對中學化學實驗教學功能及其定位的分析(2013年8月25日 潘)

對中學化學實驗教學功能

及其定位的分析

福建師大附中潘則南2013年8月25日2013年廈門市初中化學教師實驗技術專項培訓班

內容概要一、中學化學實驗內容及其主要功能1、關于實驗教學功能的思考2、影響實驗教學功能的主要因素3、實驗內容及其主要功能二、實驗教學與實驗能力的培養(yǎng)三、中學化學實驗主要教學功能及其定位分析(一)基本技能實驗的教學功能（二）概念、原理實驗的教學功能（三）元素化合物實驗的教學功能1、關于“實驗教學功能”的思考

實驗教學功能：指實驗教學或方法所發(fā)揮的有利作用?？煞纸鉃槿齻€問題：有什么用、對誰有用、怎么實現(xiàn)這種作用。

實驗教學功能的核心：是實驗的“作用”和“改變”。如果學生實驗能力沒有發(fā)生改變，則不具有實驗教學的功能。

合理確定教學目標與組織教學的有效性是發(fā)揮實驗教學功能的關鍵。一、中學化學實驗內容及其主要功能2、影響實驗教學功能的主要因素●課標因素：教學目標確定

●教材因素：實驗內容結構

●師生因素：組織教學的有效性核心內容◆實驗基本技能◆實驗基礎知識◆實驗基本方法◆實驗基本思想主要功能◆激發(fā)學習興趣◆樹立實驗安全意識◆培養(yǎng)良好的實驗習慣◆促進“雙基”教學◆培養(yǎng)實驗探究能力3、中學化學實驗內容及其主要功能二、實驗教學與實驗能力的培養(yǎng)1、實驗教學設計與解決問題能力評價綜合分析應用理解知識2、初三化學與必修模塊實驗能力比較［例1］若按圖1所示裝置進行正確實驗操作，則應該看到的現(xiàn)象是：_____。該實驗說明兩點分別是：______；______。［例2］圖2是三支高度不同燃著的蠟燭，當用一個透明的大玻璃筒倒扣住三支燃著的蠟燭時，所觀察到的現(xiàn)象是___，原因是____。

圖1【案例1】燃燒與滅火化學實驗原理的教學

［例1答案］從下至上蠟燭先后熄滅。①二氧化碳的密度比空氣大；②二氧化碳既不燃燒，也不支持燃燒。[例2答案]從上至下，三支蠟燭依次逐漸熄滅。熱量擴散較難，熱的CO2上升，從上至下逐漸充滿玻璃筒。圖23、實驗能力教學設計案例

測試結果顯示：有70.5%的學生回答結果是：實驗現(xiàn)象從下至上，三支蠟燭依次逐漸熄滅；（原因）CO2的密度比空氣大，且既不燃燒，也不支持燃燒。進一步問卷調查顯示，這一錯誤結果，在錯答的學生中有95.5%的學生解題思維是受初中階段的【例1】滅火原理的影響。兩道題之間情景相似、物質相同、實驗裝置相似、問題幾乎相同，：一種裝置用玻璃筒罩住，而另一種裝置則為開放體系?！景咐?】探究影響過氧化氫分解反應速率的因素（蘇教版化學2P30）【實驗3】取兩支試管，分別加入5ml4%、5ml12%的過氧化氫溶液，再各加入幾滴0.2mol.L-1氯化鐵溶液，觀察氣泡生成的快慢。提出問題：該實驗在實驗前后沒變的條件是什么？【案例分析】培養(yǎng)學生具有“控制實驗條件的意識”。進一步明確具體影響反應的因素。沒變的是：溫度、氯化鐵溶液濃度、過氧化氫溶液的體積、壓強。改變的是：過氧化氫溶液的濃度?！緦嶒灲Y論】其他條件不變，濃度越大，反應速率越大。

