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真實性原則?;瘜W課外小實驗,必須是學生親自參與、自己動手或者是小組合作完成,這就要求實驗的設計要真實,實驗的過程與步驟要真實,實驗現(xiàn)象的記錄要真實,實驗的結果要真實,實驗報告要真實。決不能抄襲照搬他人的作品,不能憑空臆造實驗現(xiàn)象和實驗結果,也不能以理論去剪裁事實?;瘜W小實驗要實事求是,追求實驗的真實性。
創(chuàng)新性原則。創(chuàng)新是課外小實驗的靈魂,化學課外小實驗貴在創(chuàng)新,沒有創(chuàng)新的課外小實驗是沒有吸引力和生命力的。在學生設計的化學課外小實驗中,對教材中實驗裝置的改進是創(chuàng)新,巧妙的設計思路是創(chuàng)新,尋找到恰當的替代品是創(chuàng)新,驗證課本中的概念、原理是創(chuàng)新,將學到的化學知識應用于生活實踐是創(chuàng)新,自己獨立設計化學實驗更是創(chuàng)新。所以,評價一個課外小實驗的關鍵,就在于有沒有創(chuàng)新。
趣味性原則?;瘜W課外小實驗有一個重要的特點,那就是將趣味性與化學知識、化學技能及生活實際有機結合。學生在動手實驗的過程中,不僅學習了知識與技能,更重要的是從巧妙的實驗設計、奇妙的實驗現(xiàn)象中享受到了探索的樂趣,體驗到了學習的快樂,被激發(fā)出了強烈的創(chuàng)新欲望和靈感,并逐漸變得敢于質疑、勤于思考、積極動手、大膽創(chuàng)新。因此,一個有趣的化學小實驗,往往會成為學生堅持不懈地開展課外實驗的催化劑。
客觀性原則。在評價學生設計的課外小實驗時,教師還要遵循客觀性原則,即要對實驗的各個方面、各個環(huán)節(jié)做出實事求是的客觀評價。不足的方面、錯誤的地方均應指出,并說明理由,提出改進意見,不能有意回避。而對于好的實驗設計,如設計新穎、構思巧妙、操作簡便、現(xiàn)象明顯、誤差分析到位、實驗反思深刻等優(yōu)點,教師都要給予充分的肯定。
激勵性原則。一個課外小實驗做完后,學生都會將自己的實驗作品、實驗成果視為“寶貝”,期待得到教師的肯定。這時,教師的一句贊揚、一個肯定都會使他們增添無窮的信心和極大的動力。所以,在進行實驗評價時,教師在指出學生不足的同時,更多地要找出其優(yōu)點及時表揚,哪怕是一個不太成熟甚至是一個失敗的課外小實驗,老師也要對學生的積極態(tài)度給予肯定,千萬不能打擊學生的積極性。
二、化學課外小實驗的評價策略
教師在指導學生進行課外小實驗的過程中,需要讓學生明白各項原則的內容及意義,并依據這些原則去設計、去動手做實驗,以保證化學課外小實驗順利、高效地進行。
實驗活動小組成員之間也要根據小實驗的評價原則,對其他成員的設計方案、實驗過程、實驗效果、實驗報告等情況進行評價,通過相互討論,汲取他人的優(yōu)點,發(fā)現(xiàn)自己的不足并加以改進。然后,教師參考學生的互評結果和學生參與的積極性,評出優(yōu)秀個人、優(yōu)秀小組,并給予一定的獎勵,如一支筆、一個筆記本等。教師的評價要以激勵為主,表揚面要寬。另外,評價一定要及時,不可滯后。
一、從小處和基礎著手,培養(yǎng)學生的基礎實驗能力
1.學生的實驗能力需要在實驗過程中逐步培養(yǎng)提高
學生的實驗能力的形成和發(fā)展是循序漸進、日積月累的,因此在新課教學中,教師要重視學生實驗的基本內容教學。每一個學生實驗都應該讓學生明確此實驗的目的、實驗原理和方法、實驗所控制的條件、實驗所需要的器材及這些器材的使用方法、實驗操作步驟、實驗的注意事項、實驗的數據處理方法和實驗結論分析等,并要求學生認真做好每個學生實驗。
2.注意培養(yǎng)學生的良好實驗習慣,形成科學的實驗素養(yǎng)
實驗操作具有條理性,實驗操作的全過程包括儀器調節(jié)、觀察操作、儀器整理。教師要有意識地培養(yǎng)學生良好的實驗習慣,使之形成科學的實驗素養(yǎng)。同時實驗操作必須具有可行性和相對準確性。在操作過程中有意識地讓學生討論實驗的可行性和可操作性,避免學生以后自己設計實驗時紙上談兵。在測量型實驗中逐步讓學生學會分析誤差來源,認真討論誤差來源,分析如何減小誤差。在討論中活躍思路,在思考中形成嚴肅認真、一絲不茍的實驗風格。
二、培養(yǎng)學生“制訂計劃與設計實驗”的意識與能力
1.放手,讓學生經歷“制訂計劃與設計實驗”的過程
“制訂計劃與設計實驗”是科學探究過程中重要的環(huán)節(jié)。它要求探究者從操作的角度把猜想與假設具體化、程序化,為科學探究的具體實施作出規(guī)劃。傳統(tǒng)的物理教材和教學對物理知識和問題的處理多為呈現(xiàn)式和驗證式。學生較少經歷自主設計實驗、探究物理問題的過程。學生便會形成按圖索驥、照搬程序、機械實驗的習慣,學生的創(chuàng)造力無法萌芽。放手讓學生經歷“制訂計劃與設計實驗”的過程,已成當務之急。放手,讓學生經歷,就是培養(yǎng)學生探究設計能力的一項基本策略。設計實驗對初學物理的學生來說是很難的。這就像幼兒學走路一樣,如果大人擔心其跌倒,不放手讓其獨立行走,那么,幼兒就很難學會走路?!敖洑v”是幼兒學會走路的必然過程,同樣也是學生學會設計的必然過程。
2.引導,讓學生嘗試考慮影響問題的主要因素,建立控制變量的初步意識
“制訂計劃與設計實驗”研究物理問題,需要考慮影響問題的因素,以便確定觀察、測量對象等事項。具體的物理學及其相關問題,有的是由多個因素共同造成的,即一個因變量對應著多個自變量,要確認每個自變量的關系就要控制其他變量的變化。這對于初學物理的初中學生來說具有一定的難度,對于教者來說其基本的策略是“引導”。
(1)引導學生進行案例學習,建立控制變量的意識
