對比實(shí)驗(yàn)在化學(xué)新課程教學(xué)中的應(yīng)用.doc

化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第1頁共8頁對比實(shí)驗(yàn)在化學(xué)新課程教學(xué)中的應(yīng)用支梅1黎敏2北京教育學(xué)院豐臺分院，北京100071北京豐臺二中，北京100071內(nèi)容摘要新課程實(shí)驗(yàn)課題的選擇和內(nèi)容設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教材相比有了較大改變，不僅不再區(qū)分哪些是學(xué)生實(shí)驗(yàn)、哪些是教師演示實(shí)驗(yàn)，還增加了實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)以便使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中，體驗(yàn)和感受知識形成的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法。同時(shí)也給教師提供了自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的廣闊空間。經(jīng)過一段時(shí)間的新課程教學(xué)實(shí)踐，我們認(rèn)為合理地使用對比實(shí)驗(yàn)在促進(jìn)學(xué)生掌握各類化學(xué)知識、強(qiáng)化知識的形成過程、深入理解和掌握化學(xué)概念、實(shí)現(xiàn)在認(rèn)識上的發(fā)展等方面效果顯著。關(guān)鍵詞對比實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化概念的形成過程促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展正文新課程高中化學(xué)新教材為了凸顯實(shí)驗(yàn)的教育功能，實(shí)驗(yàn)課題的選擇和內(nèi)容設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)教材相比有了較大改變，不僅不再區(qū)分哪些是學(xué)生實(shí)驗(yàn)、哪些是教師演示實(shí)驗(yàn)，還增加了實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)以便使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中，體驗(yàn)和感受知識形成的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究的方法。同時(shí)也給教師提供了自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的廣闊空間。經(jīng)過一段時(shí)間的新課程教學(xué)實(shí)踐，我們認(rèn)為對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和拓展，設(shè)計(jì)和運(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)，能夠有效地促進(jìn)學(xué)生對各類化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和能力的培養(yǎng)，提高課堂教學(xué)效率。對比是科學(xué)研究中最常用的基本方法，對比是辨別異同，區(qū)分事物之間相同點(diǎn)和不同點(diǎn)的邏輯方法。在化學(xué)領(lǐng)域中各種物質(zhì)普遍存在著個(gè)性與共性，這就是我們進(jìn)行對比的客觀基礎(chǔ)，對物質(zhì)進(jìn)行對比，可以采用不同形式，實(shí)驗(yàn)是最直觀、最有效的方式之一。對比實(shí)驗(yàn)又稱為對照實(shí)驗(yàn)，指的是除了一個(gè)可變因素外，其他因素都保持不變的實(shí)驗(yàn)1。對比實(shí)驗(yàn)可以運(yùn)用于課堂教學(xué)的引入、講授新課、復(fù)習(xí)鞏固各個(gè)環(huán)節(jié)，適用于學(xué)習(xí)事實(shí)性知識和理論性知識，特別是在學(xué)習(xí)元素化合物知識時(shí)，對比記憶、形象記憶都有利于掌握知識，減輕因機(jī)械記憶而造成的負(fù)擔(dān)。運(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)就可以將形象、對比融為一體，從而收到良好的教學(xué)效果。