教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的再開發(fā)策略

教材中化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源的再開發(fā)策略揚(yáng)州大學(xué)附屬中學(xué) 嚴(yán)濟(jì)良 225009在新課程理念下，以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)探究，既是一種重要的學(xué)習(xí)方式，也是化學(xué)課程的重要內(nèi)容。但對(duì)教材中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)資源，不能作為一次性教學(xué)資源使用，可以向深度和廣度研發(fā)，開發(fā)成新的探究性學(xué)習(xí)情景或教學(xué)資源。這種再生的教學(xué)資源，對(duì)增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣，提高學(xué)生分析問(wèn)題和求證能力將起到事半功倍的作用。下面主要以人教版義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)(2001年6月版)為例，說(shuō)明運(yùn)用教材中的實(shí)驗(yàn)資源創(chuàng)設(shè)新的學(xué)習(xí)情景的策略。一、對(duì)原探究性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深化探究根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)編寫的教材將探究活動(dòng)作為學(xué)習(xí)的主要方式，活動(dòng)的一般形式是實(shí)驗(yàn)、問(wèn)題、討論、歸納。在新授課時(shí)，實(shí)驗(yàn)討論一般不易深化，在階段性復(fù)習(xí)時(shí)教師可利用這些實(shí)驗(yàn)資源創(chuàng)設(shè)深層次的探究情景。例1 廣口瓶?jī)?nèi)水平面上升值為何與1/5體積有明顯偏差？問(wèn)題情景在課題“空氣”的教學(xué)中，教師在課堂上根據(jù)教材中圖23進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以測(cè)定空氣里氧氣含量。在復(fù)習(xí)鞏固時(shí)，教師可設(shè)計(jì)成下列教學(xué)情景：播放用相同裝置進(jìn)行的三個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)的錄像，最后廣口瓶?jī)?nèi)水平面上升分別為：約等于1/5體積，明顯小于1/5體積，明顯大于1/5體積。請(qǐng)對(duì)后兩種現(xiàn)象做出合理的解釋。提出假設(shè)學(xué)生對(duì)廣口瓶?jī)?nèi)水平面明顯小于1/5體積，可能提出如下解釋：1、紅磷不足量，氧氣沒有消耗完；2、沒有冷卻到室溫就打開止水夾；3、塞子未塞緊，使外界空氣進(jìn)入瓶?jī)?nèi)；從而使進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)的水的體積減小?；顒?dòng)與探究燃燒匙內(nèi)加足量紅磷，塞緊瓶塞，充分燃燒、冷卻至室溫（水進(jìn)入廣口瓶后充分振蕩，冷卻效果更好），觀察，實(shí)驗(yàn)誤差基本消除。觀察分析學(xué)生對(duì)“廣口瓶?jī)?nèi)水平面上升明顯大于1/5體積”可能做不出合理解釋，教師可重復(fù)播放錄像，讓學(xué)生通過(guò)觀察操作中的細(xì)微差異發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。觀察的結(jié)果是，將點(diǎn)燃紅磷的燃燒匙迅速插入集氣瓶，最后水平面約上升1/5體積；燃燒匙慢慢插入集氣瓶，最后水平面上升明顯大于1/5體積。合理的解釋是：燃燒匙插入慢，瓶口就不能及時(shí)蓋緊，瓶?jī)?nèi)空氣受熱膨脹就會(huì)逸出一些空氣，使得進(jìn)入集氣瓶的水的體積量增大，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。這類對(duì)熟悉情境的深化探究，有助于學(xué)生養(yǎng)成關(guān)注細(xì)節(jié)、勤于深思的習(xí)慣。 二、對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改造探究教材中的少數(shù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，雖然能說(shuō)明問(wèn)題，但可能存在不夠環(huán)保、操作不便、現(xiàn)象不明顯等問(wèn)題。教師應(yīng)該先對(duì)這些實(shí)驗(yàn)作改進(jìn)，然后可用兩種方式呈現(xiàn)問(wèn)題情境：一是，教師直接演示改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，然后讓學(xué)生思考有何改進(jìn)，猜想改進(jìn)意圖。二是，教師按教材中的實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中存在什么問(wèn)題，并提出改進(jìn)方案；最后呈現(xiàn)教師的設(shè)計(jì)方案。例2 如何消除五氧化二磷對(duì)室內(nèi)的污染？問(wèn)題情境在課題“燃燒和滅火”的教學(xué)中，教師若根據(jù)教課書中圖7-4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，但由于獨(dú)立初中的實(shí)驗(yàn)室很少有通風(fēng)櫥，實(shí)驗(yàn)時(shí)五氧化二磷彌漫在室內(nèi)，產(chǎn)生一定的污染。