通過重現(xiàn)他人已進行過的探究案例,使學生得到啟示。如伽利略在慣性原理發(fā)現(xiàn)之前做的斜槽小球實驗,就采用了控制變量的方法,固定第一斜槽的角度,控制同質量的小球滾到斜槽底端時的速度相同,看小球在第二斜槽上運動的距離。改變第二斜槽的坡度使之不斷減小,小球會運動得很遠;使槽軌更光滑,小球將運動得很遠、很遠。再如,研究彈簧的彈力大小與哪些因素有關?人們猜想彈力的大小與彈簧被拉伸的長度和彈簧自身的一些條件(材料、形狀)有關。這里主要有兩方面的因素影響彈簧的彈力大小。設計實驗時先控制一個量不變,用相同的彈簧,讓其拉伸不同的長度,測量彈力與長度改變的關系;然后選用不同材料和形狀的彈簧,控制同樣的拉伸長度做實驗。彈簧被拉伸和被壓縮相同長度時彈力一樣嗎?探究者還進行了這方面的實驗。
(2)引導學生嘗試采用列舉和歸類的方法,尋找影響問題的因素
對表象異樣、本質相同的因素進行歸類合并,設計實驗。如影響蒸發(fā)快慢的因素有哪些?教師可讓學生利用已有的生活經驗進行列舉,提出各種猜想。學生可能會提出如下一些猜想:①含有水分的物體運動越快蒸發(fā)越快;②向水面吹風,水分蒸發(fā)加快;③水溫越高水分蒸發(fā)越快;④敞口容器中水分蒸發(fā)得快;⑤水分暴露在空中的面積越大,水分蒸發(fā)越快。針對這些猜想組織學生討論:這些現(xiàn)象從本質上看有哪些是相同的?在學生討論的基礎上引導學生將影響蒸發(fā)快慢的因素歸類為三項因素:水面空氣流速(①②④);溫度(③);水的表面積(④⑤),從而采用控制變量法設計三個實驗,進行研究。
三、在篩選猜想中設計實驗
關鍵詞: 化學實驗設計 類型和內容 教學策略
一、化學實驗設計對發(fā)展學生科學探究能力的意義
所謂化學實驗設計,是指學生在實施化學實驗之前,根據一定的化學實驗目的和要求,運用有關的化學知識與技能、科學過程與方法,對化學實驗的儀器、裝置、步驟和操作方法進行規(guī)范的一種規(guī)則?;瘜W實驗設計對于發(fā)展學生的科學探究能力、提高他們的科學素養(yǎng)具有重要的意義。首先,它可以激發(fā)學生的化學學習興趣。學生根據自己所學的化學知識,獨立地或在教師啟發(fā)下,設計出各種實驗方案,成功地解決化學實驗問題,從而產生成功后的喜悅,激發(fā)起更大的學習熱情,成為進一步學習的強勁動力。其次,設計化學實驗方案需要學生靈活地和創(chuàng)造性地運用所學的化學基本能力和創(chuàng)造能力。最后,進行化學實驗設計還需要學生掌握各種科學方法(如實驗、測定、實驗條件的控制、假說等),具有嚴肅認真、一絲不茍和敢于創(chuàng)新的精神,有利于學生認識和掌握科學過程與科學方法,形成正確的化學實驗態(tài)度、情感與價值。
二、化學實驗設計的類型和內容
根據不同的標準,我們可以將高中化學實驗教學中的實驗設計劃成不同的類型。根據實驗在化學教學認識過程中的作用,它可以分為:
1.啟發(fā)性(或探索性)實驗的設計。
這類實驗是在課堂教學中配合其他化學知識的學習進行的,多采取隨堂實驗的形式。在引導學生進行設計時,我們要注意效果明顯、容易操作、時間短和安全可靠。
2.驗證性實驗的設計。
這類實驗目的主要是驗證化學假說和理論,多采取學生實驗課或邊講邊實驗的形式。在引導學生進行設計時,除了上述要求外,我們還要注意其作為證據對猜想與假設是否具有較強的說服力。
3.運用性實驗的設計。
這類實驗的目的是綜合運用所學的化學知識和技能,通過化學實驗解決一些與化學有關的實際問題。在引導學生進行設計時,我們要注意靈活性和綜合性,盡可能設計多種方案,并加以比較,進而進行優(yōu)選。
根據化學實驗的工具,它可劃分為以下兩種類型:
(1)化學實驗儀器、裝置和藥品的改進或代替。
(2)化學實驗方法的改進。一方面,這主要是由于高中化學教課書中,有的實驗因裝置過于繁雜、操作不太方便、方法不合適、可見度較低而影響化學教學效果,因此需要改進方案,重新設計。另一方面,由于高中生受到種種條件的限制,常會發(fā)生缺少某些儀器、藥品的情況,因而需要自制一些儀器和代用品,采用微型實驗,所以也需要對實驗重新進行設計。
三、化學實驗設計的原則
1.科學性原則。
科學性是指實驗原理、實驗程序和操作方法必須與化學理論知識和化學實驗方法論相一致,這是化學實驗設計的首要原則。例如Na2S和Na2SO3的鑒別,在試劑的選擇上就不宜選用硝酸等具有氧化性的酸;在操作程序的設計上,應先溶解,取少量溶液,然后加試劑,而不能溶解后就加入試劑。
2.可行性原則。
可行性是指設計化學實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行,所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學的條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別,有的學生常選用AgNO3做試劑,認為AgCl難溶、Ag2SO4微溶,從而把兩者加以區(qū)分。事實上,這種方法所依據的原理在實施時是不可行的。因為硫酸銀不穩(wěn)定,很容易分解成難溶的氧化銀。
3.綠色化原則。
綠色化學是21世紀化學科學的一個重要發(fā)展方向,也是中學化學教學中,學生應樹立的基本化學觀念之一。綠色化學倡導從源頭上就盡可能地消除或減少有毒、有害化學物質對環(huán)境的影響,要想實現(xiàn)這一目標,必須首先從化學實驗設計做起。在化學實驗設計中體現(xiàn)綠色化學思想,就要遵循化學實驗設計的綠色化原則,即在化學反應原料的選擇、化學反應的條件的選擇、化學反應的產物、化學實驗的操作等環(huán)節(jié)都要貫徹綠色化學思想。
四、發(fā)展學生化學實驗設計能力的教學策略
1.盡可能為學生提供進行化學實驗設計的機會。
化學實驗設計能力,是實驗探究能力的重要組成部分。進行化學實驗設計的過程,也就是學生經歷制定實驗探究活動計劃,發(fā)展實驗探究能力的過程。因此,我們在化學實驗教學中,要盡可能多地為學生創(chuàng)造進行化學實驗設計的機會,使學生在化學實驗設計的過程中,體會實驗設計的重要性,認識實驗設計應遵循的基本原則,初步掌握化學實驗設計的基本方法。