對比實(shí)驗(yàn)不僅能使學(xué)生更有效地獲取知識，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的各種能力，所以在教學(xué)中應(yīng)盡量多的采用對比實(shí)驗(yàn)，并且從實(shí)驗(yàn)裝置、操作過程、使用先進(jìn)教學(xué)技術(shù)、優(yōu)化認(rèn)知過程等方面發(fā)揮對比實(shí)驗(yàn)的功能。下面結(jié)合教學(xué)中的案例談?wù)勎覀兊淖龇?。一、改進(jìn)對比實(shí)驗(yàn)的裝置圖1Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性的套管實(shí)驗(yàn)A：Na2CO3B：NaHCO3化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第2頁共8頁1加熱固體的對比實(shí)驗(yàn)裝置此類實(shí)驗(yàn)近年來有許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。例如比較碳酸鈉和碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性的“套管實(shí)驗(yàn)”（如圖1所示），有利于對比觀察。但是組裝儀器、添加藥品不方便，我們在此基礎(chǔ)上改進(jìn)為“對比管實(shí)驗(yàn)”。對比管是自己設(shè)計(jì)制作的，將兩支平底試管的地步相對熔接為一個(gè)中間有玻璃隔膜、兩端開口的直形玻璃管（也可以使兩端管口略向下傾斜，如圖2），稱之為，對比管是將兩支平底試管進(jìn)行對接而成的（兩端試管口可以稍有角度向下傾斜）。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先將等物質(zhì)的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉分別從兩個(gè)管口裝入對比管的中部，用兩個(gè)帶直角導(dǎo)管的膠塞將兩端管口塞緊，將導(dǎo)管插入盛有澄清石灰水的小燒杯中用酒精燈加熱對比管的中部，使碳酸鈉和碳酸氫鈉同時(shí)受熱（如圖3）教學(xué)時(shí)，教師首先演示熱穩(wěn)定性對比試驗(yàn)，向試管兩端分別裝入等物質(zhì)的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉固體，塞緊膠塞后將導(dǎo)管插入澄清石灰水中。點(diǎn)燃酒精燈，放在兩種固體中間加熱，可以觀察到盛有碳酸氫鈉的一端有氣體生成，并使澄清石灰水變渾濁，而另一端無明顯變化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡單，現(xiàn)象明顯，有利于學(xué)生理解和掌握碳酸氫鈉的熱不穩(wěn)定性。應(yīng)用對比管還可以演示碘升華與碳酸氫鈉分解的對比（如圖4）等固體加熱的對比實(shí)驗(yàn)。2.固、液反應(yīng)的對比實(shí)驗(yàn)裝置為了使對比管實(shí)驗(yàn)擴(kuò)大應(yīng)用范圍，我們還設(shè)計(jì)了包括直型對比管、大V型對比管、U型對比管一個(gè)系列的對比實(shí)驗(yàn)專用裝置，這些裝置不僅有利于學(xué)生理解和掌握知識，還開拓了學(xué)生的創(chuàng)新思路，培養(yǎng)了試驗(yàn)設(shè)計(jì)能力，學(xué)習(xí)了科學(xué)方法，促進(jìn)了新課程三維教學(xué)目標(biāo)的落實(shí)。利用圖5所示，在底部中間有玻璃隔膜的U形對比管，可以演示銅與濃、稀硝酸的反應(yīng)(圖6)，不同濃度的鹽酸與碳酸鈣的反應(yīng)（圖7），以及碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)等。應(yīng)用U形對比管還可以演示液體與液體反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。Na2CO3NaHCO3澄清石灰水澄清石灰水圖3：Na2CO3和NaHCO3熱穩(wěn)定性的對比管實(shí)驗(yàn)圖2：直形和大V型對比管適用于固體加熱對比實(shí)驗(yàn)玻璃隔膜圖4：固體熱分解與升華對比實(shí)驗(yàn)NaHCO3碘(I2)化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第3頁共8頁二、優(yōu)化對比實(shí)驗(yàn)的操作過程在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，為了落實(shí)三維教學(xué)目標(biāo)，使學(xué)生在獲取知識的同時(shí)，了解變化的過程和本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)“結(jié)論與過程”的統(tǒng)一，指導(dǎo)學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不僅注重最后的結(jié)果，還要仔細(xì)觀察反應(yīng)變化過程中的現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生去探究發(fā)生這些現(xiàn)象的本質(zhì)。