◎ 劉發(fā)初
化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是化學(xué)科學(xué)賴以形成和發(fā)展的基礎(chǔ),更是化學(xué)教學(xué)中學(xué)生獲取化學(xué)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和檢驗(yàn)化學(xué)知識(shí)的重要媒介和手段,是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要途徑?;瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之四是“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新精神”,細(xì)化的內(nèi)容有:“發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的化學(xué)問(wèn)題,能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,完成實(shí)驗(yàn)操作,能對(duì)觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論;能和同學(xué)交流實(shí)驗(yàn)探究的成果,提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想;能尊重事實(shí)和證據(jù),不迷信權(quán)威,具有獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神?!睆膶?shí)踐層面激勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新。
化學(xué)科學(xué)的基礎(chǔ)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)。因此,化學(xué)教師無(wú)論對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)重視到什么程度都不為過(guò)。化學(xué)學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)是國(guó)家意志,未來(lái)愿景。突出化學(xué)學(xué)科特點(diǎn),發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能,既是我們的一個(gè)教學(xué)抓手,又是我們一直努力的方向。
教師應(yīng)挖掘演示實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)藏的科學(xué)素材,優(yōu)化演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程,以使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科體驗(yàn)變得饒有趣味且富有科學(xué)意味。如乙炔的制備:取約10 g小粒電石,淺埋于盛有碎冰屑的250mL燒杯中,當(dāng)冰屑表面有白霧產(chǎn)生時(shí),開(kāi)始點(diǎn)燃。
新奇的演示方式可以激起學(xué)生的好奇心,促使學(xué)生積極地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)觀察,在此基礎(chǔ)上完成對(duì)電石與水反應(yīng)的認(rèn)識(shí)。隨后教師讓學(xué)生利用已有的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)思考“如何利用常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)儀器獲得平穩(wěn)的乙炔氣流”,并設(shè)計(jì)簡(jiǎn)要的實(shí)驗(yàn)裝置。
微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是使用盡可能少的化學(xué)試劑來(lái)獲取盡可能多的化學(xué)信息,它是在微型化的儀器中進(jìn)行小劑量的化學(xué)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)成本低、污染少,教學(xué)效果明顯,促使學(xué)生多動(dòng)腦動(dòng)手,增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。如點(diǎn)滴板上進(jìn)行溶液實(shí)驗(yàn),利用膠頭滴管和試劑瓶進(jìn)行有毒性氣體產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn);運(yùn)用Y形管進(jìn)行SO2、H2S發(fā)生和反應(yīng)實(shí)驗(yàn);借用W形管進(jìn)行Cl2、H2S或SO2等氣體一系列的性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)等;還可利用濾紙本身的毛細(xì)特質(zhì)、顏色純白等特性,在濾紙上進(jìn)行化學(xué)微型實(shí)驗(yàn),如紙層析實(shí)驗(yàn)。
