新課程背景下對化學(xué)的傳統(tǒng)實驗改革創(chuàng)新的探索-無錫-柯衛(wèi)平-楊文君

1、新課程背景下對化學(xué)傳統(tǒng)實驗改革創(chuàng)新的探索柯衛(wèi)平 楊文君江蘇省無錫市北高級中學(xué)，無錫，214045摘 要 在新課程背景下對化學(xué)傳統(tǒng)實驗的設(shè)計實施了“三個轉(zhuǎn)向。在實驗大賽中獲省實驗調(diào)演一、二等獎各一個，市二等獎一個。其中，“綠色的氯氣的制備與性質(zhì)微型實驗是將氯氣的制備、性質(zhì)和有害氣體的處理在密封的“井穴板中完成的微型綠色化實驗；“數(shù)字化中和滴定實驗是集傳統(tǒng)的酸、堿中和滴定與傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機于一體的化學(xué)實驗；“電化學(xué)多功能實驗儀是集電化學(xué)教學(xué)中所有實驗于一體的實驗儀器。關(guān)鍵詞 理念更新 微型綠色化 現(xiàn)代化 多功能化化學(xué)是以實驗為根底的一門自然學(xué)科。新課程實施4年來，廣闊學(xué)生在知識與技能、過

2、程與方法、情感態(tài)度與價值觀各方面得到極大的提升，學(xué)生積極主動，自主探究的學(xué)習(xí)條件和良好民主和諧的學(xué)習(xí)環(huán)境，也得到了進一步改善。但在這一過程中，仍有局部教師的教學(xué)理念比較落后，在課堂教學(xué)中弱化中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)，針對這一情況，我?；瘜W(xué)組組織全體教師學(xué)習(xí)新課標(biāo)教育理論與教學(xué)研究的有關(guān)文件與文章，同時參加省、市開展的高中新課標(biāo)骨干教師的培訓(xùn)，了解新課標(biāo)實施的背景、意義、指導(dǎo)思想、目標(biāo)和課程設(shè)置，對新課標(biāo)中的“三維目標(biāo)要求有了深刻的理解。首先，教師反思了教學(xué)理念。新課標(biāo)要求表達學(xué)生主體地位，表達群眾教育，表達素質(zhì)教育，表達新型的師生關(guān)系，較好把握課程與教學(xué)的新理念。其次，教師反思了教學(xué)方法。傳統(tǒng)的教學(xué)方

3、法是“我教你學(xué)，教學(xué)存在盲目性。而新課程體系中要求根據(jù)學(xué)生的實際情況因材施教，分類指導(dǎo)，提高教學(xué)的針對性。第三是教師反思了教學(xué)手段。傳統(tǒng)的教學(xué)手段“一支粉筆、一張紙加上實驗演示和投影的方式呈現(xiàn)出來的課堂教學(xué)手段比較落后。新課程中要求利用現(xiàn)代化的教學(xué)儀器，根據(jù)課本實際需要設(shè)置教學(xué)情景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和鼓勵學(xué)生的學(xué)習(xí)志向。四是教師反思了化學(xué)實驗教學(xué)。根據(jù)新教材中不再分演示實驗和學(xué)生實驗，有些教師就以課程緊無時間或該實驗有污染不環(huán)保等為借口，淡化了教師的演示實驗和學(xué)生的分組實驗。我們認(rèn)為：搞好中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)能有利于化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高，有利于全面落實和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的

4、興趣，有利于訓(xùn)練學(xué)生的思維科學(xué)方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價值觀。但是在實驗教學(xué)中，還存在以下誤區(qū)：其一是強調(diào)實驗裝置微型化，而忽略綠色環(huán)保；其二是只強調(diào)教師的演示實驗，忽略了學(xué)生的實際動手能力；其三是強調(diào)了學(xué)生的動手能力而忽略了實驗的現(xiàn)代化；其四是強調(diào)個體實驗的結(jié)果而忽略單體實驗的多功能性。因此，實驗教學(xué)的強化和創(chuàng)新問題是高中課改亟須解決的問題。如何解決以上的問題，我?；瘜W(xué)組與實驗室的老師在這方面作了有益的探索，著重在以下三個方面進行了“轉(zhuǎn)向。文檔來自于網(wǎng)絡(luò)搜索一、使化學(xué)的傳統(tǒng)實驗氯氣的制備向微型化、綠色化轉(zhuǎn)向新課程教育倡導(dǎo)科學(xué)探究為主的自主學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、研究性學(xué)習(xí)方式；重現(xiàn)