例如在學(xué)習(xí)鐵的兩種氫氧化物Fe(OH)2和Fe(OH)3時(shí)，如果按教材上實(shí)驗(yàn)3-9（新課程人教版）實(shí)施，會(huì)發(fā)現(xiàn)灰綠色沉淀變成紅褐色時(shí)間較長，不利于學(xué)生觀察。于是我們將實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為對比實(shí)驗(yàn)（見圖8），分別用試管和表面皿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取2ml1mol/LNaOH溶液分別放在試管中和表面皿上，然后用長尖嘴的滴管吸取0.1mol/LFeSO4溶液伸入試管中液面以下再擠出試劑，可以看到沉淀由白色迅速變?yōu)榛揖G色，同樣用滴管取FeSO4溶液直接滴到表面皿上的NaOH溶液中，幾乎看不到白色沉淀就直接出現(xiàn)灰綠色沉淀，并且沉淀迅速變?yōu)榧t褐色。運(yùn)用這樣的對比實(shí)驗(yàn)很好地幫助學(xué)生觀察，對比同一物質(zhì)在不同條件下發(fā)生的變化過程，認(rèn)識不同條件對反應(yīng)的影響。三、使用現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)現(xiàn)定量對比隨著教育技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)儀器走入中學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，數(shù)字化傳感器就是其中之一。運(yùn)用傳感器定量測量化學(xué)反應(yīng)變化過程中的各種數(shù)據(jù)，有利于學(xué)生在定性觀察的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步依據(jù)數(shù)據(jù)對反應(yīng)進(jìn)行深入的思考和研究，培養(yǎng)學(xué)生思維的深刻性和敏捷性。例如我們使用傳感器測定等物質(zhì)的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)，在一個(gè)60mL的廣口瓶（用于盛放碳酸鹽）口塞上插有溫度傳感器、20mL帶活塞的注射器（氣體壓力傳感器配件）、玻璃彎管的橡皮塞，玻璃彎管的另一端與一個(gè)500mL的圓底燒瓶（用作緩沖瓶）氣球等體積不同濃度鹽酸CaCO3濃HNO3Cu片蘸NaOH棉花團(tuán)稀HNO3圖6：銅與濃、稀硝酸反應(yīng)的對比試驗(yàn)圖7：不同濃度的鹽酸與碳酸鈣反應(yīng)的速率比較等濃度的稀NaOH溶液等濃度新配制的FeSO4溶液圖8Fe2+與OH反應(yīng)的對比實(shí)驗(yàn)圖5：U型對比管適用于液體與固體（加熱）對比實(shí)驗(yàn)化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第4頁共8頁口相連，氣體壓力傳感器也連接在圓底燒瓶口。用兩套同樣的實(shí)驗(yàn)裝置，在兩個(gè)干燥的廣口瓶中分別加入0.420gNaHCO3（0.005mol）、0.530gNa2CO3（0.005mol），兩個(gè)注射器各抽滿20mL0.8mol/LHCl（0.016mol），同時(shí)、迅速地注入鹽酸后關(guān)閉注射器上的活塞。用四個(gè)數(shù)字傳感器同時(shí)采集反應(yīng)過程中“壓強(qiáng)時(shí)間”、“溫度時(shí)間”的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖9。紅色曲線為碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)歷程，藍(lán)色曲線為碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)歷程。從兩條壓強(qiáng)變化曲線可以看出，碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)速率較快（紅色）；在反應(yīng)末期，兩條曲線趨于重合，說明兩個(gè)反應(yīng)中釋放出二氧化碳的量基本相同。從兩條溫度變化曲線可以看出，碳酸氫鈉與鹽酸的反應(yīng)使體系溫度降低，表現(xiàn)為吸熱反應(yīng)；碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)使體系溫度升高，表現(xiàn)為放熱反應(yīng)。