2.增強發(fā)展學生化學實驗設計能力的計劃性。
增強發(fā)展化學實驗設計能力的計劃性是發(fā)展學生的化學實驗設計能力很重要的一個方面。我們應根據化學實驗教學內容的特點、學生知識與技能的基礎和能力發(fā)展水平,有目的、分階段地制定化學實驗設計能力的發(fā)展計劃。
【關鍵詞】微型;實驗;功能;設計
微型化學實驗,就是以節(jié)約原料簡化裝置為前提來取得化學信息,其效果要求達到現(xiàn)象明顯、安全環(huán)保、操作簡便為目的的實驗方法和技術。20世紀80年代初,微型化學實驗起源于美國,是一種被認可的、并以體現(xiàn)“綠色化學”理念為核心的、化學實驗新技術和新方法。被贊譽為化學實驗里的一場革新。本文對微型化實驗的功能和微型化實驗設計進行研究分析以順應新課程教學改革對化學實驗課的要求。
一、微型化實驗的功能
1.微型化的實驗教學,是對化學實驗課的發(fā)展和補充,是培養(yǎng)學生實驗能力、提高實驗技能的重要途徑,也是對教師傳統(tǒng)實驗課的實施和實驗技能的挑戰(zhàn)。
2.微型化的實驗教學,能充分張揚學生的個性,激發(fā)學生的潛能。
3.微型試驗不僅能滿足學生的求知需求,而且微型化學實驗儀器具有容易攜帶、不易破碎、經濟環(huán)保等優(yōu)點,使每個學生都有條件實現(xiàn)自己的實驗設計,體驗化學的樂趣。
4.微型試驗更能體現(xiàn)啟發(fā)性、探索性教學。
5.化學實驗的微型化可以讓更多的學生參與到化學實驗的操作體驗中來,通過準備階段、設計方案到實驗的實施及產品的獲取、結論的得出,培養(yǎng)了學生嚴謹的科學態(tài)度。
二、微型化實驗設計
1.微型化實驗設計的原則
型化實驗設計的原則不僅遵循化學實驗的原則還有自身的特點。
(1)科學性是實驗設計的首要原則。微型化實驗設計過程中雖然要求簡捷,但仍然要符合客觀事實,不能憑空設計。
(2)其次是安全性原則。安全性要求對環(huán)境無污染,對人身無傷害。
(3)微型化原則。實驗設計能夠體現(xiàn)微型實驗儀器小巧便攜、不易破碎、經濟環(huán)保、操作易行等優(yōu)點。
2.微型化實驗設計的方案
實驗設計的方案的形式有多種,內容主要包括實驗名稱、實驗目的和實驗設計的思路等八個主要方面。
(1)實驗名稱:明確驗證物質的制備、性質或者用途。
制備SO2并驗證其性質實驗
(2)實驗目的和實驗設計的思路。明確實驗的目的,設計合理、科學,選擇最佳途徑。通過實驗,實現(xiàn)哪些實驗的微型化。
①對SO2制備、性質、及尾氣處理實驗進行微型化改進,經濟環(huán)保、操作易行。
②培養(yǎng)培養(yǎng)了學生的環(huán)保意識、資源意識、安全意識、創(chuàng)新意識。
(3)實驗原理:運用了哪些實驗原理,驗證哪些性質。
運用SO2氣體的制備及檢驗SO2性質漂白性、氧化性、還原性、酸性氧化物性質。
(4)實驗器材和用品:根據實驗目的和實驗設計的思路選擇恰當的實驗器材和用品。
水槽一個、100mL小燒杯、250mL大燒杯、濾紙條
(5)實驗步驟:體現(xiàn)微型化實驗的要求,更加簡便,節(jié)約原料,環(huán)保及實驗過程中有關注意事項。
步驟:
①把20.0克亞硫酸鈉固體放入100mL的小燒杯里,把100mL的小燒杯放在裝適量濃度約為5moL/LNaOH溶液的培養(yǎng)皿里(可用水槽代替)。
②將一個250mL的干燥大燒杯底部粘上一條濕潤的PH試紙(可用藍色石蕊試紙代替),一條浸有品紅溶液的濾紙條,一條浸有高錳酸鉀溶液的濾紙條,一條浸有硫化氫溶液的濾紙條。
③向小燒杯中的亞硫酸鈉固體上滴加濃硫酸, 立即蓋上250mL的大燒杯(NaOH溶液應封閉250ml燒杯下口),多余的SO2被培養(yǎng)皿里的NaOH溶液吸收。
注意事項:步驟②中將一個250mL的干燥大燒杯底部粘上三條紙條時,操作不能太慢,濾紙條上的溶液不能太多也不能太少,否則實驗現(xiàn)象不佳。
(6)實驗現(xiàn)象:通過現(xiàn)象驗證了什么性質,與預期的效果怎樣。
現(xiàn)象:
①通過PH試紙變紅色不褪色,證明二氧化硫是酸性氧化物。
②通^使浸有品紅溶液的濾紙褪色,證明二氧化硫有漂白性。并能與①對比說明二氧化硫漂白性的局限性。
③通過使浸有硫化氫溶液的濾紙表面產生淡黃色固體說明二氧化硫有氧化性?;瘜W反應方程式:SO2+2H2S=3S+2H2O
④通過使浸有高錳酸鉀溶液的濾紙褪色,證明二氧化硫有還原性而不是漂白性。
化學反應方程式:5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO4
+2H2SO4
⑤多余的SO2被培養(yǎng)皿里的NaOH溶液吸收。有害氣體不會外泄,保護了工作環(huán)境。化學反應方程式是:2NaOH+SO2
=Na2SO3+H2O
效果:顯色效果明顯,課堂效果較好。
(7)實驗裝置:新舊實驗裝置對比,清晰直觀展現(xiàn)微型化實驗的功能。
(8)與傳統(tǒng)實驗相比的創(chuàng)新點:運用對比的方法,寫出實驗的創(chuàng)新點。
與傳統(tǒng)SO2實驗原理(如圖)對比:通過對SO2性質實驗進行改進,打破常規(guī)思路中,該裝置中不僅有SO2的制取裝置、性質檢驗裝置、還要有尾氣處理裝置,該設計的創(chuàng)新點是裝置簡單,藥品用量少,操作易行,便于攜帶,低碳環(huán)保。
通過微型化實驗的設計,學生們不但需要熟練掌握實驗操作技能,還需要對知識靈活變通;既要動腦又要動手,甚至還要查閱資料,從設計實驗到實驗的實施,學生綜合實驗能力逐步提高,并真真切切體會到化學的神奇,從而帶動學生對化學的熱愛,激發(fā)潛能,培養(yǎng)出素質人才。這正是新課程教學改革對化學實驗課的要求。