5、學(xué)生的親身經(jīng)歷和體驗；強調(diào)創(chuàng)設(shè)生動而有意義的學(xué)習(xí)情境。新課標(biāo)賦予化學(xué)實驗更多內(nèi)涵和教學(xué)系功能，需要我們轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗教學(xué)理念，重新審視化學(xué)實驗教學(xué)。例如傳統(tǒng)的實驗存在學(xué)生看的實驗多，親自做的實驗少的現(xiàn)象。但是我們知道，實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，動手實驗少不利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新意識，不利于學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和科學(xué)價值觀。例如，氯氣的制取、凈化、收集、尾氣的處理裝置如圖1。首先，只適合教師的演示，在課堂上只有局部同學(xué)能清晰看到實驗現(xiàn)象；其次在裝置撤除過程中有大量有害氣體產(chǎn)生會 圖1污染環(huán)境；再次，不利于學(xué)生做分組實驗。因此，設(shè)想將只適合于演示實驗的裝置能否改為小型化，以盡可能少的化學(xué)

6、試劑來獲得明顯、清晰的反響結(jié)果和理解化學(xué)實驗原理和技術(shù)。例如圖2裝置是氯氣的發(fā)生裝置，性質(zhì)實驗及尾氣處理集一體的裝置，該裝置的最大優(yōu)點：一是可以分組實驗，提高學(xué)生的動手、觀察、分析能力。二是實驗用量少，現(xiàn)象明顯。缺乏是該裝置在撤除過程中仍有有害氣體污染環(huán)境。根據(jù)上述情況，我們設(shè)計了一套既環(huán)保又微型化又便于學(xué)生分組實驗的裝置，即“綠色的氯氣的制備和性質(zhì)微型實驗。1. 設(shè)計意圖 圖2氯氣的制備和性質(zhì)實驗是高中化學(xué)教學(xué)中的重點和難點，在元素化合物知識的教學(xué)中具有代表性，為了有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強學(xué)生的動手能力和分析問題能力，必須將教師的演示實驗改為分組實驗，而要做到分組實驗，實驗裝置必須實施

7、微型化；同時為了培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和創(chuàng)新思維，實驗裝置的微型化必須表達綠色化，在實驗撤除過程中必須無有害氣體產(chǎn)生。2. 實驗原理氯氣的制取是利用高錳酸鉀固體和濃鹽酸在常溫下反響來制取。反響裝置可以用塑料的“井穴板做反響容器，而“井穴板放在密封盒中，利用氣體的擴散原理進行Cl2的相關(guān)性質(zhì)實驗，如：Cl2使?jié)駶櫟募t紙褪色，枯燥的紅紙不褪色，Cl2使品紅溶液褪色，Cl2與碘化鉀淀粉溶液反響變藍色。最后利用氫氧化鈉溶液，吸收多余的Cl2。3. 實驗試劑KMnO4固體、濃鹽酸溶液 、NaOH溶液 品紅溶液、紅色紙條、KI淀粉溶液4. 實驗儀器 圖3：井穴板 圖4：密封盒和一次性注射器5. 實驗步驟和現(xiàn)象

8、將井穴板圖3放入密封盒中圖4，在井穴板的孔穴2中參加KMnO4固體，在空穴1、3、4、5、6中依次參加枯燥紅色紙條、濕潤紅色紙條、品紅溶液、KI淀粉溶液、NaOH溶液，后將可移動的滑板蓋蓋上。在注射器中吸入少量濃鹽酸，注入盛有KMnO4固體的孔穴中。此時，可以看到KMnO4固體和濃鹽酸劇烈反響，生成黃綠色氣體，隨后，可以看到濕潤的紅色紙條褪色，而枯燥的紅色紙條不褪色，品紅溶液褪色，KI淀粉溶液變藍色。反響完畢后，將密封盒倒轉(zhuǎn)振蕩，使NaOH溶液能充分吸收多余的氯氣。最后用水清洗所有儀器，用餐巾紙擦干立即可以進行下一個班級的分組實驗。6. 實驗裝置成功的關(guān)鍵密封盒的密封性要好。制取密封盒精度要高