我們還使用傳感器對比鹽酸、乙醇、苯酚的酸性強(qiáng)弱，苯酚具有較弱的酸性，定性地使用指示劑石蕊一般不能變紅，為了增加實(shí)驗(yàn)的直觀性，可以借助pH傳感器，定量測定等濃度的乙醇、苯酚、鹽酸的pH，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖10，讓學(xué)生從pH的數(shù)值差異上感受到苯酚的弱酸性，理解苯酚的酸性弱到不能使石蕊試液變紅。同時(shí)通過對比乙醇和苯酚的酸性的不同，理解不同的原子團(tuán)對于羥基圖9：傳感器測定曲線圖10用pH傳感器測定0.1mol/L乙醇、苯酚、鹽酸的pH化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第5頁共8頁的失氫能力的影響，逐步建立有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)中不同的原子團(tuán)之間相互影響、相互作用的基本認(rèn)識。四、運(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)，深化理解，強(qiáng)化概念的形成過程化學(xué)學(xué)習(xí)中的概念原理性知識一直以來是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，這些知識抽象、概括性強(qiáng)，學(xué)生必須在理解的基礎(chǔ)上才能真正掌握，利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的直觀性增強(qiáng)概念原理教學(xué)的有效性，特別是設(shè)計(jì)和使用對比實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)概念的形成過程，促進(jìn)學(xué)生深入理解概念是很好的教學(xué)策略。1全面對比，完善認(rèn)識我們運(yùn)用對比試驗(yàn)改進(jìn)新課程人教版九年級化學(xué)第二單元課題3催化劑概念的教學(xué)過程。按照初中教材上的催化劑有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生會(huì)出現(xiàn)一些認(rèn)識誤區(qū)：1、由于在過氧化氫和氯酸鉀的分解反應(yīng)中都使用的是二氧化錳做催化劑，所以學(xué)生認(rèn)為只有二氧化錳是催化劑；2、催化劑都是加快反應(yīng)速率；3、催化劑都能很顯著地加快反應(yīng)速率。如何幫助學(xué)生消除學(xué)習(xí)誤區(qū)，建立比較全面、科學(xué)的催化劑概念呢？我們進(jìn)行了以下的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（見圖11、圖12和圖13）。對比實(shí)驗(yàn)：有無催化劑對比實(shí)驗(yàn)取兩支試管，加入等體積等濃度（10%）的過氧化氫溶液，向另外一只試管中加入少量MnO2固體，立即劇烈反應(yīng)，放出大量氣體，讓學(xué)生充分感受到催化劑對反應(yīng)速率的影響，對比有無催化劑的不同。對比實(shí)驗(yàn)：不同催化劑催化效果對比實(shí)驗(yàn)取三支試管，加入等體積等濃度（10%）的過氧化氫溶液，其中一支作為空白對照，向另外兩支試管中分別加入等量的MnO2和FeCl3粉末，觀察到MnO2使得反應(yīng)劇烈，產(chǎn)生大量氣體，F(xiàn)eCl3也能使反應(yīng)速率加快，但是比較平穩(wěn)，沒有加入MnO2劇烈。這組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生感受到催化劑有多種，催化的效果有差別。對比實(shí)驗(yàn)：正負(fù)催化劑對比實(shí)驗(yàn)取兩支試管，加入等體積(3mL)等濃度(2mol/L)的稀鹽酸，用鑷子取2顆鋅粒分別放入兩支試管中，觀察到有無色氣體產(chǎn)生，且速三支試管盛放等體積等濃度的過氧化氫溶液MnO2粉末FeCl3粉末圖12：不同催化劑對比實(shí)驗(yàn)等量等體積10%稀鹽酸Zn粒優(yōu)洛托品固體圖13：負(fù)催化劑對比實(shí)驗(yàn)少量MnO2固體兩支試管盛放等體積等濃度的過氧化氫溶液圖11：有無催化劑對比實(shí)驗(yàn)化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第6頁共8頁率基本相同。這時(shí)向其中一支試管中加入六甲烯胺固體（商品名為“優(yōu)洛托品”或“烏洛托品”）約0.3g，可以看到反應(yīng)速率明顯減慢。本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)旨在讓學(xué)生感受到催化劑既可以加快反應(yīng)速率，也可以減慢反應(yīng)速率。