且试管里的水面上升了近五分之一(事先准备好,课上看结果)。于是可以得出结论,水和空气(是其中的氧气)共同对铁的反应是铁生锈的原因。

(3)探索、应用性实验

教学实验,有的属验证性的,有的属探索性的。探索性实验有利于激发学生的学习兴趣和发展他们的思维能力,尤其是根据教学重点教师自行设计的探索、应用性实验。因为对于学生来说,这种实验完全排除了实验结论的已知性,可以模拟科学研究的过程。从而更能促进学生开动脑筋,发展思维能力。

例如,在高中无机化学总复习中可设置镁跟水反应的实验(投影演示或随堂学生实验):

①光亮的镁条放入滴有酚酞的蒸馏水中,自镁条表面出现极微弱的小气泡,片刻,镁条表面及其附近溶液呈淡红色,此时气泡几乎停止。表明在常温时,镁跟水有很微弱的反应生成Mg(OH)2。

②加入醋酸铵晶体,振荡使其溶解,镁条表面明显又连续产生小气泡。

引导:镁在水中,开始有极微量的小气泡,但片刻后就几乎停止,为什么?(类似块状碳酸钙跟稀硫酸的反应)加醋酸铵后,气泡明显又连续发生,应如何解释?对这个问题学生一般回答不出。此时,需要教师把学生的不知如何是好或停顿的思维引导到“什么因素能使附在镁条表面,难溶的Mg(OH)2随时被溶解”的轨道上来。根据离子反应总是朝着降低离子浓度的方向进行的原理,对于氢氧化镁的溶解、电离平衡:

Mg(OH)2Mg2++2OH-(难溶)当加入强酸溶液时,H+降低了[OH-]而使Mg(OH)2溶解;此实验中加入的醋酸铵溶解后呈中性,可能是什么原因也能使[OH-]降低?最后可得出NH+4跟OH-结合成NH3·H2O而使Mg(OH)2溶解。

再让学生预计:其他铵盐是否具有同样作用?

这个实验是使学生利用学过的概念、原理以解决新问题的实例。

要善于提出思考性问题思源于疑。思维经常是由解决问题开始的。没有发现问题,就无从思维。因此,在实验教学中,要通过引导学生发现现象或提出启发性问题给学生创设思维的情境,让学生经过思考、分析加深对知识的理解。提出的问题应该符合两个原则:首先必须是由已知到未知,就是说学生需具备有关知识基础,问题的难度又在学生认识的最近发展区;其次是提出的问题必须能切实激发学生的求知欲,即让学生感到教师提出的问题很有价值,想知道但自己又不知道,这样,学生才有思维兴趣,才会积极接受教师的引导和帮助。否则,就会“启而不发”。

总之,任何形式的实验教学,不仅是为了使学生获得感性材料、操作技能,更重要的是提高思维方法和思维能力,这才是实验教学的根本大计、百年大计。

运用化学实验激发学生思维

化学是一门以实验为基础的学科。化学实验具有多种教学功能,如:通过化学实验可以帮助学生形成化学概念,理解和巩固化学知识,提高分析和解决问题的能力,培养实事求是、严肃认真的科学态度和科学方法,等等。杭州市第十二中学施月琴老师研究认为,当前应特别重视它在培养学生思维能力中的突出作用,即应强调让学生通过动手、观察、思考,实现从现象到本质,从分析、综合到概括,让他们开拓思路,培养思维能力及创造能力,从而达到使学生进入主动、活泼、会学、乐学的学习境界。

借助化学实验,提出学习主题

常规教学往往是在讲解某一概念、性质时插入演示实验,解释实验现象,这样学生是被动地思考。若采用开门见山的演示实验,让学生记录实验现象,以实验提出问题,让学生分析实验现象、讨论、看书、得出结论等,这样学生的思维很活跃,不但能较快地解决有关问题,而且培养了他们分析问题的能力。

例在“铝及其化合物”一节中,讲述氢氧化铝是典型两性化合物时,首先用可溶性铝盐和氢氧化钠溶液进行两组演示实验:

①把AlCl3溶液慢慢滴加到NaOH溶液中;②把NaOH溶液慢慢滴加到AlCl3溶液中。

让学生仔细观察比较两组不同的变化,然后把①得到的Al(OH)3沉淀取出分别放入两支试管中,各加盐酸和氢氧化钠溶液,结果两试管中的Al(OH)3沉淀都消失了。此时教师对学生进行引导、启发和讨论,使学生得出Al(OH)3既能跟酸又能跟碱反应的两性概念。这样学生通过实验,积极主动开展思维活动,分析化学实验现象,获得了生动的感性认识,从而掌握了重要的化学知识。

借助化学实验,扩展学生思路

一个很简单的实验往往可以让学生观察到很多现象,提出许多问题,促使他们联想、对比。

一堂课的演示实验不可能面面俱到,即使在大部分时间都用于演示,其效果也是不佳的,甚至还会起负作用。在启发学生思考的同时,对实验进行合理安排,合并同类实验,并尽可能做到精讲多练,用一个实验进行分析、综合,让学生从思考中得出结论,从而扩展了思维范围。

例如在复习“喷泉实验”时,学生已经知道NH3和HCl气体与水的喷泉实验的装置、实验现象及反应原理,此时教师进一步提出:在同一实验装置中,把液体换成氢氧化钠,气体换成二氧化硫,同样进行实验,能否产生“喷泉”?因为没有做过这一实验,学生们的意见产生分歧,教师乘机引导学生进行讨论,让他们分别阐述各自的理由。然后教师演示这一实验,学生们看到了二氧化硫被氢氧化钠吸收产生的喷泉。在此基础上教师引导学生进行总结,得到喷泉实验的实质(在一定条件下气体被某种液体的大量吸收)、各种喷泉实验的化学原理,从而大大扩展了学生的思路。

借助化学实验,进行章节复习

多年实践表明,在化学教学中,以实验为主线,同时与化学知识有机地联系进行复习,可以充分调动学生的学习主动性,积极开展思维活动,并可取得事半功倍的效果。实验本身对学生有极大地吸引力,在复习课中以实验为主线,通过实验(动手做、动眼看、动耳听、动鼻闻、动口说)使学生学过的化学知识得以重视,经现象观察、推理概括、综合归纳、分析比较,可以使学生形成知识网络,掌握知识的内在联系和基本规律,从感性认识上升到理性认识。

例如:在初中化学的单质、氧化物、酸、碱、盐相互关系的复习时,笔者进行了这样的教学尝试,在黑板上写出下列一系列变化:

(1)Na→Na2O→NaOH→NaCl(2)C→CO2→H2CO3→CaCO3提出以下问题,让学生在讨论基础上回答。要完成这两组实验:

①分别需要哪些仪器、试剂?实验装置如何?②应进行哪些操作?会看到什么实验现象?说明什么问题?③这些反应有何基本规律?

在此基础上进一步追问:现要制取硫酸锌这种盐,有多少种可能的制取方法?需要哪些试剂?

从而明确了根据制取物类别找分子组成及根据无机物相互反应的基本规律找出反应的条件,使学生从宏观的零散的化学知识找出微观的内在的知识规律。通过这一系列练习,可达到:

①会判断反应能否发生;②会完成反应的化学方程式;③会寻找制取物质的途径;④会区别物质;⑤会分离物质。

借助化学实验,进行探索教学

实验探索教学,就是教师在教学时,不给予学生现成的结论与原理,而是根据教学的目的、要求和学生的认识规律,设计控制方案,积极引导学生按一定的思路,通过观察、实验、阅读、讨论、练习等多种活动,控制化学知识,发展各种能力,从而完成教学任务。其特点是从认识规律和化学学科的特点出发,使学生为主体与教师为主导,思维训练与获取知识有机地结合,通过引导、探索、训练三结合的形式,使学生生动、活泼、主动地进行学习。

中学化学实验绝大多数为验证性实验,对于中学生来说,用实验去验证物质的性质及化学原理,是很有必要的。但是如果把某些验证实验在教学方法上作一些改进,渗入探索性内涵,这样就能使学生个个成为实验的操作者,学生边实验边思维,把实验过程和思维过程结合起来,而不再依赖教师的讲课、观望教师做实验。教师又采用学生动手实验、观察现象、不断设疑、再次实验、总结规律等灵活多样的教学方法使课堂形式多样化。

在具体教学过程中,教师要在实验基础上精心设计一系列难易适度、富有启发性的问题,引导学生的定向思维,并让学生运用刚学到的知识解决实验问题,使之得到巩固、提高,并得到扩展。

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