高中化学新教材演示实验的创新与优化探索

文章编号:1005-6629(2009)07-0009-04中图分类号:G633.8文献标识码:C

《化学课程标准》对中学化学课堂演示实验提出了新的要求。如何充分发挥演示实验在化学教学中的作用是一个值得探讨的问题。上海新教材化学课本中的实验类型有多种形式,其中演示实验有85个,学生实验9个,选做实验21个,家庭小实验实验16个,演示实验占据的比例很大。 因此优化演示实验教学,提高实验数学效果,这对中学的化学教学具有重要的现实意义。

演示实验是最直观、最有效的教学手段之一,做好演示实验是化学课堂教学成功的关键。演示实验创新与优化的作用主要体现在以下几点:

1为学生提供了真实、鲜明、生动的感性材料

演示实验有助干学生将具体现象抽象思维结合起来,运用“去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里” 的分析办法,通过实验现象,来认识微观世界的本质,加深对化学慨念、原理的理解,从感性认识上升到理性认识。另外,教师有条不紊、从容不迫的演示,规范准确、落落大方的操作,有声有色、循循善诱的引导,对学生都具有潜移默化的作用,不仅能使学生逐渐形成正确的操作技能和方法,而且有利于学生形成严谨的科学态度和良好的心理品质。

案例1:有机化学连续氧化实验的创新设计

1.1问题的提出

高三的教学中我们发现一些有机信息题涉及从醇到醛再进一步到酸的连续氧化内容,或者是用强氧化剂把醇一步氧化为酸。在学有机化学时许多同学往往忽视了反应的条件,解题时思维在这些地方受阻。因此我们结合高三教材设计了以连续反应的实验装置。

1.2 实验用品

分析纯无水乙醇,氧化铜粉末,2 %的硝酸银溶液、2 %的氨水、10 %的氢氧化钠溶液,脱脂棉,20×200 mm具支试管1支,20×200 mm试管,试管,三通,酒精灯,铁架台,铁夹。

1.3 实验装置

1.4 实验操作步骤及现象

(1)检查装置的气密性

(2)将5 mL乙醇滴加到脱脂棉中并塞入左侧大试管底部,继续在左侧大试管中部装入一定量的氧化铜粉末。右侧具支试管中装入氧化铜粉末。左侧下方小试管中加入新配制的银氨溶液2 mL,右侧下方小试管中加入滴有酚酞的氢氧化钠溶液2 mL。

(3)打开通往左下方银氨溶液小试管的铁夹同时关闭通往具支试管的铁夹,然后点燃大试管处的酒精灯先加热脱脂棉使其吸收的乙醇气化并使乙醇蒸汽充满整个装置,再把乙醇灯移至氧化铜粉末处加热。此时由于乙醇蒸汽与氧化铜发生氧化还原反应,可以观察到氧化铜粉末由黑色变成暗红色,在左下方装有银氨溶液的小试管由于出来的乙醛蒸汽温度较高所以不需要用水浴加热即可观察到银镜现象。

(4)打开通往具支试管的铁夹同时关闭通往左下方银氨溶液小试管的铁夹,点燃右侧的酒精灯,直到右下方滴有酚酞的氢氧化钠溶液的小试管中溶液由红变为澄清。

(5)先移去右下方装有氢氧化钠的小试管再熄灭酒精灯。这时可以看到左右两侧大试管中的黑色氧化铜粉末都已有一部分变成暗红色。

1.5 实验创新特点

(1)该实验装置为全封闭装置,药品用量少,基本消除了环境污染。

(2)由分步的反应改为连续的反应,同时深化了学生对有机化学中氧化还原反应原理的理解,提升学生思维的灵活性。

(3)实验装置简单,操作方便,现象明显,安全可靠,整个实验可以引导学生边实验边思考。

在高三课堂复习中使用该装置对同学们进行了演示实验,并结合有关题型进行讲解后,我们对这个知识点的考查结果进行了得分率统计,发现学生在处理连续氧化这部分知识点时全班的准确率可以达到95 %以上。

通过以上案例说明,演示实验在帮助学生认识物质的外表特征,物质变化的条件、现象和规律,具有重要的作用。采用先演示分析,后得出结论的方式,有利于为形成抽象的概念提供感性知识,符合由感性到理性的认识过程。我想这就是在高三进行演示实验的优化与创新的魅力所在。

2应用演示实验培养学生的化学思维及逻辑思维能力,增强节约意识、环保意识

演示实验在中学化学教学中,能起“百闻不如一见”的作用,是课堂教学的重要组成部分之一。在中学化学教学中,演示实验不仅仅限于导人新知识时运用,而应当遍及各个教学环节中。在分析、解答较复杂的计算题、推断题时,如果借用演示实验,把题目中的已知条件转变成一个个直观的实验步骤和实验现象。这样,可以帮助学生理清思路,减少解题时间,提高答题正确率。而在课堂教学中,利用演示实验向学生提问,则可以训练学生的观察、分析、判断、推理等能力。