活動探究教學建議1、一定要讓在學生課前寫出完整的活動探究報告，包括實驗目的、所選試劑和儀器、實驗步驟，實驗現(xiàn)象和結論要在課堂上完成，這樣做的目的一是使學生熟悉活動探究的方案，節(jié)省課堂時間，二是逐漸培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。活動探究的步驟，有實驗目的、試劑和儀器、實驗步驟、實驗記錄（實驗內容、實驗現(xiàn)象和結論【觀察思考】有實驗內容、步驟、實驗記錄和思考。學生能比較準確地記錄實驗現(xiàn)象。引導學生認真觀察老師所做的演示實驗，準確記錄實驗現(xiàn)象，仔細分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，不斷提高觀察能力和思維能力。2、問題驅動----交流、探究----教學目標達成。發(fā)現(xiàn)問題和提出問題。如何創(chuàng)造發(fā)現(xiàn)問題的氛圍？發(fā)揮實驗問題的驅動和定向功能?！景咐坑^察試劑“氯水”，提出問題：（1）氯氣與水能反應嗎？猜想與假設：顯酸性？產(chǎn)生氯離子？（2）氯氣能溶于水嗎？猜想：體積發(fā)生變化？氣味？（3）氯水具有漂白性，提出問題：是氯氣具有漂白性？還是氯水中的其他物質？實驗設計。事實上，提出問題是一個極具創(chuàng)造性的過程，要從平常的事物和現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)不平常的因素，找出潛在的問題，是要經(jīng)過充分思考才可能做到的，它比起在現(xiàn)成的問題下尋求解決問題的方法更需要創(chuàng)新思維。三、中學化學實驗主要教學功能及其定位分析（一）基本技能實驗的教學功能1、初高中基本操作實驗分析2、基本技能實驗的教學功能（1）主要功能：※激發(fā)興趣，實現(xiàn)從“感覺興趣、操作興趣”到“探究興趣、創(chuàng)造興趣”的轉化?！囵B(yǎng)習慣、提高技能，促進實驗能力的發(fā)展?！且磺袑嶒灥幕A。（2）影響功能的因素：內容、媒體、手段、方式、組織形式、環(huán)境、難易程度等。（3）實驗基本技能的內容在教材中編排特點（必修模塊）

【附錄1】實驗基本技能內容編排特點【附錄2】初高中實驗基本技能的比較（4）怎樣實現(xiàn)“實驗基本技能”內容的教學功能？（a）確定合理的教學目標（b）提高組織教學的有效性

影響實驗基本技能教學的因素

好、中、差學生實驗技能差異的原因

教學建議

教學感悟【案例1】“配制一定物質的量濃度的溶液”實驗教學功能主要功能：1、為理解溶液組成新的表示方式提供直觀認識，對初中溶液組成的概念的鞏固與提升。2、為認識新的儀器容量瓶及其使用方法提供直觀感性認識和理性思考。3、為配制一定物質的量濃度溶液的方法提供實踐機會。4、初步樹立實驗的定量觀，學習定量實驗控制誤差的方法，感受定量實驗中有關的“量”的概念。5、為實驗探究的教學設計提供基礎（選擇實驗方案和實驗儀器的能力）。教學建議：1、教學設計時，應以物質的量濃度概念建構、以配置一定物質的量濃度溶液活動為中心。2、概念教學和配制方法都應以初中“溶液濃稀的表示”和”配制一定溶質質量分數(shù)“為基礎；通過比較、分析。3、新儀器容量瓶功能的學習和掌握：要準確描述和理解容量瓶的用途、注意事項如容量瓶唯一的用途就是確定溶液的體積（定容）；配制準確濃度的溶液或定量的稀釋溶液。容量瓶是為準確的配制一定物質的量濃度的溶液用的精確儀器。4、要準確配制一定物質的量濃度的溶液，需要準確稱量、準確確定溶液體積。對比配制一定質量分數(shù)溶液的操作。為控制實驗誤差、提高準確度、需要增加哪些必要的實驗步驟？5、定量實驗的教學要求要恰當：定量儀器、定量操作、有效數(shù)字、儀器精度、操作誤差、誤差分析等如何要求？如何定量觀察？6、實驗步驟、基本操作的要求：如何洗滌、轉移、定容？【問題交流】哪些實驗步驟是為了提高配制準確度？配制一定物質的量濃度的溶液配制一定溶質質量分數(shù)的溶液【案例2】物質的檢驗主要功能：1、為樹立物質分類的思想提供直觀認識。2、培養(yǎng)態(tài)度習慣、樹立化學實驗安全意識。3、初步掌握檢驗物質或離子的方法（Cl-、SO42-、CO32-、NH4+）。4、完善或鞏固實驗基本操作技能（如加熱、灼燒、藥品取用、試劑的選擇）。5、樹立某些觀念（如定量意識、定量觀察：少量、幾滴、2ml）。教學建議：1、嚴格實驗室實驗要求、示范操作、規(guī)范。2、用書寫實驗報告促預習、理實驗思路、明實驗目的。注意格式、記錄與提交的要求。3、注意教學方法：原理、比較、分類、實驗、現(xiàn)象、記錄、結論。4、不同教材的內容安排不同，教學方式不同。要求相同。蘇教版：教學思路“物質分類、化學反應原理、實驗現(xiàn)象、實驗結論”。魯科版：教學思路“電解質、電離、離子反應、Cl-、SO42-檢驗方法。（二）概念、原理實驗的教學功能1、初高中概念、原理和方法類實驗分析2、概念原理實驗教學的主要功能是什么？功能1：能從有關的實驗事實或現(xiàn)象中抽取本質特征，并概括出化學概念、規(guī)律或得出物質的有關性質或組成?！窘虒W案例】1、電解質溶液；2、物質的分類、分散系------膠體；3、鐵及其化合物間的轉化（氧化性、還原性概念）；4、鈉、鎂、鋁活動性比較（金屬性概念）；5、影響反應速率的因素、催化劑的概念；6、原電池；7、鈍化、酯化；8、溶解性概念教學（溴溶于四氯化碳（蘇教版））。9、溶液濃稀的表示；【教學建議】教學過程：實驗（可信直觀）----抽象概括-----認識飛躍。實驗要具有典型性、簡明易行、不可蕪雜、不可節(jié)外生枝；要引導學生分析、闡述現(xiàn)象本質，并進行理論概括。把握具有普遍意義的規(guī)律性知識?！景咐?】溶液濃稀的表示概念教學（1）【案例1】溶液濃稀的表示概念教學（2）◆概念、原理的實驗教學是促進學生對核心概念原理的基本理解：

