上海市～松江二中～徐建春～化學(xué)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的功能與教學(xué)設(shè)計(jì).docVIP

化學(xué)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的功能與教學(xué)設(shè)計(jì)徐建春上海市松江二中 201600摘要 在化學(xué)教學(xué)中，注重創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的開發(fā)和教學(xué)設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的功能，旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、幫助學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法和提升學(xué)生的思維品質(zhì)。關(guān)鍵詞 化學(xué)教學(xué)；創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)上海市新課程改革提出“重視培養(yǎng)學(xué)生樂于動(dòng)手、勤于實(shí)踐、勇于創(chuàng)新的意識(shí)、習(xí)慣和能力”1 上海市教育委員會(huì).上海市中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（試行稿）M.上海:上海教育出版社,2004:2.，而中學(xué)化學(xué)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)是指對(duì)現(xiàn)行實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)和優(yōu)化，或是根據(jù)教學(xué)目標(biāo)有目的地進(jìn)行自行設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)。而目前的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)主要體現(xiàn)在研究者對(duì)實(shí)驗(yàn)本身的創(chuàng)新，如實(shí)驗(yàn)的條件、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)輔助手段等，而在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施方面的創(chuàng)新，則較少2 王祖浩,王程杰.中學(xué)化學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)M.廣西: 廣西教育出版社.2007:1516.。在近幾年的化學(xué)教學(xué)中，筆者堅(jiān)持對(duì)各種創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)進(jìn)行開發(fā)，將展現(xiàn)化學(xué)美、呈現(xiàn)化學(xué)真、突顯化學(xué)奇的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，并充分整合于教學(xué)中。旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、幫助學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法和提升學(xué)生的思維品質(zhì)。1以展現(xiàn)化學(xué)美的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣化學(xué)的生動(dòng)有趣與引人入勝之處在于，化學(xué)現(xiàn)象的復(fù)雜多變，而又如此的貼近生活，具有很強(qiáng)烈的實(shí)在感；化學(xué)通過實(shí)驗(yàn)和圖形潛移默化地、巧妙地繞過了存在于微觀和宏觀世界之間認(rèn)識(shí)上的鴻溝，使得物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化成為可以用簡(jiǎn)明扼要的、有嚴(yán)格語(yǔ)法規(guī)則的化學(xué)語(yǔ)言來描述的、具體而且富有想象力的符號(hào)組合；通過從已知到未知的聯(lián)想，物質(zhì)的基本性質(zhì)和反應(yīng)的主要特點(diǎn)，可以或多或少地做到“盡收眼底”。化學(xué)實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出的物質(zhì)世界的神奇變化與鮮明直觀的化學(xué)現(xiàn)象，是學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣的主要源泉。在教學(xué)中，借助一些展示化學(xué)物質(zhì)美、儀器美、現(xiàn)象美的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，引起強(qiáng)烈的視覺效果，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。如在能量變化的教學(xué)中，為引導(dǎo)學(xué)生了解和體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和求知欲，筆者在教學(xué)中設(shè)計(jì)和穿插運(yùn)用了一系列創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行教學(xué)?！景咐?】 化學(xué)變化中的能量變化創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)應(yīng)用演示實(shí)驗(yàn) KClO3 受熱剛開始熔化時(shí)沒有氧氣放出；將帶火星的木條與熔融的KClO3接觸，木條在熔融的KClO3中劇烈地燃燒起來，且發(fā)白光、發(fā)熱。該實(shí)驗(yàn)旨在表現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能、光能等能量。繼而打開電子音樂卡片，該旨在表現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能。