1.在濾紙上做系列微型實(shí)驗(yàn)
(1)SO2使品紅溶液褪色實(shí)驗(yàn):將一片品紅溶液浸濕的濾紙投入收集SO2的試管中,塞緊橡皮塞,搖動(dòng)試管,濾紙的紅色迅速褪去。然后對(duì)試管中的濾紙微微加熱,濾紙又變?yōu)榧t色。
(2)鹵素活動(dòng)性強(qiáng)弱實(shí)驗(yàn):在濾紙的中心處滴一滴KBr溶液濕潤(rùn),滴一滴氯水后出現(xiàn)黃色斑點(diǎn),再滴一滴KI溶液出現(xiàn)淺褐色斑點(diǎn),最后滴一滴淀粉溶液,出現(xiàn)藍(lán)色斑點(diǎn)。
2.在pH試紙上做系列微型實(shí)驗(yàn)
用pH試紙驗(yàn)證鹽類溶液的酸堿性:在玻璃片上放置5張pH試紙,每張縱向間隔2cm左右。在每張?jiān)嚰埖囊欢朔謩e放置一小粒不同鹽類的固體,用滴管在鹽粒上滴加2滴蒸餾水,即可觀察到試紙上的顏色變化。
用pH試紙演示電解氯化鈉溶液實(shí)驗(yàn):取一張廣泛pH試紙,浸潤(rùn)了飽和NaCl溶液后,放置于玻璃片上,取兩只回形針夾住試紙兩端,利用導(dǎo)線、干電池連接好電路,并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
“封管”作為實(shí)驗(yàn)演示的手段,具有簡(jiǎn)易、方便、節(jié)約、省時(shí)、綠色、直觀等多種優(yōu)點(diǎn)。如“碘的升華”演示實(shí)驗(yàn)、“氯化銨受熱分解”實(shí)驗(yàn)、“溫度對(duì)NO2和N2O4的化學(xué)平衡的影響”演示實(shí)驗(yàn)、SO2品紅溶液的漂白實(shí)驗(yàn)。
利用套管實(shí)驗(yàn),將碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)合二為一,形成對(duì)比。銅與濃硝酸的反應(yīng),將帶有小孔的試管插入盛有NaOH溶液的錐形瓶中。氣體的發(fā)生和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)用帶有小孔的試管組裝縱向套管實(shí)驗(yàn)可簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)裝置,防止有毒氣體逸散到空氣中。
利用激光筆,觀察膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象;利用針筒、Y形管、U形管或W形管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等。如磁加熱攪拌器的運(yùn)用:在制備乙酸乙酯的演示實(shí)驗(yàn)中采用磁加熱攪拌器可使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象格外明顯,且耗時(shí)少,更安全。
對(duì)于耗時(shí)長(zhǎng)、成功率不高或現(xiàn)象不明顯的實(shí)驗(yàn)可以事先拍攝實(shí)驗(yàn)視頻,還可以引導(dǎo)學(xué)生在課外用手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究性學(xué)習(xí),體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。
實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù),如酸堿中和滴定實(shí)驗(yàn):可使用pH傳感器,不斷測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)液滴入待測(cè)液過(guò)程中的pH,通過(guò)圖形計(jì)算器記錄測(cè)得的pH并繪制pH-V曲線,從曲線中判斷等當(dāng)點(diǎn)并找出對(duì)應(yīng)的體積。
光明初級(jí)中學(xué)的A老師利用彩虹管的實(shí)驗(yàn)引入,激發(fā)學(xué)生興趣。教師通過(guò)對(duì)彩虹管內(nèi)彩虹形成化學(xué)原理的分析,幫助學(xué)生理解酸堿能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
教師借助學(xué)生喜歡的卡通動(dòng)畫形式,設(shè)置交換舞伴情境,幫助學(xué)生理解復(fù)分解反應(yīng)的微觀過(guò)程。學(xué)生從討論化學(xué)變化宏觀表現(xiàn)出放熱的現(xiàn)象與微粒結(jié)合的主動(dòng)性中的相關(guān)性著手,通過(guò)收集、分析不同的實(shí)證,感知中和反應(yīng)的本質(zhì)是酸中氫與堿中的氫氧根結(jié)合并放出熱量的過(guò)程。
教師運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn),將肉眼看不到的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程借助pH和溫度變化的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn),促進(jìn)學(xué)生對(duì)反應(yīng)過(guò)程的理解;通過(guò)收集“反應(yīng)放熱與微粒重組關(guān)系”的實(shí)證,利用一個(gè)實(shí)驗(yàn)不同角度的數(shù)據(jù)分析、不同組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析,提升學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖像分析、處理能力,幫助學(xué)生從定性和定量的角度深層次地理解概念的內(nèi)涵。