如“溶液濃稀的表示”：學會完整的表達，如“改變溶質和溶劑的量任何一個量都可能改變溶液的濃度”。根據(jù)這些問題設計教學活動，達成基本理解?！景咐?】氫氧化鋁性質實驗主要功能：1、建立兩性氫氧化物概念、氫氧化鋁是兩性氫氧化物2、為氫氧化鋁的性質提供直觀的感性認識：與酸反應（CO2/H2O除外）；與強堿反應3、為辨析氫氧化鋁性質提供感性認識：如氨水、氫氧化鈉；酸、碳酸。培養(yǎng)分析問題和解決問題能力、培養(yǎng)觀察能力5、轉化觀：轉化條件、轉化關系（鋁鹽—偏鋁酸鹽—氫氧化鋁）6、定量觀察與操作：滴加操作、藥品取用、判斷沉淀是否完全等。7、本實驗具有可信的直觀性、簡明易行；教學建議：1、兩性氫氧化物概念的教學在認知中結構中存在支撐點。主要是辨別與已有概念的異同，并適當豐富概念內涵。2、通過實驗探究學習氫氧化鋁的性質，用問題驅動。如（1）鋁鹽溶液滴加氫氧化鈉溶液至過量的過程，現(xiàn)象與結論。（2）鋁鹽溶液滴加氨水溶液至過量的過程，現(xiàn)象與結論。（3）問題解決：可以用硫酸鋁凈水劑凈化酸性廢水嗎？實驗室制備氫氧化鋁選擇什么試劑？可補充探究：CO2通入氫氧化鋁濁液中。鞏固完善認知。讓學生參與概念本質特征的概括活動，使概念教學優(yōu)質高效的關鍵。4、鋁化合物的轉化的要求與難度要適中。活動與探究實驗1：將2~3ml2mol·L-1氯化鋁溶液分別注入兩支潔凈的試管中，逐滴加入氨水，觀察實驗現(xiàn)象。實驗2：向實驗1的一支試管中加入6mol·L-1鹽酸，向另一支試管中加入6mol·L-1氫氧化鈉溶液，觀察實驗現(xiàn)象。【問題交流】氫氧化鋁兩性內容屬于概念范疇還是元素化合物性質？下列實驗來自蘇教版化學1（P66），按此實驗觀察到的現(xiàn)象，會說明什么問題？AlCl3NH4Cl、Al(OH)3AlCl3、NH4Cl、Al(OH)3現(xiàn)象：沉淀增多？產(chǎn)生刺激性氣體？沉淀溶解？氨水氫氧化鈉溶液【案例3】原電池教學案例分析教材設計的一個實驗探究內容：探究實驗1：銅片、鋅片分別插入稀硫酸各有何現(xiàn)象？探究實驗2：銅片、鋅片同時插入稀硫酸各有何現(xiàn)象？探究實驗3：把銅片、鋅片用導線連起來再插入稀硫酸又有何現(xiàn)象？探究實驗4：在上述的銅片和鋅片之間串聯(lián)一個電流計，再觀察實驗現(xiàn)象。教學建議：1、建立上位概念：能量的存在形式、轉化關系、化學能與其他能量的關系。2、實驗引入與實驗探究：（1）演示實驗獲取化學能與電能的轉化關系：電子賀卡響起音樂，發(fā)出光亮；用鎂帶和碳棒和導線和稀硫酸（燒杯中）的電池代替賀卡電池。（2）探究原電池原理：氧化還原反應如何發(fā)生？【案例4】沉淀溶解平衡的應用