學(xué)生實(shí)驗(yàn) 在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，探究得出“鎂與鹽酸反應(yīng)要放出熱量，溶液的溫度升高?！毖菔緦?shí)驗(yàn) Ba(OH)28H2O 與NH4Cl的反應(yīng)要吸熱，使木片上的水凝結(jié)成冰。由此，學(xué)生進(jìn)一步明確化學(xué)反應(yīng)伴有能量的變化，常常表現(xiàn)為熱量的放出或吸收。聯(lián)系能量守恒定律，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出反應(yīng)物的總能量和生成物的總能量不相同是化學(xué)反應(yīng)是吸熱還是放熱的原因所在。又如為了使學(xué)生理解燃料充分燃燒的重要性，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)1 在一支點(diǎn)燃的蠟燭上，蓋一個(gè)干凈的白色瓷坩堝。（黑色的煙，說明沒有充分燃燒，造成燃料的浪費(fèi)和空氣的污染。）此時(shí)提出充分燃燒的措施。創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)2 用針筒鼓入少量的氧氣，火焰變明亮。（說明燃燒過程中要有足量的空氣。）用針筒鼓入大量空氣，火焰容易熄滅。（說明空氣也不是越多越好。） 創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)3 用一個(gè)裝有酒精的噴霧器，噴酒于精酒精燈上，火焰非常大。（說明增大接觸面積，可充分燃燒。）化學(xué)變化中的能量變化的學(xué)習(xí)，是學(xué)生對(duì)燃燒、能量的再認(rèn)識(shí)。充分利用創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀地感受到化學(xué)變化中的美妙現(xiàn)象，有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和興趣。又如，在硫的教學(xué)引入環(huán)節(jié)中，點(diǎn)燃黑火藥，火星四射（像放煙花），非常美。在教學(xué)中，經(jīng)常展現(xiàn)一些能體現(xiàn)化學(xué)美的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)欣賞化學(xué)美，就會(huì)消除對(duì)化學(xué)的誤解，自發(fā)的產(chǎn)生“為什么”的強(qiáng)烈求知欲，從而產(chǎn)生探索化學(xué)的濃厚興趣。但是，如果學(xué)生對(duì)具體的化學(xué)物質(zhì)并無了解，又不進(jìn)行實(shí)地觀察或進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，就會(huì)成為一種也許只對(duì)考試有用的符號(hào)游戲，失去了對(duì)化學(xué)體系的實(shí)體感，也就體會(huì)不到學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。如果觀察和實(shí)驗(yàn)只局限于驗(yàn)證教材上對(duì)某個(gè)問題所做的解釋或理論，而忽視了對(duì)化學(xué)體系的全面觀察和分析，給學(xué)生的印象也許最多像一次有趣的魔術(shù)表演罷了?；瘜W(xué)魔術(shù)和自然界的化學(xué)現(xiàn)象一樣，如果只停留在對(duì)表面現(xiàn)象做一般性的觀察的階段，還不能認(rèn)為是在學(xué)習(xí)化學(xué)（指化學(xué)學(xué)科），更不能成為學(xué)習(xí)化學(xué)的一種方法，至少是一種效率很低的方法。因?yàn)閷W(xué)生也許會(huì)萌生新奇感，但無法啟動(dòng)學(xué)生的探究欲和創(chuàng)新欲。2以呈現(xiàn)化學(xué)真的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生掌握科學(xué)的研究方法實(shí)驗(yàn)是科學(xué)研究過程的一個(gè)縮影，是科學(xué)方法得以應(yīng)用的一種體現(xiàn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中滲透科學(xué)方法是科學(xué)教育的一種重要途徑。一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)過程，包含提出問題、設(shè)計(jì)和完善實(shí)驗(yàn)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析和理論解釋。實(shí)驗(yàn)起始于問題，以確定實(shí)驗(yàn)的方向和目標(biāo)；接著選擇實(shí)驗(yàn)方法，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，按設(shè)計(jì)程序進(jìn)行操作與觀察；然后對(duì)實(shí)驗(yàn)所得資料和數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并進(jìn)行理論上的解釋和概括，使實(shí)驗(yàn)上升到理論的高度。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程是有序的、符合規(guī)律的，是一種科學(xué)認(rèn)識(shí)的過程，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法。而創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的開發(fā)本身就是科學(xué)研究的過程，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)科學(xué)方法的應(yīng)用，這有利于他們理解科學(xué)研究的本質(zhì)。在目前的教學(xué)中，對(duì)于課堂很難演示的實(shí)驗(yàn)，老師往往借助媒體播放錄像或者是多媒體動(dòng)畫演示，有的甚至忽略。事實(shí)上，研究者對(duì)一些課堂上較難進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了開發(fā)，研究出了極具創(chuàng)意的實(shí)驗(yàn)。