美國高中化學(xué)教材中的定量實(shí)驗(yàn)

1、美國高中化學(xué)教材CHEMISTRY: Concepts andApplication中的定量實(shí)驗(yàn)摘要  定量實(shí)驗(yàn)是學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)方法的重要途徑。介紹了美國高中化學(xué)教材化學(xué):概念和應(yīng)用(CHEMISTRY; Concepts and Application)中的定量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，以期為我國中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展拓展思路，提供借鑒。 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為化學(xué)教學(xué)中的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的主要陣地。化學(xué)實(shí)驗(yàn)一般分為定性實(shí)驗(yàn)和定量實(shí)驗(yàn)，定性實(shí)驗(yàn)主要解決的是“有和無”、“是與否”的問題1;定量實(shí)驗(yàn)是指為了深人了解物質(zhì)和自然現(xiàn)象的量的特征，揭示各因素之間的數(shù)量關(guān)系，確定某些因

2、素的數(shù)值等而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)。定量的學(xué)生實(shí)驗(yàn)以其特有的教學(xué)功能是一種要求較高的探索活動，是學(xué)生獲取知識、領(lǐng)悟科學(xué)思想、學(xué)習(xí)科學(xué)方法的重要途徑2，必將在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展中受到越來越多的重視。美國最大的教育書籍出版集團(tuán)McGraw-Hill的Glencoe公司2005年出版的美國高中化學(xué)教材化學(xué)：概念和應(yīng)用)(CHEMISTRY：Concepts and Application)的實(shí)驗(yàn)體系納人了大量的定量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，本文對該教材中的定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計特點(diǎn)做了初步研究。 1 “CHEMISTRY:Concepts and Application”教材簡介     “CHEMISTRY

3、:Concepts and Application”教材在整個知識體系上是以化學(xué)學(xué)科的邏輯順序編排，但在內(nèi)容選取上重視知識與生活、社會的聯(lián)系，全面滲透了STS思想；尤其是其實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選取編排，充分體現(xiàn)了以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為宗旨的新的化學(xué)教育目標(biāo)?！癈HEMISTRY: Concepts and Application”教材的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以4個欄目的形式出現(xiàn)，分別為導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、微型實(shí)驗(yàn)、家庭實(shí)驗(yàn)，定量實(shí)驗(yàn)在各個欄目中均有分布。 2 “CHEMISTRY:Concepts and Application”中的定量實(shí)驗(yàn) 2.1 導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)(Launch Lab)中的定量實(shí)驗(yàn)   

4、  該教材的導(dǎo)航實(shí)驗(yàn)安排在各個章節(jié)的開始部分，是學(xué)生在學(xué)習(xí)每一章新的概念的準(zhǔn)備活動，通過提出生活中常見的問題，啟發(fā)學(xué)生思考，自然地導(dǎo)人該章新知識點(diǎn)。這些實(shí)驗(yàn)的設(shè)計，使學(xué)生能夠從量的角度人手，考查實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而培養(yǎng)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)探究態(tài)度。比如“僅僅是氣體變熱了嗎”這一實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖茄芯俊皽囟茸兓窃鯓佑绊憵馇騼?nèi)氣體的變化的”，該實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生測量充滿氣體的氣球的周長，記為L；再把該氣球浸人盛有冰水混合物的桶內(nèi)約15 min，拿出氣球，再測量其周長，記為Lp；比較Lp和L的大小；分析當(dāng)溫度升高時，氣球內(nèi)氣體會發(fā)生怎樣的變化。這個實(shí)驗(yàn)設(shè)計，操作非常簡便，但是卻能讓學(xué)生參與測量，并根據(jù)有說服

5、力的數(shù)據(jù)來得出結(jié)論。這大有“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的理論聯(lián)系實(shí)際的科學(xué)精神。 2.2 微型實(shí)驗(yàn)(MiniLab )中的定量實(shí)驗(yàn)     該教材中的微型實(shí)驗(yàn)是學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主要方式之一，貫穿于教材的每個章節(jié)，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容富有生活趣味性。例如“分子速率”實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生在分子擴(kuò)散時間相同的條件下，通過測量分子擴(kuò)散距離的大小，來比較分子速率的大小。取一潔凈的直玻璃管，水平放置，在其左、右兩端分別標(biāo)記為A、B，再用兩棉球棒分別蘸取濃氨水和鹽酸，并同時把濃氨水和鹽酸分別滴加在玻璃管的A處和B處，讓學(xué)生注意觀察玻璃管內(nèi)生成的白色環(huán)煙狀的氯化銨，記下其在玻璃管內(nèi)的位置為O

6、，用直尺測量OA與OB的大小。因?yàn)榉磻?yīng)時間相同，比較OA與OB的大小即是鹽酸分子與濃氨水分子擴(kuò)散速率的大小。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計思想比較新穎，另辟蹊徑的介紹了分子速率的知識點(diǎn)，把抽象的理論具體呈現(xiàn)在學(xué)生面前，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)及實(shí)驗(yàn)的基本理論和方法分析解決問題的能力，這對于培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識是有益的。 2.3 實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)(ChemLab )中的定量實(shí)驗(yàn)     實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)是教材中課堂實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容，出現(xiàn)在每一個章節(jié)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中的定量實(shí)驗(yàn)所占比例最大，約為26.1%。在定量化的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象收集信息，處理數(shù)據(jù)，能夠更好地把握知識概念的準(zhǔn)確性。比如“金