案例2:浓硫酸的脱水性和氧化性及反应产物的检验实验

2.1 问题的提出

浓硫酸的脱水性和氧化性是高中化学的验证型演示实验,一般该反应在烧杯中进行。由于烧杯体积较大,为了使实验有良好的效果,教师往往会采用多一点蔗糖好让“黑森林蛋糕”更明显。但是反应产生的二氧化硫有害气体却直接排放到了教室中。

2.2实验用品

所用仪器:具支试管、单孔胶塞、分液漏斗(盛放2 mL浓硫酸)、导管、试管、有浓氢氧化钠的棉团等。

试剂:5 g左右的蔗糖,浓硫酸

2.3 实验装置

2.4 实验操作步骤及现象

(1)检查装置的气密性

(2)分别将5 g蔗糖放入左侧具支试管中,在整套装置中间的小试管中加入3 mL浓度较稀的品红溶液,最后在右侧小试管底部装入滴有浓氢氧化钠溶液的棉花球。

(3)打开分液漏斗活塞,通过分液漏斗向大试管中滴加5～8滴水。

(4)再继续向分液漏斗中滴加2滴管浓硫酸后立即关闭活塞。

(5)先打开通往品红溶液的铁夹,关闭通往装入滴有浓氢氧化钠溶液的棉花球的小试管的铁夹。将反应所产生的气体先通入品红溶液,待品红溶液褪色后将通往品红溶液的铁夹关闭,然后打开通往装有棉花球小试管的铁夹。该反应所产生的有害气体可以在装有浓氢氧化钠的棉团中被吸收。

2.5 实验创新特点

(1)试剂用量少, 节约药品,现象也很明显。

(2)既能够证明浓硫酸的脱水性,也能证明浓硫酸的强氧化性。

(3)开放型实验变成了封闭型实验,对环境污染小。反应体系在该装置中始终处于封闭状态。用滴有浓氢氧化钠溶液的棉球吸收多余的二氧化硫气体,可防止倒吸现象,安全且操作方便。

(4)通过演示实验改进后对尾气处理装置的科学设计,达到了增强学生环保意识的目的。从节约、环保和安全的角度设计化学实验,不仅能够减小对环境的污染,减少浪费和降低成本,而且能够加强学生的社会责任感。

另外,在课堂教学中,利用该演示实验向学生提问,还可以训练学生的观察、分析、判断、推理等能力。如先让学生预习该实验内容,提出下列几个思考题:①黑色物质是什么?②品红溶液为什么会褪色?③反应过程中体现了浓硫酸的那些性质? ④反应的化学方程式如何书写?如何从现象判断产物?

其中,前两小题学生预习后就有答案,但后两个小题就有些困难了。将学生的思维引入之后,开始演示浓硫酸与蔗糖反应的实验。当反应完成后,请学生回答以上问题。然后,教师归纳总结浓硫酸的三大特性即吸水性、脱水性和强氧化性。在该实验中,让学生先预习,并给出思考题,可以让学生清楚在后面的实验中该注意些什么,就将学生的注意力集中到实验桌上来了。另外,使学生在观察现象的同时进行思考,培养学生观察、分析、判断、推理、归纳等能力,从演示实验中学到本节课所讲的知识,并且在观察现象的过程中巩固氧化还原的知识,从而达到一石二鸟的目的。

3 有利于学生形成持续的学习兴趣

精心设计的演示实验在增强化学知识的真实性与可信性的同时,其玲珑剔透、形状各异的玻璃仪器,美观大方,井然有序的仪器装置,五彩缤纷、形形的化学物质,千变万化、目不暇接的实验现象,充分展示出化学实验过程中静动交错、自然和谐的美。它能让学生以轻松愉快的心情来认识多姿多彩、与人类息息相关的化学世界,增强学生对化学的好奇心和探究欲望,形成持续的学习兴趣。而兴趣是一种特殊的意识倾向,是求知欲的源泉,是思维的动力,是树立信心的保证。

进入高二,在学生学习有机化学时,刚刚接触酯化反应的情况下,对乙酸和乙醇性质的了解不如对硫酸的性质熟悉,头脑中还没有建立中和反应和酯化反应概念的区别,且从未见过乙酸乙酯。所以,学生的注意力主要是在乙酸和乙醇,特别是它们反应生成的乙酸乙酯究竞是一种什么样的物质上,而对硫酸却有视而不见的感觉。这样,日后只记住了乙酸和乙醇能发生酯化反应,生成的乙酸乙酯是具有水果香味的无色液体,而对乙酸和乙醇在什么条件下才能发生酯化反应却没有深刻的印象,对饱和碳酸钠溶液的作用理解也不够全面。在高三进一步学习化学的过程中,学生常会对一些信息题中所给的信息熟视无睹。我们在演示实验是采用了对比法及显色法,突出了酯化反应的特点,取得了良好的教学效果。

案例3:乙酸乙酯制取实验的改进

3.1 问题的提出

教材中的酯化反应是验证乙酸性质的实验,它只注重化学性质的验证功能,不利于开发学生的发散思维和创新思维的培养。同时,由于反应物用量少,产物乙酸乙酯是无色液体,实验现象的可见度低,难以达到理想的演示实验效果。