教學(xué)中，教師可改為播放實(shí)驗(yàn)錄像，以避免污染；同時(shí)，教師應(yīng)提出“怎樣改進(jìn)使其成為室內(nèi)零污染實(shí)驗(yàn)？”這樣的追問(wèn)。提出設(shè)想對(duì)于這一問(wèn)題學(xué)生的思路是很廣的，但不一定可行。學(xué)生的設(shè)想可能有：1、在燒杯上方罩一個(gè)大的玻璃罩。2、在火焰上方放一張大的吸附紙。氧氣白磷圖1教師可以組織學(xué)生對(duì)這些有代表性的設(shè)想進(jìn)行可行性論證，著重考慮現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件下的可操性。討論后，教師可以展示自己的設(shè)計(jì)方案和裝置，讓學(xué)生共同分享創(chuàng)新設(shè)計(jì)的成果和快樂。實(shí)驗(yàn)展示下面是教師的一種改進(jìn)方案。實(shí)驗(yàn)裝置見圖1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)一：在冷水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)二：在熱水中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)一：在冷水中通氧氣后，氧氣將水排開，白磷與氧氣接觸，并無(wú)明顯現(xiàn)象。 實(shí)驗(yàn)二：在熱水中通氧氣后，氧氣將水排開，白磷與氧氣接觸后立即燃燒，漏斗內(nèi)有黃色火焰，并充滿白煙。改進(jìn)效果改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，操作簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯。比較實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)二即可歸納出燃燒的條件，推理簡(jiǎn)捷，跟教材中的設(shè)計(jì)相比可減少一個(gè)實(shí)驗(yàn)。生成的五氧化二磷被密封在水中，最后被吸收，不會(huì)散發(fā)到空氣中，室內(nèi)無(wú)污染。這樣的實(shí)驗(yàn)探究有助于學(xué)生培養(yǎng)創(chuàng)新思維、增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)。三、對(duì)推理性結(jié)論進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究類比是一種重要的思維方法，但通過(guò)類比推理出的結(jié)論可能成立，也可能是錯(cuò)誤的。在教學(xué)中，有的推理結(jié)論可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證是否正確，從而增進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。例3 如何證明二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)？問(wèn)題情境在課題“常見的酸堿”中，有下列活動(dòng)與探究?jī)?nèi)容：通過(guò)讓學(xué)生回憶CO2與氫氧化鈣的現(xiàn)象和反應(yīng)，導(dǎo)出二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生的反應(yīng)是2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。但學(xué)生對(duì)這種由甲推知乙的簡(jiǎn)單類比普遍存疑，可能會(huì)提出問(wèn)題“怎樣證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)？”這一問(wèn)題也可以由教師導(dǎo)問(wèn)，或在學(xué)習(xí)了“生活中常見的鹽”后再追問(wèn)，目的是培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力、思維發(fā)散能力和問(wèn)題求證能力。實(shí)驗(yàn)設(shè)想對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)思考性、開放性很強(qiáng)的問(wèn)題，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)想可能正確，也可能不合理。學(xué)生可在教師的引導(dǎo)下圍繞“驗(yàn)證有新物質(zhì)生成”這一切入點(diǎn)展開思考，可能提出的設(shè)想有：1、向氫氧化鈉溶液中加入酚酞，根據(jù)溶液顏色是否由紅色變成無(wú)色來(lái)判斷。2、在通入足量二氧化碳后，向溶液中加入鹽酸，根據(jù)有無(wú)氣體生成來(lái)判斷。3、在通入二氧化碳后，向溶液中加入澄清石灰水，根據(jù)有無(wú)沉淀生成來(lái)判斷。以上設(shè)想不一定成立，可以通過(guò)討論來(lái)論證其合理性，也可以讓學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究中出乎預(yù)料的現(xiàn)象來(lái)反思。實(shí)驗(yàn)探究與結(jié)論1、按第1種方法實(shí)驗(yàn)，最終酚酞仍呈紅色。說(shuō)明二氧化碳與氫氧化鈉溶液沒有發(fā)生反應(yīng)。2、按第2種方法實(shí)驗(yàn)，有沉淀生成。說(shuō)明二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成了碳酸鈉。3、按第3種方法實(shí)驗(yàn)，有氣體生成。說(shuō)明二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成了碳酸鈉。第2、第3種方法的結(jié)論是一致的，需要反思的是第1種設(shè)想中的問(wèn)題。