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第5章 中学化学演示实验(1)

中学化学演示实验的基本要求

化学是一门以实验为基础的学科,演示实验是化学教学的重要手段之一。中学化学的学科特点有三:①研究对象多是微粒方面的反应,肉眼是看不见的,只有借助于实验才能变“微观”为“宏观”;②识记量大,各知识点较为孤立、分散,使学生感到庞杂、枯燥、难记,借助实验可以使它们形象化、生动化,既可激发学习兴趣,又可强化记忆;③模糊语言使用率高,“通常”、“大多数”、“一般情况”、“约”等比比皆是,只有借助实验,才能使学生深刻理解这些模糊语言的内涵。因此,要做好中学化学演示实验,必须从以下几点加以注意:

一、选择实验内容

选择演示实验,除了突出教学的重点,讲清难点外,还必须符合四个基本要求。

(1)实验装置和操作尽可能简单易行

过于烦琐的装置和操作容易分散学生的注意力,则起不到演示实验的目的,且实验也容易出差错。教师应用尽量少的装置在短的时间内完成实验。但是,在简化实验装置或操作时,必须注意科学性,绝不能无原则地为追求简单而造成科学性上的错误。

(2)实验现象要鲜明、清晰

要选择那些在反应过程中有颜色改变、气体产生、沉淀生成与溶解及发光发热等现象鲜明、清晰的实验。因为现象明显、清晰的实验能给学生留下深刻的印象。

(3)实验要绝对安全

一定要确保实验的安全。危险的实验除会造成一定伤害外,还会使学生产生畏惧心理。

例如:演示爆鸣气实验时,应选用像纸盒这样不易造成事故的物品作容器进行实验。

(4)实验效果要可靠

必须确保实验做成功。万一做不成功一般应重做,重做仍不成功,教师应以科学的态度,实事求是地进行说明,决不可敷衍了事。

二、准备演示实验

(1)预实验

因为实验的结果受很多因素影响,则教师在上课前必须对实验知识点进行预习,必须成功完成一次实验。除此之外,教师还应在预习时想好哪些地方是要求学生重点观察,哪些是需要学生思考的,了解学生在观察实验时会在什么地方产生疑问等。例如,在制备氢氧化亚铁的实验中,开始生成白色絮状沉淀,并迅速变成灰绿色,这时教师若不引导,学生往往看不到白色,从而误认为氢氧化亚铁是绿色沉淀。又如:铜与稀硝酸的反应,学生会观察到开始试管里有红棕色气体产生,稍停片刻则红棕色气体消失,变为无色并在试管口成红棕色的这些现象,教师必须引导学生分析这些现象产生的原因,使学生从纷繁的现象中找出问题的实质。从而达到演示实验的目的。

(2)实验预试工作完成后,所用的仪器、药品等经过核对后置于专用盘中,不允许他人随意调换和挪用,以确保课堂实验成功。

三、有步骤地进行演示实验

上课时,有步骤地进行演示,是完成演示实验教学成败的关键,教师必须技巧熟练、统筹兼顾。

(1)演示要与讲授密切结合

只有把演示与讲授密切结合起来,才能引导学生运用各种感官去感知并积极思考。讲授和演示结合的方式,随具体情况而有所不同,常用的有两种:一是先做演示实验,并根据实验现象进行分析归纳,然后得出结论。这种方式主要用于化学反应原理不是很复杂,实验装置和操作都比较简单,实验现象明显的情况;二是先讲清原理,并分析实验可能产生的现象和结果,然后通过实验予以验证。这种方式主要用于化学反应原理较难懂,实验装置及操作比较复杂,或者实验现象不易看清楚的演示实验。例如:氨氧化制硝酸、接角法制硫酸等实验,由于它们的实验装置复杂,操作步骤较多及反应原理较难理解,如果不先讲清反应原理和各部分装置的作用,演示时就不能达到预期的目的。

(2)演示操作要注意直观性

演示实验的对象是全体学生,因此,安装仪器和操作步骤必须本着直观性原则进行。诸如对所用仪器的大小、使用药品的多少,都应力争做到让全班每个学生都能看清楚。比如:对于一些试管里进行的实验,可选择在大试管中做;溶液中沉淀的颜色不太明显的,可在试管后面用黑色或白色衬托等等。

(3)实验操作必须规范化

教师的实验操作方法应是学生的榜样,因此,教师的每一个操作都要认真、准确、一丝不苟。尤其对一些基本的操作方法和仪器的使用方式,必须认真按规定去做。另外,教师做演示实验时,桌面上必须整洁,仪器放置要整齐有序,暂时不用的仪器等先不要堆在桌面上。这样,在科学态度和科学方法上都会给学生起到良好的示范作用。

优化中学化学演示实验的教学效果

化学是一门实验性很强的学科,在化学教学中,教师通过演示实验,使学生清楚地观察到实验现象,从而生动地阐明化学原理,帮助学生正确理解物质变化的规律。演示实验还可以培养学生观察分析能力,启发学生的思维,教会学生使用仪器,培养实验操作技能,因此必须确保演示实验的成功、规范充分发挥演示实验的功能。下面总结介绍了做好演示实验的一些方法:

一、做好课前准备

课前准备包括知识点的预习和预实验。做好课前准备有以下好处:一是便于课堂演示时更熟练、准确、规范;二是对实验所需时间做到心中有数,以便掌握主动;三是便于修改设计,使设计更趋于优化;四是便于及时发现药品及材料等方面存在的问题,避免课堂演示失误。

二、探讨最佳实验方案

演示实验既具有演示性,又具有示范性,二者缺一不可。因此演示实验最根本的一点就是要让学生看得清晰、看得懂。因此,寻求更有效的实验方案对于教师是必须的。

1.优选

(1)实验原料的优选

同一实验,选用不同纯度的原料,则或者会产生不同的效果。例如:在锌与稀硫酸反应制取氢气时,若用纯度高的锌粒,其反应速度缓慢,能观察到的现象不是很明显;如果改用不纯的锌粒(如废电池上剥下来的锌片)与稀硫酸反应,则现象明显,演示效果更好。

在溶液反应的实验中,溶液浓度对实验的结果起至关重要的作用。如:苯的同系物(甲苯或二甲苯)被酸性高锰酸钾所氧化,观察到的实验现象是紫红色褪去。但所用的高锰酸钾溶液浓度过大,则褪色不明显;高锰酸钾浓度偏低,颜色浅,远处的学生很难看到颜色的明显变化,实验表明此反应用的高锰酸钾溶液以0.1%~0.5%浓度为宜。

(2)实验方法的优选

同一个演示实验可以有多种实验方法,但教师应根据教学目的、设备条件、实验效果等,选择最优的一种。例如,木炭吸附红色染料的实验,按教材的做法,效果不佳。则教师可用“W”形管进行实验。具体做法是在一小段“V”形管底部装上活性炭粉,用小玻棒轻轻压紧,然后在炭粉上放一些颗粒较大的炭粒,“V”形管两端分别用脱脂棉花塞住,用两小段橡皮管把倒置的“V”形管与另外两段弯曲玻璃管连接成“W”形管(如图1)。

把红墨水从一个支管倒入,当两边液面相平时,可以清楚地看到另一支管的液体为无色,这就充分说明了木炭对有色物质的吸附。

1.活性炭粉;2.粗炭粒;3.脱脂棉;4.橡皮管。

2.投影放大

活泼金属与稀酸反应产生氢气,如果用小试管演示,坐在后排的学生很难清楚地看到气泡的产生。此时我们可以把电教手段引入化学实验中,经过投影放大,远处的学生也可在屏幕上看得一清二楚。化学实验仪器玻璃制品多,透明或半透明的液体反应多,这也为采用投影手段提供了许多有利条件。

3.光电(或音响)

中学化学中有不少实验可以借助于光、电现象或音响效果得以实现。电解质、非电解质以及强弱电解质的导电性实验,一般是用电灯泡是否亮或亮度不同来区别的。实际操作中可比性差。我们可利用发光二极管做成一块示教板(见图2),把三组电极同时分别插入强电解、弱电解质和非电解质溶液中,通过电路板上发光二极管的亮、微亮、不亮使学生感受到它们的导电性不同。

也可用电子音响装置代替发光二极管进行实验。利用听觉感受到的强弱来辨别电解质导电的强弱。

图2导电性实验电路图

注:1.图中①、②、③分别接电极;2.电源为6V;3.电阻450~600Ω

4.增强实验观察效果

突出鲜明的实验现象,便于学生观察,易于吸引学生的注意力,加深学生对知识点的认识,调动学生学习化学知识的兴趣。许多演示实验在变化过程中产生有颜色物质或者改变了原来的颜色。为了便于观察,可选用适当颜色的背景放在反应器的背面。比如:产生红色气体的实验(铜与浓硝酸反应),可放一白纸在后面衬托,红色就格外显眼。产生白色沉淀的实验,则用黑板作背景,黑白分明,学生就能看得十分清晰。

5.选用参照物

对某些现象不明显的实验,要设计使用参照物,进行对比观察。如:将CO2通入紫色石蕊试剂,试剂颜色由紫色变红色,但现象不够明显。这时可选用两支盛有等量紫色石蕊试剂的试管,往一支里通入CO2,与另一支进行对比,此时就容易观察出试剂颜色的变化了。

在向溴水(或高锰酸钾溶液)中通入乙炔时,褪色较慢,中间变化不容易观察。此时,教师可准备两份溴水,只向其中一份溴水中通入乙炔,另一份作为参照,如此,学生则能够细致地观察到溴水的颜色在逐渐变浅,直至无色。持续的实验现象集中了学生的注意力,也不会因为坐等实验结果,造成冷场。