3.2 实验改进思路

欲提高实验的可见度,使实验具有较强的启发性,对实验进行如下的改进:其他装置和试剂不变,只是在饱和的碳酸钠溶液中滴加酚酞试剂,将吸收液制成红色溶液,当红色的饱和碳酸钠溶液吸收了乙酸乙酯后,振荡后红色会立即褪去。

为提高演示实验的思辨性作了如下改进:使用课本上的原装置,做两次演示实验加以对比。第一次只把乙酸和乙醇混合加热,第二次把乙酸、乙醇、浓硫酸混合加热。这样做的目的是把学生注意力引入到酯化反应的发生条件和对比加浓硫酸和不加浓硫酸对乙酸乙酯的生成有什么影响上面。结果在第二次实验中,饱和碳酸钠溶液的液面上漂浮了一厚层无色透明的液体(乙酸乙酯);而第一次实验中,饱和碳酸钠溶液的液面上却没有太大变化。无需多讲,学生就知道了制取乙酸乙酯时加入浓硫酸是必须的。但学生又可能会产生误解,认为加浓硫酸才能发生反应,而不加浓硫酸是不会发生反应的。为此,可进一步提出问题:“第一次实验中,是否在加热的情况下乙酸和乙醇也不会发生酯化反应呢?”回答:“乙酸和乙醇在不加入浓硫酸的情况下也能发生酯化反应,但即便在加热的情况下反应速度仍极慢,所以第一次实验未见到有明显的乙酸乙酯生成;而第二次实验用浓硫酸作催化剂,酯化反应速度加快了,能收集到较多的乙酸乙酯。”通过改进演示实验使学生对酯化反应的概念掌握得更准确、更完善了。

3.3 实验改进的意义

实验改进之后,一方面使产物的分层现象明显,提高了实验的可见度,另一个方面培养了学生的发散思维能力。关于酚酞红色褪色的原因,在教学中可以作为一个开放性问题交给学生,让学生通过思考对碳酸钠溶液褪色可能的原因进行分析和讨论。课堂实况是这样的,褪色的问题引起了学生的极大的兴趣,他们推测出了以下五种可能原因:

(1)蒸出的乙酸大多完全中和了碳酸钠;

(2)生成的乙酸乙酯萃取了酚酞;

(3)酚酞和乙酸乙酯发生反应生成了无色的物质;

(4)酚酞和乙酸发生了反应;

(5)酚酞和乙醇发生了反应。

对此,课上教师引导学生思考上述五种推测,并提供乙酸、乙酸乙酯、乙酸、酚酞试剂,由同学分组完成以上推测的验证,从中得出结论。这样大大地调动了学生学习的主动性,活跃了课堂气氛,训练了学生的发散思维能力。

3.4实验用品

冰醋酸、浓硫酸、无水乙醇、饱和的碳酸钠溶液、酚酞试液、碎瓷片、量筒、酒精灯、试管、单孔橡皮塞、玻璃弯导管、试管夹、铁架台。

3.5乙酸乙酯制取的实验装置

3.6实验步骤

(1)在试管中加入3 mL乙醇,然后慢慢加入2 mL的浓硫酸和2 mL的冰醋酸,再加入几粒碎瓷片。

(2)在另一支试管中注入饱和的碳酸钠溶液,滴入几滴酚酞,振荡。

(3)按图3连接好实验装置。

(4)用酒精灯加热试管4～5分钟,使产生的蒸汽经导管通到饱和的碳酸钠溶液的液面上,看到有较多的无色油状液体生成后,停止加热。

(5)振荡试管几次,观察饱和碳酸钠溶液颜色变化。

通过上述案例说明,演示实验在帮助学生认识物质的外表特征,物质变化的条件、现象和规律,具有重要的作用。而且先演示分析,后得出结论的方式,有利于为形成抽象的概念提供感性知识,符合由感性到理性的认识过程。

化学课堂教学中,演示实验占有举足轻重的地位。通过对演示实验各种现象的观察、分析,帮助学生形成化学概念,培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力,对调动学生学习积极性和激励学生热爱化学起到良好的促进作用。因此,设计和改进实验,让学生与趣味化、生活化、微型化、绿色化的实验为伴是教师的责任。在实践中我们发现,化学实验的改进与创新是一项非常有趣的工作,每一个化学实验都有很大的思考空间。你可以把装置复杂的大实验改成简易的实验;可以把用量多的实验改成用量少的实验;可以把有污染的实验改成几乎零排放的实验等等。其中最重要的就是要抓住实验中存在的问题与疑惑,发现问题就是创新的开始,只要我们不断思考如何解决问题,就会有所提高,有所改进。

参考文献:

[1]孙旭,黄新阶.中学化学实验绿色化的实践与研究[J].中学化学教学参考,2006,(1～2):23～25.

[2]李安峰,卢巍.论化学教学中的实验创新研究[J].中学化学教与学,2003,(9):39～40.