筆者認(rèn)為在教學(xué)中，借助創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，關(guān)注實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的引導(dǎo)，從而幫助學(xué)生初步掌握科學(xué)的研究方法。如在元素周期律教學(xué)中，以往的實(shí)驗(yàn)只能說明鉀與水的反應(yīng)更劇烈些且具有一定的危險(xiǎn)性，并沒有證明有氫氣產(chǎn)生。而目前有關(guān)于鉀與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)較具有創(chuàng)意，在教學(xué)中可以成為引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置的素材。【案例2】 鉀與水反應(yīng)的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的教學(xué)片斷問題：鉀與水的反應(yīng)要比鈉與水的反應(yīng)更劇烈，會(huì)爆炸，有危險(xiǎn)性。如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，讓金屬鉀與水較安全的反應(yīng)且證實(shí)生成的氣體為氫氣？提示：金屬保存在煤油中，鉀的密度是0.86g/cm3，介于水和煤油之間。圖1鉀與水反應(yīng)裝置思路：可以借用煤油。當(dāng)鉀與水反應(yīng)產(chǎn)生氣體時(shí)，把鉀推進(jìn)煤油中，當(dāng)氣體釋放完后，鉀又回到鄰接面繼續(xù)反應(yīng)，從而降低了實(shí)驗(yàn)的危險(xiǎn)性。因此只要把鉀置于有煤油的水中即可。而如何證實(shí)產(chǎn)生的氣體是氫氣呢？則需要收集該氣體，用爆鳴的方法驗(yàn)證。因此，不要置于開口很大的容器中，否則不易收集。故需要在類似試管口大小的裝置中，如U形管或J形管中。結(jié)論：裝置設(shè)計(jì)如上圖1。 通過對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路的引導(dǎo)，讓學(xué)生討論、思考并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，再對(duì)多種方案進(jìn)行優(yōu)化，初步體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，逐步掌握科學(xué)的研究方法。又如在原電池的教學(xué)中，教材中安排的演示實(shí)驗(yàn)不能讓學(xué)生直觀的感知鋅片的溶解。針對(duì)這一難以觀察到的現(xiàn)象，筆者在教學(xué)環(huán)節(jié)中引入了一個(gè)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)?！景咐?】 銅鋅原電池創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的教學(xué)片斷教師：如何證明鋅片溶解了？學(xué)生：鋅片前后質(zhì)量有無變化。教師：有無直接的方法，一眼就能看出來？學(xué)生：直接觀察到一小塊鋅沒有了。教師：要使這一小塊鋅在短時(shí)間溶解掉，有什么要求？學(xué)生：薄一點(diǎn)，小一點(diǎn)。師述：我們可以把鋅片的下端剪成底邊和高都約為0.5cm的三角形，并用銼刀將該三角形尖端銼薄?，F(xiàn)象：鋅片（用硝酸汞溶液處理后的鋅片）上無氣泡產(chǎn)生而銅片上有氣泡。35分鐘后，鋅片尖端完全溶解。上述實(shí)驗(yàn)中一個(gè)小小的環(huán)節(jié)的改進(jìn)，極富創(chuàng)意！讓學(xué)生親眼看到了鋅溶解了，深刻理解了鋅失去電子的原理。引入一些創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，不僅可以讓學(xué)生感知到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，理解化學(xué)知識(shí)。重要的是，將創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的成果進(jìn)行適當(dāng)分解，引導(dǎo)學(xué)生思考和探討問題，體驗(yàn)創(chuàng)新的過程，逐步掌握科學(xué)的研究方法。當(dāng)然，在化學(xué)教學(xué)中，如何幫助學(xué)生掌握科學(xué)方法，首先不應(yīng)當(dāng)理解為化學(xué)課程中的所有內(nèi)容，至少是主要內(nèi)容，都應(yīng)當(dāng)由學(xué)生親手通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)做一遍。也不是一定要求與研究人員通過研究工作來認(rèn)識(shí)客觀事物的途徑和方法完全相同。而是在教學(xué)中通過教師的組織和引導(dǎo)，學(xué)生可以在有限的時(shí)間內(nèi)，受到科學(xué)家們從人類幾千年的文化中精心挑選和精心組織過的文化遺產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的教育與熏陶，提高學(xué)生們對(duì)客觀事物的認(rèn)識(shí)水平。3以突顯化學(xué)奇的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，提升學(xué)生的思維品質(zhì)實(shí)驗(yàn)是一個(gè)培養(yǎng)學(xué)生技能和智能的過程。通過對(duì)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的參與，學(xué)生的主動(dòng)性和能動(dòng)作用得到發(fā)揮，在接觸創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)和開發(fā)創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的過程中，學(xué)生體會(huì)到了創(chuàng)新所帶來的新鮮感，激起了極大的好奇心，求知欲也隨之增強(qiáng)。