【參考文獻】
[1]劉貴銀.化學實驗教學中創(chuàng)造能力的培養(yǎng),《化學教學》
1.1實驗的設計應符合從源頭上消除污染的原則
目前有機化學實驗的設置主要從鍛煉學生實驗操作技能的角度出發(fā),對有機化學實驗的內容進行設計。很少考慮到設置的有機化學實驗會對實驗室的環(huán)境帶來什么污染問題,因為會有不同的聲音說,實驗室規(guī)模這么小,能帶來多大的環(huán)境污染?其實此言差矣,如果有機化學實驗設計不當,不但會給進行實驗的同學身體上帶來傷害,并且同學們也認為有機化學實驗和人們眼中傳統(tǒng)的化工產業(yè)同樣是高毒、高污染的。其實,不只是普通民眾一說到化學或化工就與“環(huán)境污染嚴重”等字眼聯(lián)系到一塊。在我們學習化工專業(yè)的同學中也存在這種言論,如果不能正確引導化工或化學專業(yè)的學生正確認識化工行業(yè)所帶來的環(huán)境污染問題,會導致整個社會對化工行業(yè)的抵觸。這兩年,民眾集體抵制的“PX”項目就是因為民眾對“對二甲苯”行業(yè)認識不夠所引起的社會反響。因此,我們在有機化學實驗設置中,就應考慮到正確引導學生對化學學科正確價值觀,讓同學們意識到有機化學實驗乃至化工行業(yè)可從源頭上減少或消除環(huán)境問題,目前化工行業(yè)所引起的不良影響是化學技術發(fā)展落后所導致的。隨著化學技術的飛速發(fā)展,綠色化學的理念深入人心,人們眼中的傳統(tǒng)化工行業(yè)的面貌會煥然一新。作為高校教育者,首先在有機化學實驗的設置上,應盡量選取避免產生有機廢液等副產物的有機化學反應。反應原料盡量使用低毒或無毒的化學試劑,反應溶劑盡量選擇環(huán)境友好的溶劑,最好是采用水相反應,甚至是無溶劑的化學反應,這樣即減少了學生接觸有毒有機溶劑的機會,也杜絕有毒有機溶劑的排放,以免造成不良的社會影響。
1.2實驗的選取應充分考慮原子經濟性的原則
原子經濟性(Atomeconomy)是由斯坦福大學的Trost首次提出的,是綠色化學的一個核心概念。綠色化學中的“原子經濟性”是指在精細化學品合成過程中,合成方法和工藝應遵循將所用的所有原材料盡可能多的轉化到最終產物中,盡量降低副產物生成的原則[4]。這樣既節(jié)約了資源,又避免了環(huán)境污染。在有機化學實驗課的設置上,體現(xiàn)綠色化學中的原子經濟性理念,通過設置一些原子經濟性較高的有機化學實驗,讓學生深刻認識到有機化學實驗也可以做到低污染甚至零污染排放??蛇m當選擇一些經典的高原子經濟性化學反應,例如:Click反應、康尼查羅反應(Cannizzaroreaction)、狄爾斯-阿爾德反應(Diels-Alderreaction)。
1.3實驗的選取應體現(xiàn)現(xiàn)代化學技術的進步和發(fā)展
化學學科飛速發(fā)展,有機化學尤為突出,為了提高產率,縮短反應時間,有機工作者探索了很多方法。微波促進的合成方法自1986年首次報道至今已有二十年的歷史,目前已經廣泛應用于有機化學領域[5]。但是,在本科有機化學實驗教學中卻很少使用,借助微波技術進行有機反應,反應速度較傳統(tǒng)的加熱方法快數十倍甚至上百倍。以肉桂酸的合成為例,傳統(tǒng)加熱方法和微波促進的方法均可制備。因此,應該給學生提供更廣闊的選擇,讓學生自愿選擇一種加熱方法,實驗結束后,比較兩種不同加熱方式所得到的實驗結果,用事實證明兩種加熱方法優(yōu)劣,這樣學生對實驗的原理認識更直觀、更深刻。還要鼓勵學生自己查閱文獻的能力,嘗試其他先進技術在同一種反應中的應用,這樣更能調動學生獲取知識的主觀能動性。
1.4反應用量應采用微量級別
傳統(tǒng)有機化學實驗一般采用克級規(guī)模的反應用量。其實我們有機化學實驗的初衷是通過實驗過程來驗證課堂上所學的理論知識的正確性,通過實驗現(xiàn)象加深對理論知識的理解和鞏固。因此,大量化學試劑的使用會增加資源的浪費。微量反應同樣可達到傳統(tǒng)規(guī)模用量實驗教學的效果,同時節(jié)省了資源,也降低了有機廢物的排放。
2結論
【關鍵詞】大學;綠色化學;實驗體系;構建;設想
【中圖分類號】O6-4【文獻標識碼】B【文章編號】2095-3089(2017)32-0019-01
化學學習的學習離不開實驗,實驗是培養(yǎng)人才的關鍵之所在。通過化學實驗,學生的思維能力和實際操作和觀察能力都會得到提升,將抽象思維形象化并根植于大腦中。化學實驗課程中會涉及到各種類型、不同屬性的化學藥品及實驗器材,而化學反應本身就會生成其他的物質,對環(huán)境造成部分不可知的影響,同時實驗室長期應用必然會排放出一些廢氣和廢水,對環(huán)境的污染也是不可忽視的。綠色化學的主旨就是要倡導最大限度地降低實驗過程和后續(xù)處理的污染程度,給人們的生活和生產提供安全的空間環(huán)境。因此,在大學化學實驗中開展綠色化學活動,具有一定的現(xiàn)實意義。
一、培養(yǎng)、提升綠色化學環(huán)保意識
化學專業(yè)的學生的主要任務是對化學的專業(yè)知識進行學習,進而將所學應用到實際的解決問題當中。但是在學習的過程中,首先要對綠色化學的觀念進行熟知。因為,綠色化學不僅關系到化學實驗的成功與否,還會影響到人們的生活環(huán)境。教師應該在上課伊始就給學生們灌輸綠色化學的相關理念,在實驗當中將綠色化學思想融入到課程當中去。具有綠色化學理念的化學人才才能夠適應社會發(fā)展的需要,在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中才能貢獻自己的力量。
二、構建綠色化學實驗課程體系
1.對實驗室教學資源進行優(yōu)化