設(shè)想1的支撐點(diǎn)是“碳酸鈉溶液不能使酚酞變紅”，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)這不是經(jīng)驗(yàn)，而是一種主觀點(diǎn)論斷，現(xiàn)在成了懷疑點(diǎn)，需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證向碳酸鈉溶液中加入幾滴酚酞，溶液呈紅色。這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅徹底推翻了第1種設(shè)想的理論依據(jù)，還可以讓學(xué)生生成“鹽溶液不一定呈中性”的結(jié)論。四、運(yùn)用實(shí)驗(yàn)總結(jié)進(jìn)行反思探究學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)基本技能是學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范可能會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確度，甚至決定實(shí)驗(yàn)的成敗。在活動(dòng)與探究中，教師應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)操作對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)，并反思實(shí)驗(yàn)操作中可能存在的問(wèn)題，從而提高學(xué)生采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠性的能力。例4：精鹽產(chǎn)量為何有這么大的差異？問(wèn)題情境“粗鹽的提純”原是化學(xué)全一冊(cè)中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在是普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)1（人教版）中的化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作。操作要求：稱5g粗鹽并逐漸加到10mL水中，到粗鹽不再溶解為止；過(guò)濾、蒸發(fā)、結(jié)晶、稱量，將精鹽質(zhì)量填寫在黑板上的表格內(nèi)。下面是我校某班的實(shí)驗(yàn)記錄表。組別 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12精鹽質(zhì)量/g 3.0 3.4 2.5 4.0 3.6 3.2 3.5 3.6 3.9 3.8 2.6 3.1組別 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24精鹽質(zhì)量/g 3.2 3.4 3.6 2.4 3.7 3.5 3.4 3.4 2.8 3.6 3.1 4.2由于不同實(shí)驗(yàn)組之間產(chǎn)量差異較大，這張表當(dāng)即就引起了學(xué)生高度注意，并引發(fā)了一場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的理性分析和熱烈討論。比較分析學(xué)生自發(fā)的討論往往只關(guān)注差異、注重表象，甚至于還片面認(rèn)為產(chǎn)量最高的就是最好的。教師可對(duì)學(xué)生的思路進(jìn)行指導(dǎo)，將學(xué)生的思維由感性引向理性。通過(guò)查溶解度、計(jì)算、分析、討論等一系列活動(dòng)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理成下列結(jié)果：1、理論產(chǎn)量=3.6g。2、全班平均精鹽產(chǎn)量=3.4g。3、全班的精鹽產(chǎn)率=94.4%。4、各組的精鹽產(chǎn)率。第1小組為83.3%解釋與結(jié)論1、對(duì)全班精鹽產(chǎn)率的分析。全班平均精鹽產(chǎn)率為94.4%，小于100%，原因有：實(shí)驗(yàn)中存在合理?yè)p耗，如濾紙吸附食鹽、器皿上殘留少量食鹽等。不規(guī)范操作的影響。如，氯化鈉未達(dá)到飽和就進(jìn)行過(guò)濾，使溶液中氯化鈉的質(zhì)量減少。2、對(duì)各組精鹽產(chǎn)率的分析。有3個(gè)若實(shí)驗(yàn)小組的精鹽產(chǎn)率大于100%，實(shí)驗(yàn)中一定存在操作不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，可能有：量的水多于10mL，溶解的氯化鈉多于3.6g；蒸發(fā)時(shí)氯化鈉晶體不干燥等。有3個(gè)小組的精鹽產(chǎn)率等于100%，實(shí)驗(yàn)操作相對(duì)規(guī)范，可能不存在問(wèn)題。其余24個(gè)小組的精鹽產(chǎn)率小于100%，產(chǎn)率最低的僅有66.6%，可能原因是：產(chǎn)率接近100%的屬于合理?yè)p耗，產(chǎn)率過(guò)低的存在氯化鈉未達(dá)到飽和是主要原因，蒸發(fā)過(guò)程中有溶液或晶體濺出也是重要原因。總之，操作規(guī)范性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響。操作越規(guī)范，實(shí)際產(chǎn)量與理論產(chǎn)量誤差越小。 在新課程理念指導(dǎo)下，活動(dòng)與探究已成為重要的學(xué)習(xí)形式，教師只要將課前預(yù)設(shè)和實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的各種有效信息加以整合，就能創(chuàng)設(shè)成鮮活、深刻的問(wèn)題情境。對(duì)這些問(wèn)題的解決過(guò)程，是提高學(xué)生思維能力、養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度、提升科學(xué)精神、規(guī)范基本操