9、，材質(zhì)使用有機玻璃。在實驗前必須檢驗裝置的氣密性，將密封盒上可移動的滑板蓋，裝好一次性2毫升注射器，將其完全浸沒到水槽中，看是否漏氣；或在密封盒中加少量水，倒置，觀察蓋子周圍是否漏水，如有漏氣現(xiàn)象，可以在盒蓋的邊緣涂上少量的凡士林，再檢查一遍，直至無漏氣現(xiàn)象。在密封盒的蓋板上裝上一次性注射器必須使用可塑性密封橡膠。7. 實驗改進的意義綠色化：氣體的制備和性質(zhì)實驗在完全密閉條件下完成，實驗藥品用量少，產(chǎn)生的有毒氣體少，最大限度地減少有毒氣體的散逸，減少對環(huán)境的污染和對師生健康的危害。在實驗過程中對學(xué)生進行環(huán)保教育，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。微型化：實驗裝置簡單， 由于使用“井穴板，省去許多導(dǎo)管、

10、橡皮塞的連接，更易控制氣密性；實驗操作方便，只需掌握滴管的使用方法即可，而且比照實驗現(xiàn)象明顯，適合師生人手一套進行分組實驗，使每位學(xué)生都能清楚的觀察到實驗現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生做化學(xué)實驗的興趣。 制備、性質(zhì)、尾氣處理實驗一體化：利用KMnO4固體和濃鹽酸溶液常溫下反響制備氯氣，方便快捷，氯氣隨用隨制。在講解氯氣性質(zhì)時，可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的需要選擇不同的實驗內(nèi)容。有毒氣體處理也在密封盒中完成。通用性強：該裝置不僅使用于氯氣的制備和性質(zhì)實驗，也適用于其他不加熱氣體的制備與性質(zhì)實驗，尤其是有毒有害氣體的實驗。如用亞硫酸鈉與硫酸反響制SO2、用銅和濃硝酸反響制NO2等。該實驗：“綠色的氯氣的制備與性質(zhì)微型實驗獲

11、江蘇省第五屆中學(xué)化學(xué)實驗調(diào)演一等獎，無錫市中學(xué)化學(xué)實驗調(diào)演一等獎。二、使化學(xué)的傳統(tǒng)實驗酸堿中和滴定向現(xiàn)代化的中學(xué)化學(xué)實驗轉(zhuǎn)向傳統(tǒng)化學(xué)實驗，過于強調(diào)實驗對所認(rèn)識的化學(xué)根本概念、根本規(guī)律和根本原理的驗證，學(xué)生只要按照實驗步驟做下去，就可以得出結(jié)論。這樣的實驗功能根本不能促進學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的開展。同國外的化學(xué)課程相比，我國化學(xué)課程中的化學(xué)實驗無論從實驗方法還是實驗手段來看，都遠遠落后于化學(xué)科學(xué)的開展。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展，在化學(xué)實驗中又使用了許多新的科學(xué)儀器，如：紅外光譜儀、原子吸收光譜儀、核磁共振儀、質(zhì)譜儀、傳感儀等等。隨著我國改革開放三十年來，我國經(jīng)濟科技的飛速開展，已對中學(xué)化學(xué)實驗提出更高要求

12、，將中學(xué)化學(xué)實驗逐步現(xiàn)代化已成為大家的共識。有感于上述的認(rèn)識，我們對傳統(tǒng)實驗酸堿中和滴定進行現(xiàn)代化實驗的探索，即：“數(shù)字化中和滴定實驗。1. 設(shè)計意圖蘇教版“化學(xué)反響原理選修一書中有關(guān)酸堿中和滴定一節(jié)內(nèi)容，是采用酸度計測PH的，我校使用的是無錫市配發(fā)的筒式酸度計。在實驗使用過程中存在以下幾個問題：酸度計的頻繁使用，要反復(fù)對酸度計進行校零，工作繁瑣，時間消耗多。酸度計測量數(shù)值時 ，穩(wěn)定時間較長，延長了整個實驗過程，一節(jié)課無法完成鹽酸滴定氫氧化鈉溶液過程中的PH變化曲線圖。由于酸度計較寬，溶液要及時混合時只能用酸度計當(dāng)玻璃棒攪拌，操作上不符合標(biāo)準(zhǔn)。針對以上實驗存在的問題是否可以使用現(xiàn)代化的實驗手段