問題（蘇教版P83）：“除去硫酸銅溶液中混有的少量鐵離子，可向溶液中加入氫氧化銅或堿式碳酸銅，調節(jié)溶液的pH至3-4，鐵離子就會全部轉化為氫氧化鐵沉淀除去”CuSO4(含F(xiàn)e3+)Cu2(OH)2CO3調節(jié)溶液PH=3~4Cu2+Fe(OH)3除去硫酸銅溶液中混有的少量鐵離子的流程圖功能2：建立以實驗為中心的問題交流與討論的教學模式【學生問題】（1）

不明白為啥要加氫氧化銅或堿式碳酸銅？（2）溶液的pH3-5，在常溫下還算是酸性溶液，鐵、銅離子怎么會轉化為氫氧化物沉淀？

1、實驗原理：中和水解產(chǎn)生的H+，促鐵離子完全水解沉淀（鐵離子先于銅離子沉淀）；不引入雜質；均為難溶性，過量的易過濾分離掉。2、討論與交流：用NaHCO3等代替Cu2(OH)2CO3可以嗎？為什么？問題解決：（1）

通過實驗解決為什么要加氫氧化銅或堿式碳酸銅，而不加其他物質？

用實驗幫助學生理解教材的結論，了解生產(chǎn)的實際操作方法所依據(jù)的原理；了解溶度積的學習可以幫助我們定量地研究難溶電解質沉淀形成或溶解的問題，體會溶度積學習的價值。返回問題解決（2）：（建立模型）假定溶液中鐵離子濃度是0.001mol?L-1，、銅離子濃度是1.0mol?L-1，氫氧化鐵、氫氧化銅的Ksp分別是2.6×10－39，

2.2×10－20）。（1）使溶液中鐵離子、銅離子分別開始形成沉淀，所需要的氫氧根離子濃度是多少？PH約為多少？（2）使溶液中鐵離子、銅離子轉化為氫氧化物沉淀，溶液中OH-濃度一定要超過10-7mol?L-1嗎？（即pH一定要大于7嗎？）【學生活動】OH-離子濃度只要超過2.6x10-12mol?L-1（pH約為2.2）,就開始形成氫氧化鐵沉(全部轉化為氫氧化鐵沉淀，pH要3-4),而溶液的OH-濃度約要達到1.5x10-10mol?L-1（pH4.2）以上氫氧化銅才開始沉淀。估算說明，溶液中鐵、銅離子在pH3-4或5的微酸性環(huán)境中就可以形成氫氧化物沉淀。只要使溶液的酸度降低，即把溶液的pH提高到一定程度，就可以達到目的。

