趙　琦

《實驗化學》是新中國成立以來首次將化學實驗設置成獨立的選修模塊。該課程作為浙江省高考必考模塊在全省開設的過程中遇到了課時不足、儀器短缺、藥品消耗量大、環(huán)境污染嚴重等困難。教學過程多沿用標準化的儀器組合,程式化的操作規(guī)程,側重于操作模仿層面,缺乏對創(chuàng)新精神的養(yǎng)育。

近年來,微型實驗的儀器材質(zhì)、功能、安全性及操作簡化程度進步明顯。[1]其簡約、綠色、易操作、適合單人實驗的優(yōu)勢能克服《實驗化學》教學過程中遇到的部分困難,實現(xiàn)實驗的創(chuàng)新教學。

一、微型實驗優(yōu)化教學模式

化學實驗教學模式通常為演示講授式和學生分組實驗。這兩種模式都不能讓學生獨自完成全部實驗內(nèi)容,無需主動提出和發(fā)現(xiàn)問題,無法對解決問題的思路和方法進行嘗試探究。以探究實驗為主體的單人隨堂實驗雖然給予學生發(fā)現(xiàn)問題、科學嘗試、解決問題的機會。然而常規(guī)實驗儀器價格高、裝置復雜、藥品用量大、污染嚴重,不宜帶入教室等因素,制約了單人隨堂實驗的開設。

使用微型實驗技術可以解決以上問題。例如“Cl₂的生產(chǎn)原理和性質(zhì)”這一節(jié)中,既有工業(yè)上電解法制Cl₂的模擬實驗,又介紹實驗室制Cl₂的方法,還要完成Cl₂性質(zhì)實驗。教學量大,教學節(jié)奏快,空氣污染嚴重。我們布置了相關研究課題,讓學生通過書本、網(wǎng)絡尋找實驗方案,選用微型實驗完成教學任務。圖1是電解法制Cl₂的微型裝置,充滿H₂、Cl₂混合氣的肥皂泡能被點燃;圖2是用廢CD盒改制的實驗室制Cl₂和性質(zhì)檢驗裝置。微型實驗的Cl₂產(chǎn)量少,便于尾氣處理,可在教室內(nèi)進行。再如“火柴頭中硫元素、氯元素檢驗”的常規(guī)實驗需點燃十余根火柴,分步檢驗兩種元素,室內(nèi)污染嚴重且成功率低。運用圖3所示微型實驗裝置只需1根火柴就能觀察到SO₂使酸性KMnO₄褪色現(xiàn)象,側轉試管使AgNO₃浸沒火柴頭又現(xiàn)白色AgCl沉淀。操作簡單、污染少、成功率高。

實驗后三天和兩周,對“氯氣”實驗教學效果進行跟蹤測試,結果如下表。

跟蹤測試表明使用微型實驗,讓學生親手實踐,得到的感性材料更易接受,不易遺忘。

二、從思維創(chuàng)新的角度來審視微型化學

創(chuàng)新思維是指有創(chuàng)建的思維,即通過思維不僅揭露客觀事物的本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系,而且能指引人們?nèi)カ@得新知識或以前未曾發(fā)現(xiàn)的問題解釋。在教學中表現(xiàn)為對知識的牢固掌握和實驗探究能力的增強。

1. 微型化學實驗有助于掌握知識

化學實驗知識包括實驗事實、實驗儀器和藥品安全知識。獲取實驗事實的途徑是提供直觀材料,讓學生親手實踐。微型實驗讓學生親自動手,近距離觀察,獲得的感性材料比較完整、清晰、正確。微型化的實驗裝置是常規(guī)實驗裝置的變形,讓學生明白常規(guī)實驗裝置的原理以后再用微型實驗裝置進行分析、探究,正是創(chuàng)新精神的體現(xiàn)。

我們對使用相同教材的兩個平行班作對照實驗:08屆A班級作為實驗班,用微型實驗代替部分常規(guī)實驗,08屆B班級作為對照班,沿用常規(guī)實驗,教學成績變化如下表:

結果顯示,實驗班的教學效果好。訪談發(fā)現(xiàn),微型實驗給學生一個探索問題,獲取知識的機會。他們在獲取知識后有一種強烈的愉悅感,這種愉悅感將實驗提供的感知興趣演變?yōu)樘骄颗d趣,成為大幅提高學習成績的動力。這種愉悅感在所謂的“差生”中表現(xiàn)明顯,因而轉化效果也更顯著。