化學試驗室中有很多種不同類型的實驗器材和實驗藥品,為了對這些儀器儀表進行管理,往往會花費很大的人力、財力和物力。如果實驗器材出現(xiàn)了陳舊或者是精準度不達標的情況,必然會影響到化學實驗的精準性以及環(huán)境的保護。因此,要想構建綠色的化學實驗課程體系,首先應該從實驗器具開始,根據教學內容度實驗條件以及教學層次進行改進和完善,為綠色化學實驗的實施提供保障。
2.更新實驗選題
在綠色化學實驗課程體系建設的過程中,實驗內容是最為重要的部分。有些教學內容已經出現(xiàn)了重復、陳舊的現(xiàn)象,應該進行必要的調整,否則會影響到實驗資源的消耗,污染程度也會加大。另外,在選擇具體實驗項目時,相關的人員應該從科學性和全面性等方面來進行分析和探究,設計新的綠化化學實驗內容。實驗反應物要以無毒、無公害原則為主?;瘜W實驗需要充分結合生活生產實際,保證實驗的實用性,又要有趣味性,通過實驗來激發(fā)學生的學習興趣和探究動力。
3.改進實驗教學手段
首先,對實驗方案進行調整。實驗項目以及內容需要得到不斷地優(yōu)化,實驗藥品可以進行重復應用,比如前一項實驗的最終產物可以最為后一項實驗的原料,只要原料性質沒有發(fā)生變化,重復利用就是一種綠色實驗的體現(xiàn)。學生要對化學實驗的每一個環(huán)節(jié)都加強重視,提前預習,操作技能必須要掌握。為了減少環(huán)境污染,實驗人員可以以對實驗教學手段進行優(yōu)化處理。比如,實驗項目的選擇順序需具有一定的科學性,使用實驗儀器儀表時也要考慮到節(jié)省能耗的原則。如果實驗內容能夠得到連續(xù)化和系統(tǒng)化,相互銜接,資源的消耗以及污染程度就會大大降低。
其次,開展微型化學實驗。微型化學實驗是近年來化學實驗所提倡的一種實驗模式。微型化學實驗就是利用較少的試劑來獲得一定的化學實驗結論。如微流控技術、微反應器技術等。試劑用量雖少,但是性質不變,因此,實驗的準確性也可以得到保證。實驗產生的污染物也會減少,環(huán)境污染程度也會降低。從這一點上看,實驗的安全性以及實驗人員的健康都得到了保障。
4.探索綠色化學實驗評價模式
綠色化學實驗評價模式主要可以從三個方面來考慮,包括評價內容、評價方式以及評價主體等方面。實驗教師的實驗設計、學生實驗的過程以及產物的處理等方面都應該作為評價內容。另外,實驗評價方式可以采用兩種形式,一種是實驗結果的精準度,另一種則可以是實驗的綠色程度。評價主體的多元化可以提現(xiàn)在教師評價、學生互評等模式。總之,實驗評價模式的轉變對構建綠色化學實驗具有一定的影響性。
三、實驗三廢要及時處理
實驗廢物的處理要及時,如果實驗的產物可以應用到其他實驗當中,就可以節(jié)約很大一部分實驗藥品。化學試驗室也要做好制度建設,實現(xiàn)規(guī)范化管理?;瘜W實驗不僅要提取實驗結果,更應該將環(huán)境保護放到首位。實驗三廢不能隨意傾倒,以免影響到周圍的環(huán)境。如果廢棄物是固體,管理人員應該對其進行收集,統(tǒng)一存放,最終進行徹底處理。實驗產生的廢水、廢物、廢氣不僅會影響到實驗人員的健康,還會隨著空氣傳播到大氣當中,影響范圍越來越大,因此,綠色化學實驗進行的前提就是最大限度地降低污染。安全、環(huán)保的實驗才具有重要的意義,否則以環(huán)境為代價獲得的經濟效益不會具有長久性。
四、總結
通過以上分析和探討,大學化學專業(yè)的學生培養(yǎng)和提升自身的綠色化學意識意義重大,在具體的實踐當中也應該將綠色化學的理念融入到實驗當中。在這一過程中,不斷改進和完善教學內容、科學地進行實驗選題,對教學手段和方法進行完善,同時從教學評價模式以及實驗環(huán)境等方面加強重視。另外,涉及到最直接的方面就是實驗產生的三廢問題,科學、妥善地處理好實驗三廢也是提倡綠色化學實驗的重要保障。
參考文獻
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一、開放化學實驗的原則
開放實驗的內容必須符合科學性及可性行,且有一定的趣味性、新穎性、先進性、實踐性和創(chuàng)造性。尤其要注意有利于開發(fā)智力,培養(yǎng)能力和創(chuàng)新精神的科學活動。內容要與教材同步或稍超前或相關(既運用現(xiàn)有的知識或稍加學習就能解決的實驗),并且與生產、生活和先進的科學技術知識緊密結合,這樣有利于訓練學生的觀察能力、實驗能力、研究能力、思維能力及解決問題能力等,使學生學會利用科學的方法去研究科學。開放實驗必需根據學生的志趣愛好、性格特點、認知水平和潛能等不同,以學生自愿參加為原則,這樣學生會變被動為主動,積極參與實踐,同時,也會比較自覺地接受教育,遵守實驗紀律,以利于開放實驗的順利進行。
二、開放化學實驗的類型
(1)技能型實驗
這類實驗是以實驗基本操作技能培養(yǎng)為目標,提高學生實驗操作能力和規(guī)范正確的動手能力。例如:玻璃細工(包括:斷、熔、拉、彎、吹、封等);儀器的洗滌;簡單儀器制作;常用儀器的操作;儀器的連接和組裝等。
(2)配合型實驗
這類實驗是配合課堂教學開展的,隨教學進度擬好循序漸進的訓練計劃,主要是對課堂教學內容驗證、延伸、拓寬、加深。例如:灼燒貝殼制取生石灰;雞蛋殼跟酸反應;冷卻蠟燭火焰收集炭黑;晶體的制備(硫酸銅晶體、硫代硫酸鈉晶體的制備);從胃舒平中鑒定氫氧化鋁等。
(3)趣味型實驗
化學實驗興趣是個體對化學實驗特殊的心理活動傾向,是為了獲得關于化學實驗的知識、經驗、體驗或者解決化學問題而帶有情緒色彩的意向活動。這類實驗對培養(yǎng)和激發(fā)學生對化學實驗的興趣有著積極的促進作用。例如:滴水生煙;自制植物指示劑;化學震蕩;化學刻花;用電寫字;自制豆腐;樹葉照片的制作;檸檬電池等。
(4)應用型實驗
這類實驗其目的是培養(yǎng)學生實踐能力,讓學生把學到的化學知識應用于實際,進一步增強其學習本學科的興趣。例如:衣物的化學去漬法;用活性炭作凈水器;自制波爾多液;測定酸雨PH值;從海帶中提取碘;自制肥皂;吸煙中有害成分的簡易檢驗等。
(5)探究型實驗