7、屬的反應(yīng)生成量與價電子的關(guān)系”，該實(shí)驗(yàn)用相等物質(zhì)的量的金屬鎂和鋁分別與過量的鹽酸反應(yīng)。用量筒利用排水集氣法收集生成的氫氣，待金屬完全反應(yīng)后，讀取量筒內(nèi)氣體的體積數(shù)，比較哪種金屬生成的氣體體積多。通過這個實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生思考:已知2種金屬的價電子數(shù)，那么生成氫氣的體積數(shù)之比與相應(yīng)的金屬價電子之比有何關(guān)系?化學(xué)反應(yīng)中價電子與生成量的關(guān)系是個抽象的知識點(diǎn)，屬于對微觀領(lǐng)域的認(rèn)識，不是通過視覺觸覺能夠直觀理解的，通過“量”把幾個抽象的概念聯(lián)系起來，并且深人地分析它們之間的規(guī)律。另外，這個知識點(diǎn)也是設(shè)計習(xí)題的熱點(diǎn)，一旦掌握了這個規(guī)律，“授之以魚”遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如“授之以漁”，將給學(xué)生在解答習(xí)題時帶來莫大的幫助。 2.4

8、 家庭實(shí)驗(yàn)(Try At Home Labs)中的定量實(shí)驗(yàn)    教材為每一章都提供了相應(yīng)的家庭實(shí)驗(yàn)，其中定量實(shí)驗(yàn)所占的比例也較大，約為23.8%。這些實(shí)驗(yàn)充分利用學(xué)生身邊熟悉的生活場景，為學(xué)生提供了較為寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，把微觀領(lǐng)域內(nèi)抽象的化學(xué)概念置人熟悉的、具體的場景中學(xué)習(xí)。如“比較原子的大小”步驟如下：在白紙上點(diǎn)一個圓點(diǎn)，直徑約為0. 1 mm(作標(biāo)記A)，此圓點(diǎn)代表電子的大小;在以距離標(biāo)記A5 cm處為圓心，5 cm為半徑畫圓代表中子或質(zhì)子的大小;再以距離標(biāo)記A3.1m處為圓心，以3. 1 m為半徑畫圓代表最小原子He的大小;然后以距離標(biāo)記A24.8m處為圓心

9、，以24.8 m為半徑畫圓代表最大原子CS的大小。     分析和總結(jié):比較中子、質(zhì)子和原子的大小，推測哪種粒子占據(jù)了原子的大部分空間?該實(shí)驗(yàn)活動是讓學(xué)生親自動手把質(zhì)子、中子、電子和原子的大小形象地用實(shí)際距離來表示，幫助他們在頭腦中建立起原子模型，不僅激發(fā)了他們的活動興趣，還使他們對概念的理解從感性認(rèn)識上升到了理性認(rèn)識。 3 分析與比較     我們將“CHEMISTRY: Concepts and Application"教材與我國高中教材(人民教育出社出版，2004年版)做了比較分析，發(fā)現(xiàn)兩國教材中定量實(shí)驗(yàn)明顯區(qū)別有3點(diǎn)

10、。     首先，在實(shí)驗(yàn)數(shù)量上，我國高中教材中實(shí)驗(yàn)總數(shù)為122個，定量實(shí)驗(yàn)數(shù)目有7個，約占實(shí)驗(yàn)總數(shù)目的5.74%。"CHEMISTRY： Concepts and Application“教材共有實(shí)驗(yàn)數(shù)目112個，其中定量實(shí)驗(yàn)數(shù)目為18個，約占實(shí)驗(yàn)總數(shù)目的16.1%。     其二，在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的安排上，我國高中教材中7個定量實(shí)驗(yàn)集中分布在4個章節(jié)中，有些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容考察的知識點(diǎn)相同，像第一章的“溫度的測定”和“溫度降低了多少”、第三章的“溶液的配制”和“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”。而“CHEMISTRY: Concepts a

11、nd Application”教材中定量實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及比較廣泛，每個實(shí)驗(yàn)都分別針對不同的知識點(diǎn)設(shè)計，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容取材于同生活經(jīng)驗(yàn)緊密聯(lián)系的素材，容易激發(fā)學(xué)生的探究欲望，啟迪學(xué)生的思維。     其三，在實(shí)驗(yàn)設(shè)計上，我國高中教材中定量實(shí)驗(yàn)設(shè)計類型比較單一，思路比較簡單(如溫度、熔沸點(diǎn)的測定)，實(shí)驗(yàn)操作也很簡便，重在實(shí)驗(yàn)基本操作和數(shù)據(jù)處理能力的訓(xùn)練，對學(xué)生要求較低;有關(guān)抽象概念的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容很少，只是給出直觀的描述性的認(rèn)識，具有模糊性，不如定量的數(shù)據(jù)具有說服力。     “CHEMISTRY: Concepts and Application”教材中實(shí)驗(yàn)設(shè)計思路比較開放，重視實(shí)驗(yàn)的趣味性與生活化，如“測量糖的物質(zhì)的量”、“僅僅是氣體變熱了嗎”;有的實(shí)驗(yàn)則是把抽象的化學(xué)概念加以量化，或通過量把幾個相關(guān)的概念聯(lián)系起來(比如“波義耳定律”、“金屬、反應(yīng)生成量和價電子”等)，使學(xué)生能夠更具體、更準(zhǔn)確、更清晰地理解所學(xué)的知識，提高學(xué)生思維的深刻性，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法和科學(xué)精神。     與定性實(shí)驗(yàn)相比，學(xué)生的定量實(shí)驗(yàn)更有利于學(xué)生擺脫習(xí)以為常地把已經(jīng)驗(yàn)證的知識默