13、與傳統(tǒng)實驗有機結(jié)合起來，動感地、連續(xù)地表現(xiàn)酸堿中和滴定的PH變化曲線過程，又可節(jié)約時間在課內(nèi)完成該實驗?zāi)?？我們研究和探索認(rèn)為：鹽酸滴定氫氧化鈉溶液的反響中，混合溶液中氫離子濃度變化是一個關(guān)鍵的特征，可利用PH傳感器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集器及分析軟件，連接計算機實時跟蹤，確定二者不同比例時混合物的PH值，并同步轉(zhuǎn)化為圖像輸出。 2. 實驗儀器與藥品朗威DISLab6.0數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、計算機、100ml錐形瓶、滴定臺、酸式滴定管、堿式滴定管。蒸餾水、0.1molL -1 HCl溶液、未知濃度的NaOH溶液、酚酞試液3. 實驗裝置圖 圖54. 實驗步驟按圖5，組裝實驗裝置，安裝滴定臺，將PH傳感

14、器、數(shù)據(jù)采集器、計算機相互連接。翻開計算機，進入V6.0實驗軟件系統(tǒng)。點擊“通用軟件，系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器，并顯示pH。用堿式滴定管取20ml未知濃度 NaOH溶液注入到一只100ml錐形瓶中，滴加酚酞23滴。將帶有PH傳感器和塑料軟管的橡膠塞塞在錐形瓶口上，使傳感器電極玻璃泡完全浸入液面下，塑料軟管的另一端與酸式滴定管尖嘴相連。在計算機上翻開“計算表格，添加變量“V代表HCl滴定體積，選擇“平鋪窗口。搖動平底燒瓶，待系統(tǒng)顯示的pH穩(wěn)定后點擊“手動記錄，記下初始pH，并將滴定管初始體積輸入到相應(yīng)位置。滴定剛開始時，每滴入鹽酸2毫升取一個值，搖動錐形瓶，點擊“手動記錄，記下pH，同時將HC

15、l的滴定體積讀數(shù)記錄在表內(nèi)。當(dāng)pH降到12-11時，將改為0.5毫升記錄一次，并注意溶液顏色變化。當(dāng)pH降到3-2左右時，改回每2毫升取一個值， 并注意pH的變化。點擊“繪圖，設(shè)定x軸、y軸分別為“V、“pH，得出一組“V-pH數(shù)據(jù)點圖6。點擊“設(shè)置，取消“只畫離散點即得到0.1molL -1 HCl滴定未知濃度NaOH的滴定曲線圖7。圖6圖7點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇“鼠標(biāo)顯示坐標(biāo)值，沿滴定曲線可找到pH=7時的HCl滴定體積，計算可得未知濃度NaOH的濃度。用蒸餾水淋洗pH傳感器探頭2-3次，并用濾紙吸取附著在pH探頭上的蒸餾水，可重復(fù)實驗步驟-做2-3次后，求滴定體積的平均值然后進行計算。5.

16、實驗裝置成功的關(guān)鍵 PH傳感器的固定。PH傳感器是圓柱體、可采用大口錐形瓶，在橡膠塞上打一個大的孔來插入PH傳感器并固定。2 另在橡膠塞打一個小孔插塑料軟管作鹽酸溶液引流管，另一端連接在酸式滴定管尖嘴口，搖動時不易損壞所用儀器，又使溶液及時混合使所測PH值數(shù)據(jù)正確率高。6. 實驗改進的意義 本實驗采用傳感技術(shù)、數(shù)據(jù)采集器，分析軟件、計算機的幫助，使傳統(tǒng)酸堿中和滴定實驗賦予全新的含義，讓學(xué)生清晰地看到隨著鹽酸溶液的滴加，觀察到整個反響體系的PH變化曲線，縮短了實驗時間，提高了課堂效率，尤其使學(xué)生容易理解滴定飛躍的全過程和本質(zhì)，拓寬了學(xué)生了解使用先進的科學(xué)技術(shù)的研究手段和研究方法，鼓勵學(xué)生的積極向

17、上學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)方法。 目前江蘇省有很多學(xué)校都裝備了物理數(shù)字化實驗室，為學(xué)生分組實驗，開展“數(shù)字化中和滴定實驗提供了珍貴的實驗平臺，同時PH傳感器與筒式酸度計價格差不多，如損壞，筒式酸度計作報廢處理，而PH傳感器廠家免費維修，便于全面推廣數(shù)字化酸堿中和滴定實驗。該實驗“數(shù)字化中和滴定實驗獲江蘇省第五屆中學(xué)化學(xué)實驗調(diào)演二等獎，無錫市中學(xué)化學(xué)實驗調(diào)演一等獎。三、使化學(xué)的傳統(tǒng)實驗電化學(xué)的多個單體實驗向單體多功能實驗儀轉(zhuǎn)向1設(shè)計意圖傳統(tǒng)的電化學(xué)教學(xué)中，分別有溶液導(dǎo)電性實驗、原電池實驗、電解飽和食鹽水實驗、電解氯化銅實驗、氫氧燃料電池等實驗組成。一套又一套的實驗，在做學(xué)生分組實驗時，準(zhǔn)備