教師對(duì)于本節(jié)課的引入用了一支彩虹管,很吸引學(xué)生眼球;借助了卡通動(dòng)畫解決了化學(xué)變化宏觀表現(xiàn)出放熱的現(xiàn)象與微粒結(jié)合的主動(dòng)性中的相關(guān)性;利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)采集酸堿溶液混合時(shí)pH和溫度數(shù)據(jù)并同步顯示動(dòng)態(tài)圖像,得到了“反應(yīng)放熱與微粒重組關(guān)系”的實(shí)證。
本節(jié)課的最大特點(diǎn)是把看似簡(jiǎn)單的教學(xué)內(nèi)容,基于證據(jù)進(jìn)行細(xì)化、深化,分層展開(kāi)新課教學(xué)。課堂中教師運(yùn)用教學(xué)新理念,借用實(shí)驗(yàn)新技術(shù),關(guān)注學(xué)生實(shí)際情況,創(chuàng)造性地使用教材,突破性地進(jìn)行教學(xué),反映出授課教師的良好教學(xué)功力,必將對(duì)全市初中化學(xué)教學(xué)起到積極的導(dǎo)向作用。
敬業(yè)中學(xué)的B老師執(zhí)教“揭秘原電池”一課,從兒時(shí)最愛(ài)的玩具——小車引入,讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)使小車跑起來(lái),激發(fā)學(xué)生探究的興致和欲望。新課通過(guò)學(xué)生對(duì)原電池的拆卸和重裝活動(dòng),觀察、描述、分析和歸納,分層有序地揭秘出電池里有什么,電流從何而來(lái),正負(fù)極如何確定,剖析出銅鋅原電池的工作原理。整個(gè)過(guò)程教師讓學(xué)生在做中學(xué),獲得更多的體驗(yàn),在思考討論中水到渠成地形成原電池的概念。接著以銅鋅原電池為模型,放手讓學(xué)生嘗試設(shè)計(jì)組裝其他原電池,由例及類,并順勢(shì)介紹形形色色的電池。學(xué)生由此開(kāi)拓視野,學(xué)習(xí)透過(guò)宏觀現(xiàn)象追尋微觀本質(zhì)的化學(xué)思維方法。教師最后簡(jiǎn)要介紹中國(guó)創(chuàng)造世界首列氫燃料電車前不久已在唐山正式運(yùn)營(yíng),讓學(xué)生感受原電池的應(yīng)用前景。教師適時(shí)地進(jìn)行愛(ài)國(guó)主義教育,宣傳化學(xué)學(xué)科價(jià)值。
這節(jié)課中教師借用玩具小車作為線索,明白學(xué)生需要什么,把握了學(xué)生心理;用“神秘的液體”吸引學(xué)生,學(xué)生有興趣,想嘗試,探究竟;動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)嘴,師生互動(dòng)、生生互動(dòng),觀察、思考、模仿,課堂上學(xué)生始終處于一種積極的思維狀態(tài),得到的不只是知識(shí),還有對(duì)這門課的熱愛(ài)。
課題原電池是教材中的明星內(nèi)容,現(xiàn)實(shí)中既實(shí)用,又具有啟發(fā)性,是促使學(xué)生喜歡化學(xué)的值得推薦的素材之一。對(duì)電源的研究既古老又現(xiàn)代,雖說(shuō)它在教材中所占篇幅很小,作為教師要充分挖掘教材資源,用好教材,活用教材。
怎樣讓學(xué)生喜歡化學(xué)呢?我們的教學(xué)一定要以生為本,從學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)出發(fā),想學(xué)生所需。課堂一定要轉(zhuǎn)型,轉(zhuǎn)型的方式之一可以借助實(shí)驗(yàn),利用新技術(shù)演示、改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn),充分發(fā)揮好化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中的功能。用什么觀念去設(shè)計(jì)課呢?那就是培養(yǎng)科學(xué)思維,啟迪學(xué)生的智慧。因?yàn)橄矚g的持久性在于會(huì)思考。
復(fù)旦附中青浦分校的C老師執(zhí)教“物質(zhì)在溶解過(guò)程中的變化”一課,以硫酸銅中銅離子的顏色為問(wèn)題線索,圍繞顏色變化這一宏觀現(xiàn)象背后的深層原因,作為激發(fā)學(xué)生興趣和思維挑戰(zhàn)的種子,從微觀、實(shí)驗(yàn)和邏輯推理等多角度尋找證據(jù)。
在解釋生活中常見(jiàn)現(xiàn)象的過(guò)程中,不知不覺(jué)中讓學(xué)生重新認(rèn)識(shí)了物質(zhì)的溶解過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)異?,F(xiàn)象的分析,揭示溶解產(chǎn)生熱效應(yīng)的原因,溶解的最大限度是飽和溶液,通過(guò)案例事實(shí)感受溶解平衡的存在,了解溶解和結(jié)晶這一動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系,以及條件對(duì)溶解平衡的影響。