這類實驗讓學生通過自己的觀察、探究、分析實驗提供的素材,發(fā)現(xiàn)其中的知識、科學原理,最后得出結論。這有利于發(fā)展學生的智能結構,提高學生解決實驗問題的能力。例如:研究鐵的銹蝕條件;確定石蠟的組成元素;硫酸銅晶體中結晶水含量的測定;空氣成分的測定;黃銅中含銅量的測定;化肥有效成分測定等。
(6)設計型實驗
這類實驗讓學生通過實驗方法的改進、實驗裝置的改進、實驗操作及實驗步驟的改進、實驗習題的設計等訓練,有目的地提高學生的綜合實驗設計能力。例如:簡易啟普發(fā)生器的設計;防倒吸裝置的設計;金屬鈉與水反應實驗的改進;一氧化氮氣體制備和性質實驗的改進;碳和濃硫酸反應產物的鑒定等。
三、開放化學實驗的實踐
(1)開放實驗的形式
可以由教師開出實驗“菜單”,供學生自由選擇實驗內容。也可以由學生開出實驗“菜單”,即學生根據自己的需求和設想提出實驗申請,教師幫助審定后予以開放。參加實驗的學生可以是固定的、也可以是流動的,即學生可以根據實驗內容自行作出是否參加實驗的決定。每次開放實驗提供兩個實驗“菜單”,提前一周公布,供學生選擇預約。學生開出的實驗“菜單”,也必需提前一周提出申請,教師根據學生的預約和申請情況做好開放實驗的準備。
(2)開放實驗的要求
學生根據實驗的內容,必須明確通過實驗來解決什么問題,要求能靈活地綜合運用化學知識技能,選擇科學、有效和簡捷的實驗方法,周密地設計可行和合理的化學實驗方案。要求能恰當地選擇、使用化學儀器和試劑,正確地、獨立地、有條不紊地進行化學實驗操作和化學實驗觀察,客觀、完整和規(guī)范地記錄實驗過程、條件、現(xiàn)象和結果。要求能對獲得的化學實驗事實、數據、資料進行恰當的加工,形成科學的化學概念、判斷和推理,發(fā)現(xiàn)規(guī)律、解決問題。要求能準確、清晰、全面地表述實驗內容、過程和結果,且規(guī)范地撰寫實驗報告。教師要把化學實驗能力的培養(yǎng)、思想教育貫穿于全部實驗過程中,突出以學生為主體,教師為主導的作用。幫助學生研究和制訂切實可行的實驗方案,并逐個審閱,全程指導。要加強安全教育并對每個可能引起事故的實驗有足夠的分析和認識,給予一定的幫助。
(3)開放實驗的安排
首先應根據學校的實驗條件和學生的認識水平,研究和制定切實可行的開放實驗計劃,計劃要求有時間、地點、人數、儀器、藥品、主講教師、中心解決或研究的問題等。每一次開放實驗的內容均由備課組的一位教師承擔主講,其余教師均參與輔助指導和管理,也可以啟用各班經過培訓的化學小骨干參與管理。開放實驗的具體準備工作由實驗老師和備課組老師共同承擔。
一、化學實驗設計的意義
化學實驗設計對于發(fā)展學生的科學探究能力、提高他們的科學素養(yǎng)具有重要意義。實驗設計是運用知識和求新創(chuàng)造的過程。在這個過程中,不僅有舊知識的運用,而且有對新知識的探求。學生實驗設計技能的發(fā)展,往往說明他們的遷移能力、創(chuàng)造性和思維能力有較快的發(fā)展。通過科學實驗,他們能學會如何控制或改變實驗條件,選擇什么樣的儀器來實施實驗,如何運用規(guī)律來解釋自然現(xiàn)象,如何由諸多的現(xiàn)象歸納出本質的結論,如何探索科學規(guī)律,等等。實驗設計讓學生直接接觸科學研究的方法,使學生對預感、推測、試驗以及獨立解決問題的可能性有正確的認識。實驗設計是各種科學知識的綜合運用,是較高層次的實驗能力。實驗設計的教學意義主要有以下幾點:
(一)激發(fā)學生的化學學習興趣。學生根據自己所學的化學知識,獨立或在教師啟發(fā)下,設計出各種實驗方案,成功地解決化學實驗問題,從而產生成功后的喜悅,激發(fā)起更大的學習熱情,成為進一步學習的強勁動力。
(二)獲得親身參與研究探索的體驗。美國教育家波利亞曾指出:“獲取知識的最佳途徑是自己的體驗,因為自身體驗最清楚,也最容易得出其中的內在規(guī)律、性質和聯(lián)系?!笨茖W實驗強調學生通過自主參與一些類似于科學家從事科學研究的學習活動,獲得親身體驗和產生積極情感,逐步形成一種在日常學習和生活中喜愛質疑、樂于探究、努力求知的心理傾向,產生運用所學知識解決實際問題,并且有所發(fā)現(xiàn)、有所發(fā)明、有所創(chuàng)造的積極欲望。
(三)提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。設計化學實驗方案需要學生靈活地、創(chuàng)造性地運用所學的化學基礎知識和化學實驗基本技能,可以發(fā)展他們解決化學實驗問題的能力和創(chuàng)造能力。實驗的過程圍繞著一個需要解決的問題而展開,學生直接參與研究,并最終使問題得以解決。學生在實驗研究過程中,會激活自身儲備的知識,通過解決實際問題的探索性活動,提高自己解決問題的能力。
(四)學會分享與合作。合作的意識與能力是現(xiàn)代人所應具備的基本素質。在以往的課堂教學情境中,學生間的交流與合作缺乏充分的機會與條件,而實驗則為學生提供一個有利于溝通與合作的良好空間,學生得以在這個過程中發(fā)展樂于合作的團隊精神,學會交流和分享研究的信息、創(chuàng)意及成果,并在欣賞自己的同時,也學會欣賞別人。
(五)培養(yǎng)科學態(tài)度,增強社會責任感。學生在實驗的過程中,通過認真、踏實的探究,會逐漸養(yǎng)成嚴肅認真、一絲不茍、尊重他人意見的正確實驗態(tài)度,形成嚴謹的科學作風和克服困難的意志品質,有利于學生認識和掌握科學過程與科學方法、不滿足于現(xiàn)狀的進取精神,同時也懂得了科學知識對于自然、社會與人的意義和價值。
二、中學化學實驗設計的原則
在學生具備了一定的化學基礎知識、掌握了一定的化學實驗操作技能的基礎上,有目的的提出一些實驗問題,要求學生按照實驗目的要求,根據已學過的實驗原理和方法,設計出新的實驗方案,這是培養(yǎng)學生實事求是、獨立思考、開拓創(chuàng)新精神和能力的重要途徑。
