书城科普读物动手做实验丛书--化学实验教学改革指导
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第22章 化学实验教学方法的创新(7)

②提出待实验解决或激活思维的问题。

③学生讨论或实验,教师适时引导点拨。

④问题解决——达标。

如介绍制取氢气的简易装置的教学过程为:先展示一支盛有锌粒和稀硫酸的敞口试管,当学生看到试管内反应非常剧烈时,再向学生逐个提出问题和讨论后得出解决问题的措施,再让学生看具体装置。向学生提出了下列问题:

①若需要收集气体,需增加什么装置?(措施:配上带导管的橡皮塞。)②需要随时加入酸液该增设什么装置?(措施:配上一个长颈漏斗。)③若想随时使反应发生或停止,怎么办?(措施:配上有孔塑料板和弹簧夹。)演示实验方式和方法的优化,直接影响到学生进行有效思维的效果。

(2)提高学生实验质量,落实操作能力,培养目标学生实验是学生操作能力形成的主要途径。实践表明:纠正一个已形成的不正确实验操作比掌握一个正确操作困难得多。学生尽管已按要求作了预习,但实际操作时,仍免不了会发生这样或那样的错误。因此,教师在学生实验时应加强巡视,努力把学生不正确的操作消灭在萌芽状态。

下面列的是《氢气的制取和性质》部分的学生实验目标:(达成度=达标项数/目标总项数)实验目标(H2的制取和性质)达标情况(达或未达)知识目标(理解)1实验室制取H2和与H2性质有关的各个反应。

2收集H2的两种方法。3H2简易装置的使用。4H2纯度的检验。5H2燃烧生成水的检验。6H2还原CuO的操作原理。

达成度操作能力目标(熟练)1制取H2简易装置的装配。

2装置的气密性检查。

3药品的取、放。4排水集气法收集H2。5H2的纯度检验。6H2燃烧生成物的检验。7H2还原CuO装置的装配。8H2还原CuO实验的操作。9现象观察与记录。

达成度实验时,小组纪律由一个事先选定的学生(态度认真,操作熟练)维持,我们称这个学生为“帮教员”。实验后,教师组织学生先组内,后组际进行实验情况交流。整个实验过程中,学生的思维始终非常活跃。

(3)优化实验习题教学,提高学生的实验能力实验习题教学,不仅为了复习巩固有关知识和操作,更重要的是可以让学生从中学到探索问题的一般科学方法。为达到上述目的,我认为单靠教材中规定的几个实验习题是不够的,根据需要和可能,不妨适当补充一些自编实验习题。如①空气中氧气含量的测定;②CO还原CuO实验中的尾气处理;③鸡蛋壳中CO32-的鉴定等。

实验习题教学一般分以下几个环节:①学生准备(设计实验方案);②教师审查指导;③实验;④集体择优和改进。学生对其中第四项最感兴趣,思维最活跃。因为他们在互相启发,互相切磋的氛围中,在“肯定”和“否定”的过程里,学会了从多角度、多方面考虑问题,他们的思维能力也得到一定程度的提高。

进行化学实验目标教学,不仅要重视实验目标的制定和按目标进行教学,还必须根据定期达标测验获得的反馈信息,不断地对目标作修改和调整,使实验目标更趋完善,实验教学取得更大的效益。

实验复习五步曲

识记

这是认知水平中要求最低的,它是其他能力要求的基础,是解决化学问题的基本物质基础。

它包括常见仪器的使用,实验基本操作,典型的化学实验。例如,天平的正确使用、物质的量浓度的配制、常见物质的制备、性质实验、除杂分离等。这些内容的复习可在章节复习时进行,对这些基础知识要有正确的记忆,切不可模糊不清、模棱两可。有了扎实的基础知识,才能有解决问题的能力。

理解

对各个具体化学实验都了解掌握后,不应该再把各个实验看成是孤立的个体,而应该把认知水平提高一步,分析各个实验,找出共同点进行分类。例如,繁多的实验可分成制备实验(包括分离、提纯)与性质实验两大类。

(1)制备实验可根据生成物状态分成气体,能挥发成气体的物质和生成物为液态、固态二类。

制备气态物质的实验可根据反应药品的状态和反应条件分为:

①固体与固体加热反应,如制氧气、氨气、甲烷等。

②固体与液体不加热反应,如制氢气、硫化氢、二氧化碳等。

③固体与液体、液体与液体加热反应,如制氯气、氯化氢、硝酸、乙酸、乙酸乙酯等。

制备物质为液态或固态:如制溴苯、硝基苯、酚醛树脂等。生成物为液态的,由于反应物与生成物混合在一起,反应后要考虑混合物的分离。

(2)性质实验根据反应物的状态可分为:

①气体与气体的反应如氢气与氯气的反应、甲烷与氯气的反应、硫化氢与二氧化硫气体的反应等。

②气体与液体的反应如乙烯与溴水的反应,二氧化碳与澄清石灰水的反应。

③气体与固体的反应如氢气还原氧化铜的反应、硫蒸气与铜丝的反应、金属钠与氯气的反应、铁丝与氧气的反应等。

④液体与液体的反应如乙醛与银氨溶液的反应、离子互换反应。

⑤液体与固体的反应如淀粉、纤维素的水解等。

⑥固体与固体的反应如铁丝与硫粉的反应等。

分解

经过上述整理,将知识横向纵向网络化,还必须进行进一步的思考分析。为什么液体与液体加热制备气体有的用分液漏斗,有的不用?有的用温度计,有的不用?同样是加热,为什么有的是直接加热,有的是垫上石棉网?有的用水浴加热?同样是水浴加热,为什么有的要插上温度计?同样是气体与固体的反应如氢气还原氧化铜、一氧化碳还原氧化铜、硫蒸气与铜丝的反应,为什么三个装置完全不同?可否互相代替?

弄懂使用这些仪器的原因,明白其中的道理,才能深刻理解事物的本质。

综合

设计一个新实验,首先是确定实验方案。纵观历年化学试题,选择什么样的试剂,选择什么样的实验步骤是最合理的呢?这样的试题常出。

合理的实验方案应该能达到实验目的。

合理方案还应该是最简便、可行的。

设计实验的第二步就是选择适当的仪器,组装实验室实验的装置。

实验仪器、实验装置的选择是根据反应物的状态、生成物的状态、生成物的性质、反应的条件、制备物质的量的多少来决定的。对复习过的实验进行类比、联想。反应比较剧烈或有毒气体的制备要用分液漏斗控制反应的速度。根据反应条件决定是否加热和加热的方式。若气体为强氧化性的,考虑对橡皮塞、胶皮管的腐蚀,用铝箔包住橡皮塞,两端玻璃管靠紧以减少对胶皮管的腐蚀。根据产物的溶沸点选择冷凝装置:空气冷凝、水浴冷凝、冰水浴冷凝、流动的冷却水冷凝。有毒气体必须有尾气吸收尾气处理装置,进行气相反应要考虑大气压力的作用。

实验的第三步是记录实验现象,试题中的实验现象一定是学过的物质的性质和做过的实验中某个现象。

实验的第四步是数据处理、计算和误差分析。

设计实验是综合性很强能力要求较高的试题,切不可死记硬背一些条款而应重视探究这些基本概念、基本知识的本质以及一些基本结论赖以建立的前提及条件。如:设计一个用浓硫酸与浓盐酸逐滴混合以制取并收集氯化氢的实验装置,选择合适的仪器和装置,并指明盛装的试剂。思考在这里为什么要用分液漏斗把浓盐酸逐滴加到盛放在圆底烧瓶的浓硫酸中。

动手实验

解决新情景中的实验问题有赖于平时的化学实验,从实践中获得评价能力。

高考题中考查实验能力,是以不同于内容的全新面貌出现的问题。这些试题大都是考性、综合性较强,解答这些试题是一个创造性解决问题的过程。着名心理学家奥苏伯尔鲁宾逊把解决问题过程的模式分成四个阶段。第一阶段呈现问题的情景命题,这是学习的外部条件。第二阶段明确问题的目的和条件。明确已知是什么?要解决的问题是什么?这一阶段属于接受学习过程。第三阶段是解决问题的关键过程,叫填补空隙过程,也就是在已知条件和要达到的目标之间存在一个认知空隙有待填补。一旦这空隙被填补,问题也就解决了。填补空隙需在目标指导下采用适当策略,根据某些推理去改组背景命题,逐步缩小已知条件与目标之间的距离,以至最后达到目标。第四阶段为检验阶段,检验包括检验目标是否达到和推理是否有误。面对试题必须细心、冷静地审题,找出已知条件与要达到目标之间的认识空隙,联系学过的实验知识和实验技能,进行知识类比、迁移、重组、变换题目所给的条件,缩小已知条件与目标之间的差距,全面仔细地思考、设计出正确的实验方案,对给出的方案具有正确的评价能力。

在新情境中解决化学实验问题必须要有扎实的基础知识,灵活运用这些知识,还必须重视平时的实验与动手实践。自己设计的实验在实际操作中是否可行。例如,有这样一道试题:某厂排出的废液主要含Zn(NO3)2和AgNO3,为了从中回收银和硝酸锌,请设计实验步骤。有的学生先在混合液中加入盐酸,过滤,再让氯化银与锌反应想得到银。

这样的设计在实践中可行吗?还有的学生在混合液中加入锌粉置换出银就结束了操作设计。

这样的学生没想到要使银能全部置换出来,锌粉必须过量,除去银粉中锌粉还必须加入稀硫酸(而不能加稀硝酸)。除去过量的硫酸还要加适量的硝酸钡。实际操作中观察硫酸是否除尽应取滤液或上层清液加硝酸钡。