本節(jié)課所授內(nèi)容要想在教學(xué)中出彩有一定難度,但C老師做到了。教學(xué)中的六個(gè)環(huán)節(jié)過(guò)程通順流暢,得益于教師對(duì)教材的理解和把握,得益于對(duì)學(xué)生認(rèn)知脈胳的理解和把握。較好地用學(xué)生以前所學(xué)知識(shí)活化今天所學(xué)內(nèi)容,問(wèn)題指向明確,數(shù)字化實(shí)驗(yàn)運(yùn)用巧妙,教學(xué)立意立足于學(xué)生的素養(yǎng)。教學(xué)設(shè)計(jì)有思想,問(wèn)題設(shè)置有質(zhì)量,過(guò)程推進(jìn)環(huán)環(huán)相扣,具有邏輯性和嚴(yán)謹(jǐn)性。
從學(xué)生無(wú)疑處設(shè)疑,引發(fā)認(rèn)知沖突;有意設(shè)置矛盾,引發(fā)學(xué)生思考。整節(jié)課緊緊圍繞硫酸銅的溶解和結(jié)晶,分析透徹到位,思維有深度。學(xué)生的課堂參與更多的是深層次的思維活動(dòng),演繹符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。
課的總體突出了一個(gè)“通”字:前后知識(shí)、新舊知識(shí)的貫通,師生之間、生生之間的溝通,學(xué)生與知識(shí)的聯(lián)通,實(shí)驗(yàn)與知識(shí)之間的融通。在化學(xué)發(fā)展進(jìn)程中實(shí)驗(yàn)始終處于主導(dǎo)地位,筆者相信在教學(xué)轉(zhuǎn)型中化學(xué)實(shí)驗(yàn)必將也處于主導(dǎo)地位。
總體上來(lái)看,以上三節(jié)展示課有下列三個(gè)共同點(diǎn):一是實(shí)驗(yàn)改進(jìn)有創(chuàng)新;二是實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)有立意;三是實(shí)驗(yàn)教學(xué)立足于學(xué)生的發(fā)展。以上三節(jié)展示課所采用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式為探究性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)模式,即按“實(shí)驗(yàn)—問(wèn)題—討論—結(jié)論”或“問(wèn)題—討論—實(shí)驗(yàn)—結(jié)論”的程序進(jìn)行教學(xué)。與傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)相比,采用探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式,更能促進(jìn)學(xué)生學(xué)會(huì)如何自主地提出問(wèn)題,如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),如何進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn),如何用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題或發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律,同時(shí)也更能激發(fā)學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)。
由于探究性實(shí)驗(yàn)的過(guò)程不確定性和結(jié)果的不確定性,能極大地激發(fā)學(xué)生的內(nèi)部動(dòng)機(jī),使他們初步嘗試到科學(xué)探究的樂(lè)趣,受到科學(xué)方法的訓(xùn)練,培養(yǎng)其獨(dú)立性和創(chuàng)造性,有利于提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
中學(xué)化學(xué)教學(xué)要對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)道德教育,課改新教材中實(shí)驗(yàn)藥品的限量使用、封閉反應(yīng)體系、應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究、模擬實(shí)驗(yàn)等,體現(xiàn)了重視實(shí)驗(yàn)綠色化思想和可持續(xù)發(fā)展的教育理念。
為了更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)功能,推進(jìn)教學(xué)轉(zhuǎn)型,還需要對(duì)化學(xué)教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)本身進(jìn)行創(chuàng)新,從而為教學(xué)中實(shí)驗(yàn)功能的發(fā)揮提供充足的資源保障。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)作品,做到實(shí)驗(yàn)材料廉價(jià)易得,實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單,實(shí)驗(yàn)操作方便,實(shí)驗(yàn)步驟少,實(shí)驗(yàn)時(shí)間短,有一些實(shí)驗(yàn)還特別地生動(dòng)、有趣。