(一)目的性原則。目的性原則是指在科學實驗設計的整個過程中,對實驗原理、用品、裝置、步驟、方法以及實驗結果等方面的設計,都應圍繞實驗的目的與要求進行。例如,一氧化碳還原氧化銅的實驗中,實驗的目的是說明一氧化碳具有還原性,可把氧化銅中的銅還原成單質,本身被氧化成二氧化碳。因此,實驗設計的立足點就是如何將黑色的氧化銅轉化為紅色的銅,如何將一氧化碳轉化為二氧化碳,并將其檢驗出來。然后據此選擇實驗試劑、儀器、裝置、反應條件、操作步驟和方法,并組裝多種有利于黑色氧化銅轉化為紅色銅的實驗裝置。
(二)科學性原則??茖W性原則是指設計的實驗原理、實驗方法、實驗裝置、實驗操作等必須與科學理論知識和科學實驗方法相一致。例如,檢驗某種無色溶液中是否含有CO32-離子,就不能通過加入鹽酸,看是否有使澄清石灰水變渾濁的氣體產生的方法來檢驗。因為若有HCO3-離子、SO32-離子、HSO3-離子的存在,此實驗中都可以產生相似的現(xiàn)象,因而有失原理、方法的科學性。
(三)可行性原則??尚行栽瓌t是指在設計科學實驗時,從實驗原理、實驗實施到實驗結果的產生,在實施時切實可行,所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學化學實驗條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別,有的學生常選用AgNO3做試劑,認為AgCl難溶、Ag2SO4微溶,從而把兩者加以區(qū)分。事實上,這種方法所依據的原理在實施時是不可行的。因為硫酸銀不穩(wěn)定很易分解成難溶的氧化銀。
(四)安全性原則。安全性原則是指在設計實驗方案時必須考慮實驗過程中的安全,盡量避免使用有毒藥品和進行具有危險性的實驗操作,如果必須使用,應在所設計的化學實驗方案中詳細寫明注意事項,以防造成環(huán)境污染和人身傷害。
(五)簡便性原則。簡便性原則要求在實驗設計時,要考慮到實驗材料容易獲得、實驗裝置簡化、實驗藥品便宜、實驗操作簡便、實驗量化簡單、實驗步驟少和實驗時間短等問題。這樣,可以避免學生在實驗設計中陷入一些繁瑣的過程中,而忽視科學實驗中的關鍵問題,如對實驗原理的思考,對實驗現(xiàn)象的分析等。
(六)綠色化原則。綠色化學是二十一世紀化學科學的一個重要發(fā)展方向,也是中學化學教學中學生應樹立的基本化學觀念之一。綠色化學倡導從源頭上就盡可能地消除或減少有毒、有害化學物質對環(huán)境的影響,要想實現(xiàn)這一目標,必須從化學實驗設計做起。在化學實驗設計中體現(xiàn)綠色化學思想,要求在化學反應原料的選擇、化學反應條件的選擇、化學反應的產物、化學實驗的操作等環(huán)節(jié)都要貫徹綠色化學思想。
三、中學化學實驗設計方法舉要
傳統(tǒng)的中學化學實驗大多以驗證性為主,由此招致不少的批評,許多人主張應將驗證性實驗改為探索性或研究性實驗。其實,驗證性實驗和探索性、研究性實驗各有不可替代的作用,關鍵是如何有效地發(fā)揮它們的功效,不管哪種形式的實驗都可有創(chuàng)新的設計。中學化學實驗設計的常用方法有:
(一)缺陷改進法。缺陷改進法指通過發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有實驗的缺陷,把現(xiàn)有實驗的缺陷進行改革或革新的方法。改進首先是發(fā)現(xiàn)問題,而創(chuàng)新就是要解決現(xiàn)有的問題,每發(fā)現(xiàn)一個缺陷、提出一個問題,也就是找到了一個創(chuàng)新的課題。
如:空氣中氧氣的含量的實驗測定。如圖1所示,利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣(4P+5O2 2P2O5),從而使容器內形成壓力差,打開止水夾后,水進入容器內。進入容器中的水的體積,可粗略地認為是空氣中所含氧氣的體積。
該實驗在設計原理上就存在不合理之處。我們知道,反應物濃度越小,反應的速率越慢。燃燒進行時,集氣瓶中氧氣的濃度越來越小,到一定的限度(此時還殘留一定量的氧氣)時,燃燒就會停止。這也是有些物質不能在空氣中燃燒,但能在氧氣中燃燒的原因。因此,從這個意義上說,利用燃燒試圖除盡空氣中的氧氣,是難以達到目的的。維持紅磷燃燒需要的氧氣濃度相對較高,因此就更無法除盡氧氣了。另外,該實驗裝置可能發(fā)生氣體泄漏的地方也較多,加之將燃燒著的紅磷伸入集氣瓶中時會加熱了內部的空氣,使之外逸,這些都會導致實驗現(xiàn)象達不到預期的效果。
要做好該實驗,關鍵要注意以下幾點:①用更易燃燒的可燃物代替紅磷(如白磷);②裝置的氣密性要好;③燃燒匙伸入集氣瓶中的速度要快,并塞緊塞子(最好沒有這一步驟)。
基于以上分析與思考,可將原實驗進行如下改進設計:
(1)用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷,使白磷燃燒。此法可以防止燃燒匙伸入集氣瓶時氣體的散逸。如圖2。
(2)用水浴加熱的辦法使白磷燃燒,也可以防止燃燒匙伸入集氣瓶內氣體的散逸。白磷的著火點僅400C,水溫稍高,足以使白磷著火燃燒。如圖3。做此實驗時,盛白磷的廣口瓶不能直接放入沸水中,也以免廣口瓶因驟熱而爆裂??上扔脺厮茉『螅賹崴⑷胪饷娴拇鬅?。
(3)用鐘罩代替集氣瓶進行實驗,如圖4所示。鐘罩下方敞口,氣體受熱膨脹時,可將水壓出一部分從產生減壓作用。用此法可減少了氣體泄漏的可能,準確性比原實驗方案高。
(4)在一端封閉的粗玻璃管內放一小粒白磷,用膠塞塞住,并將其推入到玻璃管中部,記下位置。用酒精燈微微加熱白磷,使之燃燒,可觀察到白磷燃燒有大量白煙生成,膠塞被推向外側(右側)。待裝置冷卻,膠塞逐漸向內側(左側)移動,根據膠塞停止時的位置,確定空氣中氧氣的體積。如圖5。