2. 微型實驗提升實驗探究能力

實驗探究能力是在教學中運用實驗來探究化學物質(zhì)及其變化本質(zhì)和規(guī)律的能力。[2]提升實驗探究能力包含以下兩個途徑。

(1)增加主體活動量

一般而言,主體活動量越大,越能發(fā)現(xiàn)和解決問題。微型實驗賦予學生大量單人作業(yè)的機會,教學活動量大增,為學生提出問題提供可能。

例如課題實驗“亞硝酸鈉和食鹽的鑒別”,方案很多,現(xiàn)象復雜,若僅用單一的性質(zhì)實驗讓學生體會兩者化學性質(zhì)之差異稍顯蒼白。運用微型實驗:在塑料投影膠片上,將亞硝酸鈉溶液排成3行3列之矩陣。分別加入 ①Na₂S和稀H₂SO₄、②銅屑和稀HCl、③酸性KMnO₄、④酸化的K₂Cr₂O₇、⑤溴水、⑥先加AgNO₃,后加稀HNO₃、⑦蘋果、⑧酚酞、⑨KI和稀H₂SO₄,觀察現(xiàn)象,推斷NaNO₂化學性質(zhì)。在研究NaNO₂溶液顯堿性時,多數(shù)學生發(fā)現(xiàn)NaNO₂飽和溶液能使酚酞變紅,稀溶液不使酚酞變紅。另有部分學生發(fā)現(xiàn)稀H₂SO₄會使KI變黃,認為這一NaNO₂的檢驗方案值得商榷;還有同學用水果作嘗試,發(fā)現(xiàn)越“酸”的水果被氧化而褐變的速度越快。實踐證明,開展微型實驗有助于發(fā)現(xiàn)問題和提出問題。

(2)激發(fā)主體求知欲

求知欲是人追求某種現(xiàn)象或某個問題的內(nèi)部動因。微型實驗讓學生人人動手,不僅發(fā)現(xiàn)了許多問題,也激起了學生的好奇心和求知欲,形成自覺型實驗態(tài)度。在進行電解飽和食鹽水實驗后,有同學提出電解食鹽稀溶液現(xiàn)象如何?我們設計了微型探究實驗,幾乎所有學生都發(fā)現(xiàn)有氧氣生成。還有同學在課余用銅電極電解飽和食鹽水,并對電解取得的橙色沉淀做深入分析。新現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),新假設的提出,是順利解決問題的關鍵,這些書本中未出現(xiàn)的現(xiàn)象激勵著學生去學習更多知識。

三、微型實驗與高中化學教法整合的新進展

1. 微型“分鐘實驗”營造教學情境

“分鐘實驗”是簡單、快速、不用特殊實驗儀器的小實驗,[3]具有快速高效的特點。在賦予學生親自操作機會的同時營造了教學情境。例如“用紙層析法分析Fe3+和Cu2+”新授課引課時,先給學生一支粉筆,分別用紅色水筆和藍色水筆在接近粉筆底部的同一地方畫圈,再放于水中進行層析分離,如圖4。通過實驗,學生不僅獲得了層析的初步印象和操作步驟,更激發(fā)其系統(tǒng)、深入學習層析技術的欲望,達到營造教學情景的目的。

2. 微型“發(fā)現(xiàn)實驗”激發(fā)思維動機

“發(fā)現(xiàn)實驗”是指在每節(jié)課的開頭,用簡單的實驗提出問題,引導學生進入本節(jié)課的學習;也可在前一節(jié)課尾聲用實驗引出值得思考的問題,留待下次上課解決。例如在上“水果中維生素C含量的測定”前,我們給學生一片維生素C藥片,半滴管白醋,數(shù)滴淀粉溶液,一小撮碘鹽,引導學生在六孔井穴板(或小量杯)中檢驗食鹽中的碘元素。結果四分之一的學生發(fā)現(xiàn)淀粉變藍,證明有I₂生成,現(xiàn)象如圖5。其余學生卻未見淀粉變藍。造成這種現(xiàn)象的原因是什么?學生通過后續(xù)學習懂得了維生素C能把IO₃^-還原成I₂,進而繼續(xù)還原成I^-的事實,明白了藥品用量對實驗結果的巨大影響。

3. 整合手持技術開發(fā)微型定量實驗

我國部分地區(qū)的中學實驗室已經(jīng)開始配備傳感器、數(shù)據(jù)采集器,為利用傳感器進行微型實驗提供了物質(zhì)基礎。我們使用Vernier LabPro數(shù)據(jù)采集器和電流傳感器,Logger Pro數(shù)據(jù)處理軟件在六孔井穴板中利用電解法測定阿伏加德羅常數(shù)。電解時間從1小時縮短到20分鐘;采用電腦自動積分獲得電量,避免電流突變引起的誤差。實驗過程無需守候觀察電流變化,贏得了寶貴的教學時間。隨著化學實驗探頭配備的不斷完善,微型實驗與手持數(shù)據(jù)采集器的整合成為研究的又一方向。

正如戴安邦先生寫給微型實驗的題詞:“大力推行微型實驗……學生在實驗室的作業(yè)中,不僅學到第一手的知識技能,更能受到科學思維與方法的訓練?！睂嶒灲虒W改革是在實驗設計和儀器發(fā)展的基礎上,兼容并包地創(chuàng)新運用多種先進教學方法,優(yōu)化教學質(zhì)量。期待微型實驗使每位學生萌發(fā)的創(chuàng)新之花都結出豐碩的果實。

參考文獻:

[1] 宋心琦.關于發(fā)展和推廣微型化學實驗的一點看法[J].發(fā)明與創(chuàng)新(微型實驗專輯),2007(7):1-2.

[2] 王祖浩,王磊.化學課程標準(實驗)解讀[M].湖北:湖北教育出版社,2004:212.

[3] 王磊.化學比較教育[M].南寧:廣西教育出版社,2006:273.