【獲得結論】氫氧化物沉淀越難溶（Ksp越?。?，形成沉淀所需要的氫氧根離子也越小，pH越低。正因為如此，才“可以通過控制溶液的pH，達到除去鐵離子而讓銅離子保留在溶液中”。如果pH超過5，銅離子才開始轉化為氫氧化銅沉淀，因此要控制好pH）。（三）元素化合物實驗的教學功能功能：能根據(jù)實驗原理與現(xiàn)象，選擇必要的試劑和儀器進行儀器組合，理解各部分裝置的作用以及實驗方法、實驗操作和實驗裝置的特點，懂得這樣做的理由；選擇實驗現(xiàn)象明顯、前后變化明顯、活動與互動、組合比較等方法?！景咐?】氯水成分的探究主要功能：1、實驗所需儀器、藥品、操作等簡單、便于操作。2、為認識氯水成分提供感性基礎，為理性思維的培養(yǎng)提供基礎素材。3、為教學設計的多樣化，提供實驗基礎（如探究實驗）。4、為實驗基本操作能力訓練提供機會。教學建議：【案例2】實驗室制氯氣裝置的理解謝謝！

【附錄2】初高中實驗基本技能的比較返回【附錄1】教材中實驗基本技能內容的編排特點

蘇教版：先集中再分散

※單獨編制以演練單項基本操作為重點的實驗內容?！械膬热荩弘x子的檢驗、分離提純、配制一定一定物質的量濃度的溶液?！攸c：系統(tǒng)性強、利于初高中銜接式教學、利于組織安排。

魯科版：分散到各個章節(jié)

※貫串于各類具體實驗的過程中。

※分散的內容：物質的檢驗。

※特點：容易被忽視、不易落實、系統(tǒng)性不夠。返回

附表1：必修模塊實驗基本技能核心內容及教學目標※認知性學習目標：（B）了解、認識、能表示、辨認、區(qū)分、比較。即明確“是什么”?！寄苄詫W習目標：（B）初步學會、獨立操作、完成、測量。

獨立操作水平——指學生獨立進行有目的的操作，能與已有技能建立聯(lián)系。該水平的操作表現(xiàn)為學生動作基本規(guī)范、協(xié)調、基本能做到“會拿”、“會放”、“會接”、“會調”、“會配”。有較強的實驗參與意識。返回（2）提高組織教學的有效性

影響實驗基本技能教學的因素※教師的指導、原有認知結構、認知能力、情感因素、實驗基礎知識等對學習實驗基本技能起重要作用?！鶎嶒灢僮骱艽蟪潭仁艿綄W生掌握的程序性知識的陳述性形式認知狀況的直接影響。認知結構與實驗技能關系：互為表里、關系密切、互相轉化。說明：實驗必須充分準備，尤其是探究性實驗。

好、中、差學生實驗技能差異的原因※優(yōu)秀學生：具有更豐富且結構更為良好的實驗陳述性知識，具有大量自動化的實驗基本技能，具有強有力的實驗領域特殊的策略?！钌褐饕憩F(xiàn)是不理解實驗操作順序或原理以及如何進行實驗操作?！械壬核幤酚昧堪盐丈弦约安糠植僮髦R的偏差。返回

教學建議：※運用正確的教授策略

【示例1】※促使形成豐富和結構良好的實驗基本技能【示例2】※提供更多實踐機會，注意復習鞏固策略

【示例3】※有效提高實驗觀察與實驗記錄的技能

【示例4】返回

教學感悟：※化學實驗基本操作是各類實驗的基礎。

※實驗基本技能目標達成的基本途徑：通過練習獲得。※培養(yǎng)實驗基本操作要求：規(guī)范、程序和方法。

※學習新技能并糾正學生已有技能的不良影響：正遷移；負遷移。返回【示例1】正確的教授策略返回1、認知階段：教師講解示范，學生感知、理解學習技能的目的、任務、方法、條件以及動作要領、注意事項等有關技能的概念和原則。并能用語言描述，形成對問題的初步表征。2、聯(lián)系階段：復雜的分解成單個動作練習。3、自動化階段【示例2】構建豐富和結構良好的實驗基本技能？示例1：加熱、試管加熱、燒瓶加熱、固體加熱、液體加熱、特殊反應物的加熱、灼燒、小火加熱、水浴加熱。示例2：分離方法：加熱蒸發(fā)、加熱蒸餾、溶解過濾、反應沉淀過濾、溶解結晶過濾、冷卻結晶過濾、萃取分液。示例3：裝置氣密性檢查、容量瓶漏液檢查、是否沉淀完全檢驗、離子檢驗。返回示例（3）