6.辅助手段

吸热或放热反应的演示实验,学生无法通过眼睛观察或耳朵感觉到,必须用手触摸后才知道。教师在演示时可加一些辅助材料,使触觉效果转为视觉效果。

例如:用氢氧化钡与氯化铵演示吸热反应。

Ba(OH)2+2NH4Cl=BaCl2+2H2O+2NH3

该反应吸收大量热,实验时可用一薄板作为辅助器材,板上滴上几滴水,放上盛有饱和氢氧化钡和氯化铵晶体的烧杯,用玻璃棒搅动,除闻到氨的气味外,还看到杯外有冰霜,甚至使杯下的水结成冰,把薄板粘住。

7.列表法

在进行多项对比演示实验时,教师可先设计一个表格,然后对比演示,逐个填写表格,这样就不会产生混乱,也利于学生对知识的接受。但要注意:表格的设计,应做到简明、扼要,并利于分析和表现规律;填表时,字要少而精,以免大量书写冲淡了学生进一步观察实验的兴趣。

如在演示电解质溶液导电性强弱的实验时,可设计成这样一个表格,通过演示,逐项填写,然后进行分析、讨论。

电解质HClNaOHNaClCH3COOHNH3·HIO

溶液导电性(灯泡亮度)强强强弱弱

原因及结论全部电离强电解质全部电离强电解质全部电离强电解质部分电离弱电解质部分电离弱电解质

三、多提示、多引导

演示实验是一个示范、教学的过程。通过演示,将视觉信号输入学生大脑转变为知识。但由于演示过程中输出的视觉信号并不全与观察目的有关,易造成干扰;且课堂时间的限制,一般演示实验只能做一次。因此要引导全体学生注意观察,以;因此,教师要时时提示学生观察的中心与重点;引导学生通过观察实验,达到掌握化学知识点的目的;同时,教师与学生时时的互动,也避免了个别学生因注意力分散而漏看有关操作的现象。只有使全体学生都能观察到反应现象,才能达到预期的观察目的。

四、“眼到、心到、口到”

“眼到”即观察仔细;“心到”即想一想不这样操作行不行,用哪些装置可以代替这些装置,可不可以进行改进,反应原理是什么等等;“口到”即让学生复述操作要领、操作注意事项,描述反应中观察到的现象,口述实验结论,解释实验中的有关问题。“三到”促使学生观其象、记其序、思其理,因其多感官、多角度地感知了演示实验,所以必将大大增强演示实验的效能,为学生动手做分组实验奠定良好的基础。

五、掌握观察实验现象的时间

整个实验过程所需时间一定要在教学方案中安全妥当才能使教学程序顺利进行,特别是实验时要注意掌握学生观察实验现象的时间,让学生观察现象恰到好处,才能既达到实验的目的,又不致于教学混乱或拖堂。要达到上述目的,其一,教师要掌握物质反应时的物质反应的时间需延长的应延长。像九年级化学教材木炭在氧气里燃烧的实验,把点燃的木炭直接伸到气瓶底部和把点燃的木炭从瓶口慢慢伸入到瓶底,两者效果截然不同,前者的实验现象很快消失,后者延长了燃烧时间,学生看清了木炭在氧气中燃烧的全过程,显然后者的效果比前者好。相反,物质反应时既要达到反应完全又需缩短时间的则应设法加快反应速度,还可采取选定适合此实验纯度的反应物、反应物剂量、净容器和充分利用反应条件(温度、压强、催化剂)等方法来实现。其二,教师应掌握让学生观察实验现象的时间,既让学生看清实验现象,又不打乱教学中各步骤所需时间的程序。如有必要让学生仔细观察或触摸的应挑选学习成绩有代表性的学生看或触摸。防止个别学生不严肃认真,故意拖延观察时间。再是边引导学生观察边讲解(既不冷场又不耽误时间),特别是有的实验,物质反应完全需几十分钟,这时教师就应向学生交代清楚,暂时撇下实验,继续讲授知识,待物质反应完全时,再引导学生观察实验结果。

六、对比、归纳、总结实验规律

在有些实验中,实验装置、操作方法、反应原理都相同。如:一氧化碳还原氧化铜、氢气还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铁及一氧化碳、氢气还原某些金属的氧化物等实验,它们的反应原理、实验装置和操作方法都相同:①先将还原性气体(H2或CO)通入盛金属氧化物的容器中,排净容器内的空气。②继续通入还原性气体的同时,点火加热,使容器内发生氧化-还原反应,把金属还原出来。③金属全部被还原出来后,先停止加热,并继续通入还原性气体,直至金属在还原性气体中冷却为止。又如:高中有机化学中,一些实验除实验装置、操作方法、反应原理都相同外,就连反应物也相同,只因反应条件(温度、压强、催化剂)的改变而使产物不同。因此,找出这些实验的异同点,对比、归纳讲解,引导学生摸索实验中的规律,有利于学生对知识加深印象,增强记忆,能收到举一反三、触类旁通的效果。

七、形成正确概念