在以上三組對比實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生討論催化劑概念的內(nèi)涵和外延，達(dá)到對催化劑認(rèn)識的幾點(diǎn)共識：第一：催化劑能夠改變反應(yīng)速率，可能加快或減慢；第二：不同的催化劑對同一反應(yīng)催化效果不同；第三：同樣的催化劑并不能催化所有反應(yīng)，催化劑與反應(yīng)有特定關(guān)系。通過以上三組對比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)施以及相關(guān)問題的討論，學(xué)生對于催化劑的認(rèn)識就比較全面、科學(xué)、準(zhǔn)確，對于學(xué)生今后進(jìn)入高中的學(xué)習(xí)打下了比較好的基礎(chǔ)。2.繼時(shí)對比，發(fā)展認(rèn)識繼時(shí)對比是相對于同時(shí)對比而言的，指的是比較對象先后呈現(xiàn)，例如雞爪子被濃氫氧化鈉溶液腐蝕前后的對比【1】。例如在新課程人教版九年級化學(xué)第七單元課題1燃燒概念教學(xué)中，教師從人類認(rèn)識燃燒的發(fā)展過程開始的，回顧了人類從遠(yuǎn)古鉆木取火到近代研究燃燒、揭示燃燒的本質(zhì)到現(xiàn)代控制燃燒、利用燃燒的發(fā)展歷史，讓學(xué)生感受到燃燒與人類文明發(fā)展的關(guān)系，體會(huì)到學(xué)習(xí)燃燒的個(gè)人意義和社會(huì)價(jià)值。教師特別注重了近代法國化學(xué)家拉瓦錫對于燃燒的研究和對“燃素說”的質(zhì)疑和修訂過程的教學(xué)價(jià)值挖掘。教師沒有簡單直白地介紹“燃素說”的錯(cuò)誤，而是在介紹了300年前科學(xué)界對燃燒的普遍認(rèn)識：“燃燒是一種分解反應(yīng)，是可燃物自身達(dá)到一定溫度以后發(fā)生的分解現(xiàn)象，分解的產(chǎn)物即為燃素”之后，增加了一個(gè)繼時(shí)對比實(shí)驗(yàn)（實(shí)驗(yàn)裝置見圖14），先只加熱，不通入氧氣，觀察到木炭不燃燒，然后通入氧氣，木炭立即燃燒起來，觀察到明亮的白光。這時(shí)教師提問：“根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)，你同意燃素說嗎？提出你的觀點(diǎn)?！睂W(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和對比，充分地意識到燃素說中對于燃燒的三個(gè)要素只提到可燃物和溫度，但是并未涉及助燃物，同時(shí)把燃燒理解為分解反應(yīng)也是一種曲解。在此基礎(chǔ)上，教師介紹了拉瓦錫對于燃燒的闡述：“燃燒的實(shí)質(zhì)是物質(zhì)與氧氣發(fā)生的一種氧化反應(yīng)?！钡竭@里已經(jīng)達(dá)到了初中教材要求的水平，但是教師并沒有止步，而是繼續(xù)提出問題：“拉瓦錫的結(jié)論就無懈可擊了嗎？”，緊接著播放了一段金屬鈉在氯氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)視頻資料，得到燃燒的更廣泛的定義即可燃物與助儲氣袋（O2）木炭圖14：燃燒條件的繼時(shí)對比實(shí)驗(yàn)化學(xué)教育工作站：/chemedu桂耀榮第7頁共8頁燃物發(fā)生的發(fā)光、放熱的劇烈的氧化反應(yīng)。通過這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)和對比實(shí)驗(yàn)的運(yùn)用，能夠幫助學(xué)生建立起比較完整、科學(xué)的燃燒的概念。3.分層次對比，深化認(rèn)識學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)概念要經(jīng)歷概念的形成、深化和認(rèn)識發(fā)展的過程，是有層次有脈絡(luò)的。這就要求教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候關(guān)注概念形成的層次，恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用對比實(shí)驗(yàn)促進(jìn)概念的形成。例如在新課程人教版高中必修1第二章第一節(jié)膠體概念教學(xué)中，對于膠體的概念形成過程我們設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)層次：初步感知膠體；體會(huì)膠體的性質(zhì)；對比同一物質(zhì)的不同聚集狀態(tài)及其性質(zhì)的差異；認(rèn)識到物質(zhì)聚集的程度也決定著物質(zhì)的性質(zhì)。根據(jù)以上的概念形成層次