對化學實驗進行觀察、研究、分析,發(fā)現(xiàn)其缺陷,并在此基礎上探索改進,就可以對化學實驗進行創(chuàng)新。缺陷改進法創(chuàng)新化學實驗的一般步驟為:①選定化學實驗;②找出實驗的缺陷;③針對缺陷研究改進方案。
(二)整合法。就是將一些相關的化學實驗按某些內在聯(lián)系或特征進行新的整合,設計新的實驗方案的實驗創(chuàng)新方法。愛因斯坦曾說過:“為了滿足人類的需要而找出已知裝置的新的組合的人就是發(fā)明家?!蓖瑯?,將已有的化學實驗按一些共同特征或功能進行合理整合,使其具有某種新的功能也是對原有化學實驗的一種創(chuàng)新。
例如驗證“二氧化碳與水的反應”的化學性質,一般教材上都是將二氧化碳氣體通入到滴加了紫色石蕊試液的蒸餾水的試管里,振蕩,觀察到紫色石蕊變成紅色的現(xiàn)象。同此作出判斷,二氧化碳與水發(fā)生了反應,反應后生成了一種酸。這對于學習化學不久的初三學生來說,會存在很大的困惑:首先是第一次接觸到酸堿指示劑,對酸能使紫色石蕊變紅色的事實不知道;其次,干燥的二氧化碳能不能也使石蕊也變成紅色呢?為了能更好的解釋清楚這些問題,可以將這個實驗設計成如下圖所示方案:
用吸水性較好且有一度強度的紙折四朵小花,將其完全浸入石蕊試液中,取出晾干后,再浸入石蕊試液中,取出晾干。直到紙花變成明顯的紫色為止。
向第一朵小花上噴稀醋酸(或稀鹽酸等),紙花變紅色。說明石蕊試液遇酸變紅色;
向第二朵小花噴水,紙花不變色。說明水不能使石蕊變紅色;
將第三朵紙花放入集滿二氧化碳的集氣瓶中。紙花也不變色,說明二氧化碳不能使石蕊變色。
第四朵紙花先噴水濕潤,再放入集滿二氧化碳的集氣瓶中。紙花變紅色。說明此時有酸存在,是二氧化碳與水反應的產物碳酸。
取出第一朵和第四朵變色的紙花,分別放在酒精燈火焰上加熱。第一朵紙花不變色,第四朵紙花變紫色。由此說明碳酸不穩(wěn)定,遇熱分解。
這個實驗設計將酸使酸堿指示劑(石蕊)變色實驗、二氧化碳與水反應生成酸、碳酸不穩(wěn)定等實驗巧妙的整合在一起。裝置簡單、操作簡便、無污染、實驗現(xiàn)象明顯、趣味性濃,學生容易接受。
運用整合法創(chuàng)新化學實驗時應注意:①整合實驗應是在對原先實驗進行變形的基礎上再將它們進行的有機融合,并不是簡單的拼湊在一起;②整合后的實驗應易于操作,儀器裝置應簡明;③要有新的實驗效果。
(三)反向思維法。對于某一化學實驗,其儀器裝置都有特定的要求和用途,但并非絕對不可改變。同樣,完成某一實驗也絕非只能用某一種儀器裝置。進行化學實驗設計,涉及儀器裝置應遵循“一裝(置)多用”或“一用多裝(置)”的原則,做到“變式思考”,達到科學合理、簡單易行、便于操作。反向思維法是沿著事物的相反方向,用反方向探求的思維方式對現(xiàn)有的實驗設計進行思考,從而提出新的實驗設計的一種實驗創(chuàng)新方法。如從實驗的相反功能或性質,去設想和尋求解決問題的新途徑,從而獲得新的實驗設計。例如在演示完用碳棒(惰性電極)電解CuCl2溶液的實驗后,引導學生弄清電解原理后,將原實驗中陰陽兩根電極(此時陰極碳棒上已附著紅色的銅)調換再進行電解,可觀察到一段時間后已改成陽極的碳棒上附著的銅消失了。顯然,將陰陽兩極調換后,可以為非惰性電極作陽極時的電解原理的學習打下基礎。又如,課本中制備溴苯的實驗中是將溴和苯先加入燒瓶,然后向燒瓶中再加入鐵粉(即溴和苯靜、鐵粉動),由于反應物已全部加入燒瓶,加入催化劑后,反應劇烈無法控制,導制溴揮發(fā)并從導管溢出而達不到預期目的?;谶@個考慮,可將實驗操作改為:先將鐵粉加入燒瓶,將溴和苯的混合液加入分液漏斗,通過分液漏斗的活塞來控制滴加液體的速度,從而克服原實驗的不足。
化學實驗設計的方法很多,在實際設計過程中,所使用的方法也并不是單一的,往往是多種方法的綜合應用?;瘜W實驗設計的創(chuàng)新永無止境,各種現(xiàn)代化媒體與化學實驗的結合也為實驗創(chuàng)新提供了廣闊的領域,只要勇于探索,一定會有更多更好的創(chuàng)新實驗設計方案涌現(xiàn)出來。
化學實驗的重要性,促使了教師在化學教學中對實驗教學的不斷探索。2010年,貴州開始實施新課程方案,在新課改下的化學實驗教學應該怎樣進行呢?筆者經過近兩年的探索,對此有了一點看法。
新課改改變了老課程的教學模式,改變了以往以教師為中心的方式,更多地以學生為主,以學生的主動學習、探索為主,更大程度地調動學生學習的積極性。
(1)調動學生積極實驗的主觀能動性。新課程改革下不再嚴格區(qū)分演示實驗和學生實驗,在學校條件允許以及實驗內容允許的客觀條件下,盡量給學生動手實驗的機會。學生自己動手實驗,不僅可以培養(yǎng)學生動手能力、觀察能力、分析問題的能力,而且可以激起學生學習的興趣,有效地調動學生積極實驗的主觀能動性。美國華盛頓大學校園里有這樣的一副條幅:“我聽說了,就忘記了;我看見了,就領會了;我做了,就理解了。”這副條幅清晰可見地指出了學生自己動手實驗的重要性。
(2)重視教師在實驗教學中的作用。讓學生自己動手實驗,不是說教師就完全放手了,而是給教師增加了更多的工作。在實驗教學中,我認為教師可以這樣做:
①熟練掌握實驗目的、實驗要求、實驗步驟、實驗風險?;瘜W實驗體系有三要素:選擇作為實驗對象的物質體系;適當的儀器裝置和必要的安全措施;合理的實驗步驟和規(guī)范的操作技術。教師只有自己對實驗了如指掌,才能對學生的實驗以及實驗過程中千變萬化的情況進行指導和處理。
②實驗教學中教師要注重“5R”原則?!?R"原則就是通過減少非再生和減少非環(huán)保產品的使用,從而減少資源的損耗和污染的排放,最終實現(xiàn)降低生產成本和保護環(huán)境資源的多重目的。從環(huán)保的角度而言,教師在實驗教學中可以滲透“5R”原則,將理論學習與社會建設緊密的聯(lián)系起來,增強學生的社會責任感。例如“5R”原則中的“再生原則”,教師就可以引導學生合理使用化學實驗用品,激發(fā)學生動手、動腦的改進實驗,注重資源的再生,讓實驗更加環(huán)保。