高三化学的实验复习离不开化学实验的实践。从实践中才能获得评价能力。

复习中学化学实验的方法

为了提高学生实验能力,在组织学生复习化学实验这部分内容时,首先应根据初中化学教学大纲和现行教材的要求,对基础知识进行全面系统复习,对化学实验内容按照五个方面进行分类复习。我们总结介绍以下具体做法。

常用化学仪器及使用的注意事项常用化学仪器见初中课本P227~P228。对于常用化学仪器应该让学生做到:既能根据实物或图形说出每种仪器的名称,知道使用的规则和用途,并能规范地画出几种常用仪器如试管、烧杯、锥形瓶、酒精灯、量筒等,掌握它们的使用方法。对于重要试剂的存放应根据物质的性质。如盐酸、硝酸具有挥发性都必须存放在密封的细口试剂瓶里,而硝酸见光受热易分解,因此硝酸应存放在综色细口试剂瓶里。

化学实验基本操作能正确掌握常用固体药品、液体药品的取用和存放、溶解、过滤、蒸发、结晶、提纯、加热、制气、集气等基本操作,同时还要求能正确画出多数操作的装置。对错误的实验操作,不仅能指出错在哪儿,为什么错,还能知道正确操作的方法。

①倾倒液体试剂②熄灭酒精灯③加热烧瓶[例题1]写出下列实验所需主要仪器名称(只写一种)。

①收集气体需用;②量取一定体积的液体需用;③溶解较多量固体时需用;④取用粉末状固体药品,一般使用。

[例题2]下列操作有哪些错误?请纠正之。(用文字叙述)通过例1和例2,应该使学生对基本操作达到:①常用仪器的名称要记准确并能知道它的主要用途;②在掌握正确基本操作的前提下才能指出错误操作在什么地方,共有几处错,为什么会发生这样的错误,如何改正。

物质的制备(1)溶液的配制。初中只学了百分比浓渡溶液的配制,要求掌握配制过程:计算→称量(或量取)→溶解,以及使用的仪器:烧杯、量筒、天平、玻棒。

(2)重要气体的制备。初中化学要求学生熟练掌握氧气、氢气、二氧化碳等气体的实验室制法。对于这3种气体实验室制取要求是:①选择适当的反应,明确反应原理;②根据反应条件及反应物状态,选择合适装置和仪器。如氧气属固+固加热型;氢气、二氧化碳属固+液不加热型。在复习中采用列表归纳总结对比的方法,这样便于学习和记忆。

对如何收集气体,只要掌握各种气体的性质(主要指物性),则收集气体的方法可归纳为:①凡是不跟空气反应的气体,均可采用排空气法收集。空气的平均分子量为29。若气体的分子量<29时,采用向下排空气法收集,如氢气;或气体的分子量>29时,采用向上排空气法收集,如氧气、二氧化碳等;②凡是难溶于水的气体,均可采用排水法收集,如氢气、氧气等;③排水法收集的气体要比排空气法收集的气体纯净,所以一般多用排水法收集。

[例题3]下面是实验室常用的一些气体发生装置和收集装置图,现要用其来制取氧气、氢气、二氧化碳3种气体。(1)若将图A与图D组合可用来制取和收集;(2)若用图B和图D组合,可用来制取和收集;(3)用来制取和收集二氧化碳的装置,只能用和组合。

[例题4]实验室有下列5种组合仪器装置可供选用。

做氢气还原氧化铜实验时,需要纯净、干燥的氢气,但制出的氢气中往往混有少量水蒸汽和氯化氢气体,请你选用上面组合仪器中的若干种,组成一套正确、合理的装置。

①如果气体由左向右流向,选用上面仪器的正确连接顺序是(填装置标号)。

②仪器间导管的连接顺序是()接()()接()()接()。

对[例题3]分析讨论,应让学生明确掌握制取气体和收集气体的问题。制取气体:图A装置应掌握凡是加热固体物质原则上试管底部略高于试管口部,其原因是为了防止加热时固体物质中湿存水倒流致使试管炸裂;图B装置适合于初中所学氢气、二氧化碳气体的制取。气体的收集:这就要根据气体的物理性质(如密度、溶解性等)来确定(如是用排水法还是向上或向下排空气法)。氢气难溶于水,将图B与图D配套即可;二氧化碳能溶于水、比空气重,所以将图B与图C配套即可。

而对于[例题4]是一道综合性实验题,难度大、知识覆盖面广,这就要求学生不仅要有坚实的基础知识并能灵活运用才行。此题首先引导学生明确做氢气还原氧化铜实验时,氢气必须是纯净的。若氢气不纯,怎么办?必须净化。即除掉水蒸汽和氯化氢气体。怎么除掉这些杂质?一般按照先除掉有毒、有气味的气体,再除掉水蒸汽。因此根据这个原则,所选用的仪器顺序必然是①⑤③②。而对于第2小题问题就容易多了,不过一定要注意的也就是学生最容易出问题多的地方:进气导管长(若有液体都要插入液面内)、出气导管短,这也是一般规律。以后再遇到此类问题也就不难了。