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)類型的多樣化和表現(xiàn)形式的活潑性，也大大激起了學(xué)生的創(chuàng)新熱情，提升了學(xué)生的思維品質(zhì)。思維品質(zhì)是在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中逐步養(yǎng)成和發(fā)展的，它反映了思維結(jié)果的質(zhì)量，體現(xiàn)了個(gè)體思維水平的高低，是衡量個(gè)體化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維發(fā)展水平的主要指標(biāo)，主要包括化學(xué)實(shí)驗(yàn)思維的深刻性、靈活性、批判性、獨(dú)創(chuàng)性3 林崇德.學(xué)習(xí)與發(fā)展中小學(xué)生心理能力發(fā)展與培養(yǎng)M.北京:北京師范大學(xué)出版社:1999.147148.。利用創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，設(shè)置認(rèn)知沖突，更容易使學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)情境。通過對(duì)問題的思考、討論和分析，利用已有的知識(shí)解決問題。在此過程中，學(xué)生掌握了知識(shí)，其思維品質(zhì)也得到了進(jìn)一步的提升。如在鹽溶液的酸堿性的教學(xué)中，筆者設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行教學(xué)。【案例4】 鹽溶液的酸堿性創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與教學(xué)片斷創(chuàng)意實(shí)驗(yàn) 取三支潔凈的試管，都加入鎂粉和水，觀察現(xiàn)象。在試管1中加入少量濃鹽酸，在試管2中加入少量固體AlCl3試管3作對(duì)比。（此時(shí)，可觀察到試管1、2內(nèi)均產(chǎn)生大量氣泡）。教師：針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，你有什么困惑的地方嗎？學(xué)生認(rèn)知沖突：為什么鎂粉和水在AlCl3的存在下，迅速反應(yīng)生成氫氣？純水呈中性，純水中加酸，呈酸性，加入AlCl3怎么也會(huì)呈酸性呢？水中的氫離子濃度增大的原因是什么？ 筆者將AlCl3代替了教學(xué)中通常使用的FeCl3或銨鹽，因?yàn)镕eCl3容易水解，試管中溶液顏色較深，影響氣泡的觀察；而形成氫氣的氫離子是由水提供，若使用含有氫元素的銨鹽（NH4+）則會(huì)產(chǎn)生干擾，故選擇AlCl3。又如在學(xué)習(xí)了鋁的性質(zhì)后，為深化鋁及原電池的有關(guān)知識(shí)，在教學(xué)中可以運(yùn)用如下創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)?！景咐?】 鋁與原電池的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與教學(xué)片斷問題1：由鎂、鋁與稀硫酸所構(gòu)成的原電池，請(qǐng)判斷此裝置的正、負(fù)極？（旨在活化“活潑的金屬做負(fù)極，不活潑的金屬做正極”的知識(shí)。）問題2：若用較濃的氫氧化鈉溶液代替將上述原電池中的稀硫酸，請(qǐng)判斷此裝置的正、負(fù)極？（旨在引起“鎂比鋁活潑，但鎂作正極“的認(rèn)知沖突）問題3：常溫下，Cu-Al作為電極插到濃硝酸中，正、負(fù)極又如何判斷呢？在由問題2所得結(jié)論的基礎(chǔ)上，筆者又提出問題3，旨在深化電極與電解質(zhì)溶液的關(guān)系，為拓展其它電池做鋪墊。又如在高三復(fù)習(xí)鈉、鎂、鋁單質(zhì)及其化合物性質(zhì)時(shí)，筆者設(shè)計(jì)了“鈉與75%的乙醇的水溶液和95%的乙醇水溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)”，結(jié)果反應(yīng)速率反而是與95%的乙醇水溶液慢。這與學(xué)生學(xué)過的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響規(guī)律矛盾，認(rèn)知沖突由此產(chǎn)生。通過這種體現(xiàn)化學(xué)奇的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，充分暴露學(xué)生頭腦中糾纏的新、舊化學(xué)知識(shí)，通過對(duì)問題的分析和理解，運(yùn)用科學(xué)的研究方法，既理順了交織的知識(shí)，又提高了思維能力。在化學(xué)教學(xué)中，利用創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)，更要注重思維的靈活性（表現(xiàn)為善于從不同角度、不同側(cè)面、不同思考方向，運(yùn)用不同的知識(shí)與方法思考和解決化學(xué)實(shí)驗(yàn)問題，并往往得到多樣化的思維結(jié)果）、批判性（表現(xiàn)為能發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的原理、操作、裝置、結(jié)果、結(jié)論，他人或自己的實(shí)驗(yàn)思維過程或方法，做出評(píng)價(jià)，理解錯(cuò)誤的原因，并能加以改正；對(duì)他人或自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案做出評(píng)價(jià)，并從多種方案中選出最好的方案）和創(chuàng)新性（表現(xiàn)為善于獨(dú)立地提出新的實(shí)驗(yàn)問題，善于用新的方法、手段、方案解決實(shí)驗(yàn)問題和善于總結(jié)適合自己或?qū)嶒?yàn)課題的思維方法）的滲透。在化學(xué)教學(xué)中實(shí)施創(chuàng)新教育，不僅是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的需要，也是科學(xué)的本質(zhì)要求。4 葉佩玉.創(chuàng)新教育對(duì)化學(xué)教師的挑戰(zhàn)和要求.教改實(shí)踐與探索,2004(第12期):345 /uploadfile