18、工作多，非常不方便，并且有的實驗要產(chǎn)生有害氣體，影響師生的身心健康，那么是否可以研制一套集所有電化學(xué)實驗于一體又是綠色環(huán)保的多功能實驗儀器呢？我組化學(xué)教師與實驗室教師共同研制了“電化學(xué)多功能實驗儀。該裝置能做電化學(xué)教學(xué)中所有實驗，既符合教師演示實驗使用，又便于學(xué)生分組實驗的使用，并且實驗裝置環(huán)保綠色化。2實驗儀器盒子2個、碳棒兩套帶蓋板2個、導(dǎo)線6根、導(dǎo)電儀、發(fā)光二極管和音樂模塊各1個、帶兩個膠圈板、鋅片電極1個、銅片電極1個、鐵片電極1個、帶銅座小碳棒2根、 圓形塑料套管2個、注射器2只、檢驗氯氣小盒1個。 3實驗試劑1molL-1醋酸溶液 0.5 molL-1硫酸鈉溶液 25%氯化銅溶液

19、0.1 molL-1氫氧化鈉溶液 3 molL-1稀硫酸 飽和氯化鈉溶液4.實驗儀器裝置圖和試劑溶液的導(dǎo)電性實驗和原電池實驗較簡單，只列出實驗裝置圖。()溶液導(dǎo)電性實驗，見圖8實驗步驟，現(xiàn)象略()原電池實驗，見圖9實驗步驟，現(xiàn)象略下面著重介紹氫、氧燃料電池實驗和電解飽和食鹽水實驗氫、氧燃料電池實驗1實驗裝置圖 見圖102實驗步驟：按圖10裝置連接，先把開關(guān)扳到溶液導(dǎo)電一側(cè)，導(dǎo)線連接在電源接線柱上，二極管或音樂板模塊連在左側(cè)兩個接線柱上，調(diào)節(jié)電壓至6V，翻開電源開關(guān)，先充電10秒左右，電解硫酸鈉溶液產(chǎn)生氫氣與氧氣。關(guān)掉電源開關(guān)，把裝置上的開關(guān)扳到燃料電池，做氫、氧燃料電池放電實驗。3實驗現(xiàn)象：按

20、實驗步驟：可觀察到，兩極上都有大量氣泡產(chǎn)生，陰極產(chǎn)生的氣泡比陽極多。按實驗步驟：可觀察到，二極管發(fā)亮，音樂響了，響的時間很長。電解飽和食鹽水實驗1實驗裝置圖 見圖112實驗步驟：在兩個導(dǎo)氣管口加上橡膠塞或乳膠套，把套管內(nèi)的空氣用針管抽空，充滿溶液。按照圖11連接好線路，電壓調(diào)至6V，翻開電源開關(guān)，通電12分鐘。 關(guān)掉電源，用注射器抽出套管中的氣體，可做氣體檢驗。用抽有氫氣的注射器蘸取肥皂水，將針頭移近酒精燈火焰后推針筒活塞；另將抽有氯氣的注射器中的氯氣注射到一個密閉的自制小盒中，盒中一格放濕潤紅紙，另一格放氫氧化鈉溶液，片刻后，振蕩小盒。3實驗現(xiàn)象：按實驗步驟：可觀察到，套管中有無色氫氣和黃綠色的氯氣產(chǎn)生，溶液被排到套管外。按實驗步驟：可觀察到，針頭處有氣泡、點燃那么發(fā)生輕微的爆鳴聲；氯氣使?jié)駶櫟募t色紙條褪色，振蕩小盒，氫氧化鈉溶液充分吸收剩余的氯氣。5實驗裝置成功的關(guān)鍵(1)根據(jù)電化學(xué)各實驗的共性和差異性，設(shè)計了一個電化學(xué)實驗共用電路板，根據(jù)不同實驗，通過不同的開關(guān)來調(diào)整電路。(2)原電池裝置和氫氧燃料電池由于電流小，由電流計改為音樂板