新课程化学实验设计思维探究的实践

时间:2023-05-05 15:10:17 手机站 来源:网友投稿

摘要 化学新教材中给出较多的探究性实验,但在开展探究式教学时因各种原因难以实施。转变思维方式,设计出操作性好、说理性强、具有创新性的探究性实验。

关键词 化学实验;思维;探究

中图分类号 G633.8 文献标识码 B 文章编号 1671-489X(2008)016-0153-02

1 彰显思维

探究化学问题时,我们常常会遇到所探究的问题无法呈现出实验现象,有时即便有现象也是肉眼看不见的。这就要求我们想方设法的使实验的现象“显现”出来。根据生活中的经验进行彰显思维有时会使问题迎刃而解。

具体比如:在完成和Br2反应的实验时,根据学生已学知识,学生可能认为是加成,也可能是取代,我们就可以让学生进行大胆的猜想与假设,并让学生对自己的猜想与假设开展实验探究,具体如表1所示。

2 发散思维

所谓发散思维就是打破一般的思维程序,从多方面多角度去思考问题,探究原因、寻找结果。应用这一方法进行思维有时也会给探究实验的设计带来突破。

例如:在通常状况下100 mL酒精和100 mL水混和,总体积约变为195 mL,那是因为分子间是有一定间隙。但学生会有疑问,分子在间隙间是否就可以穿插呢?到了高中,学生学习了分子间作用力后,还会进一步提出问题,分子间不是有作用力吗?这种作用力在混和液体是否有变化呢?更有学生会根据逆向思维提出是否有两种液体混合有体积增大的呢?教师可以提示学生极性不同的2种互溶液体因为分子间排列的变化,分子间作用力发生变化,有可能体积增大,比如乙酸和苯的混和。因为乙酸和苯易挥发,我们可以通过测定混和液的密度来测量混和后体积的变化(表2)。(说明:PC6H6=0.878 4 g•ml-1,POH3COOH=1.053 8 g•ml-1)

3 改变强弱思维

有些探究式实验虽然可以获得成功,但实验的现象很不明显,近处都难以观察,更不用说处于远处的学生,这种实验的成功率往往也很低。有时我们还会遇到一些有毒气体实验,而使实验难以获得成功。遇到这些情况,要分析产生这种情况的主要因素,采用改变强弱对比的思维方法,巧妙地改变影响因素的强弱,或安全性,可以使实验的可见度与成功率大大提高。

比如,过氧化钠与水的反应。教材中滴水的方法易使温度降低,导致实验成功率不是很高。我们可以利用水蒸气与过氧化钠反应,能百分之百的看到棉花着火,且操作简便,现象更为明显。具体如下:用脱脂棉将过氧化钠粉末包好,扎上细铁丝,再悬挂在沸水上方。

4 信息转换思维

化学学科上常常遇到要探究的问题是看不见摸不着的,这就给我们的探究带来一定的难度。怎样把看不见摸不着的问题在探究过程中转换成明显的现象让学生清楚地观察到,利用学生知晓的化学知识及规律进行转换设计,是一条很好的思维途径。

例如:新教材《物质结构与性质》中在验证分子极性时,采用的是H2O和CCl4分别装在酸式滴定管中,利用带电的玻璃棒靠近从滴定管下端流出的细流是否发生偏转来说明H2O是极性分子,而CCl4是非极性分子。这个实验的设计采用就是转化法的思维方法。极性分子的电荷分布是不对称的,非极性分子的电荷分布是对称的,因此把带电体靠近极性分子时,会产生电荷相斥现象,而非极性分子则不会。从而把微观不能看见的性质显现出来。但这个实验也有不足之处:细流小,发生偏转现象又不明显,想采用实物投影仪放大实现不了(因为水是无色液体)。为此我们可以仿此思维改进这个实验,在两个水槽子中分别盛水和CCl4,再分别滴入一滴苯和水,然后用条形磁块接近液面,并缓缓移动,水滴跟着磁换移动,而苯不移动。

5 给合思维

巧妙地组合,可以说是一个再创造的过程。在探究性实验设计中,用我们学过的知识或实验及身边现成的东西进行组合思维,进而设计实验,往往可以获得意想不到的探究效果。

例如:原电池实验设计。我们可以用五角钱的铜币作为正极,裁剪比铜币稍大的易拉罐铝材作为负极,再裁剪与铜币大小的布块,吸附食醋后夹于两电极中间作为电解质溶液,构成一只简易电池。直接叠加若干只简易原电池串联成电池组(形似纽扣电池),使二极管发光。装置图如右:

6 演绎思维

所谓演绎思维法就是从一般规律出发,考察与一般规律有某种联系的个体,从而推演出针对个体的新的结论的思维方法,把这种思维方法应用于探究式实验设计,往往可以获得创新的实验方案。

例如:苏教版选修教材《化学反应原理》的原电池实验中,锌半电池和铜半电池是用盐桥连接起来的。这是中学生第一次接触盐桥。在此,学生难免产生一些疑问,下面就学生提出的有关盐桥的问题进行实验探究。

问题:在原电池工作时,除了盐桥中的K+、Cl-向两极溶液中扩散外,电极溶液中的离子是否也相互扩散?

下面以电池Zn(s)|ZnSO4(0.2mol/L)||KCl饱和溶液||CuSO4(0.2mol/L)|Cu(s)为例,进行实验探究(在实验中,把装满了KCl饱和溶液,用棉花堵住管口的U形管作盐桥)。其电池装置如图1所示,实验过程见表3。

1)实验记录。路中电流强度维持在7 mA左右。

2)实验结论。上述实验结果显示,在原电池开始工作的一段时间内,由于盐桥中电解质溶液浓度高,K+、Cl-几乎担负了通过液相接界的全部电流的迁移。在电池工作一段时间后,电极溶液中的离子也开始显著地相互扩散。

探究式实验设计的思维方法是多种多样的,本文浅谈了常见的六种,且这六种方法之间并不是割裂的,往往在具体的设计思维时可以相互渗透、穿插应用,从而使设计出的探究性实验操作性好、说理性强、可见度大。在大力倡导探究式实验教学的今天,迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学,但愿本文能成为引玉之砖。此外也可以提出问题,引导学生自主去改变或重新设计一些小实验,使实验更加实用、有效、有针对性,更加富有探究性,使化学更加有趣。

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