從教學(xué)需求出發(fā),合理選擇切入點(diǎn),并在查閱文獻(xiàn),充分了解同行研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上開(kāi)始實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,既避免了重復(fù)研究,也有利于提升研究的品質(zhì)。例如,華東師范大學(xué)附屬東昌中學(xué)某位教師的作品,通過(guò)常用的儀器獲得液體薄膜,從而使高錳酸根離子電遷移的實(shí)驗(yàn)效果又快又好。
讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)成為促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐和體驗(yàn)的工具,或?qū)?shí)驗(yàn)小型化,或采用日常生活中容易獲取的材料開(kāi)展實(shí)驗(yàn),降低開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的門檻。例如,萬(wàn)源城協(xié)和雙語(yǔ)學(xué)校的教師利用密封塑料袋和電子秤,實(shí)現(xiàn)嬰幼兒補(bǔ)鈣劑中微量鈣含量的測(cè)定,增添了新的家庭定量小實(shí)驗(yàn)。
課堂教學(xué)中實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用往往需要實(shí)驗(yàn)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯,需要教師進(jìn)行大膽探索。例如,西郊學(xué)校的教師利用干冰噴霧的迅速降溫作用,使二氧化氮?dú)怏w顏色迅速變淺至幾乎無(wú)色。
很多教師關(guān)注利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)揭示化學(xué)變化中的量變情況,有的還借助日常使用的手機(jī)及相關(guān)的APP開(kāi)展化學(xué)實(shí)驗(yàn),有的將最新的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)技術(shù)嘗試應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用。例如,格致中學(xué)的教師利用“Ti創(chuàng)新者系統(tǒng)”,實(shí)現(xiàn)指定pH溶液的自動(dòng)化配制,開(kāi)拓了自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)的新思路。
實(shí)驗(yàn)作品創(chuàng)新微型化、綠色化和數(shù)字化,表現(xiàn)在將普通實(shí)驗(yàn)改為微型化實(shí)驗(yàn),將開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)改為封閉式實(shí)驗(yàn),將常規(guī)實(shí)驗(yàn)改為數(shù)字化實(shí)驗(yàn),將成功率不高的實(shí)驗(yàn)改為易操作、現(xiàn)象明顯的實(shí)驗(yàn)等。教師借助實(shí)驗(yàn)探頭、密封袋、醫(yī)用針筒、家用真空盒、袋裝茶葉袋、單向閥、瓊脂、比重計(jì)、丁烷燃燒燈、石英管等材料或工具改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)作品的創(chuàng)新旨在引領(lǐng)教師強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)觀念,重視對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究和創(chuàng)新,積極發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的功能和作用,進(jìn)而激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦的習(xí)慣,促進(jìn)學(xué)生能力的發(fā)展,促進(jìn)中學(xué)化學(xué)教學(xué)轉(zhuǎn)型。通過(guò)展評(píng)活動(dòng)發(fā)掘一些優(yōu)秀作品,并對(duì)優(yōu)秀作品通過(guò)專家打磨,集眾人之長(zhǎng),得到進(jìn)一步優(yōu)化和完善,進(jìn)而推廣使用。
綜上所述,化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種學(xué)習(xí)方式,有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,有助于體驗(yàn)科學(xué)探究的過(guò)程,有助于培養(yǎng)科學(xué)精神和問(wèn)題意識(shí),是提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ淖罴淹緩???梢?jiàn),教師通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、科學(xué)方法和合作精神。