[浅议高中化学教学中的实验探究活动]高中化学实验探究案例

  高中新课程的一个重要目标就是发展科学探究能力。化学实验是进行科学探究的主要方式,是发展科学探究能力的重要途径。积极开展实验探究活动,对于转变学生的学习方式,培养学生学习化学的兴趣,发展他们的科学探究能力,具有十分重要的作用。本文就高中化学教学中的实验探究活动谈一点看法。
  
  一、实验探究活动的过程和方法
  
  从实验在化学教学认识中的作用来看,实验探究的方法一般可分为探索性实验和验证性实验,这两种探究方法不仅在过程上有所不同,其功能亦大不相同。
  1. 探索性实验主要是通过“问题―实验事实―科学抽象―结论”这样一个过程来体现的。
  例如:不考虑氧化还原反应,对酸的通性中“酸和某些盐反应”规律性的探究这一案例,方法如下:
  首先提出问题:酸能否跟盐发生化学反应?然后进行实验:在盛有CaCO 固体的试管里,滴加稀HCl溶液,然后观察现象并进行记录。事实证明这一反应是可以进行的,即酸是可以跟盐发生反应的。接着提出:是不是所有的酸都可以和某种盐发生反应呢?然后针对这一问题进行两组对照实验:①在盛有CaCO 固体的两只试管里分别滴加CH COOH溶液和苯酚溶液;②在盛有Na SO 固体的两只试管里分别滴加CH COOH溶液和H SO 溶液,然后观察现象并进行记录。通过对所获得的实验事实的比较发现,CaCO +CH COOH和Na SO +H SO 发生了化学反应,而苯酚和CaCO 、CH COOH和Na SO 不反应,为什么呢?进一步分析发现,CH COOH的酸性比H CO 强,H SO 的酸性比H SO 强,也就是说相对强的酸是可以跟相对弱的酸的盐发生反应的;而苯酚的酸性比H CO 弱,CH COOH的酸性比H SO 弱,也就是说弱酸不能跟相对强的酸的盐反应。根据科学抽象的结果可以得出结论:酸可以和某些盐反应;用相对强的酸可以跟相对弱的酸的盐反应制备弱酸。
  2. 验证性实验是通过“问题―假说―实验验证―结论”这样一个过程来体现的。
  例如原人教版教材(必修加选修)中对“乙醇分子结构”的探究这一案例,方法如下:
  首先提出问题:乙醇分子具有什么样的结构呢?然后结合乙醇的分子式和碳、氢、氧元素的化合价,推测出乙醇分子可能具有以下两种结构(提出假说):
  
  乙醇分子到底是哪一种结构呢?如果是结构(I)的话,那么理论上1mol乙醇可能产生0.5mol或者2.5mol氢气,甚至3mol氢气(结构①中的乙醇分子有五个碳氢键和一个羟基,假定碳氢键中的氢原子也能被钠置换);如果是结构(II),那么理论上1mol乙醇可能产生3mol氢气(结构②中有六个碳氢键,假定碳氢键中的氢原子也能被钠置换)或者不会有氢气产生。然后通过实验来测定和记录一定量的乙醇跟足量的金属钠反应所生成的氢气的体积(实验验证),经计算,1mol乙醇大约能产生0.5mol的氢气。据此可以得出结论:乙醇分子的结构是结构(I)。
  3. 如上所述,探索性实验的特点是实验在前,结论在后,其教学认识功能主要是为学生形成理性认识打下感性认识基础。而验证性实验是结论在前,实验在后,实验的教学认识功能主要是为了检验化学假说,验证化学概念和理论,以使学生获得正确的理性认识。由此可知,两种认识过程不同,其教育价值也不尽相同:(1)与探索性实验的基本程序相比较,验证性实验非常重视学生对提出假说的理论依据的讨论。这不仅可以克服学生草率或盲目地选择假说的倾向,而且还可以提高学生的语言表达能力。另外,对假说所依据的理论进行讨论的过程,其实也是由感性认识向理性认识飞跃的抽象思维过程,是与学生的逻辑推理能力的成长和提高紧密地联系着的。(2)与探索性实验相比较,验证性实验更能够使全体学生共同参与同一课题的解决过程,它可以使每位学生都有机会和权力发表自己的见解,同时还可以培养学生的协作意识。也就是说它更能够体现教学的民主化。
  
  二、探究活动前提出的问题应明确而具体
  
  如上所述,不论是探索性实验还是验证性实验,其基本的教学程序中都要首先提出问题,然后再进行科学探究。如果探究活动前教师向学生提出的问题过于笼统,则不利于探究活动的顺利实施。例如实验探究“增大反应物的浓度对化学平衡有何影响”这一案例,如果探究实验前教师提出的问题是增大浓度对化学平衡有何影响,则可能会导致学生思维的混乱,因为“增大浓度”是一个不明确的说法,增大什么浓度没点明,也就不易给学生的思维定向,况且勒夏特列原理是在其他条件不变的情况下,以只改变一个条件为前提的。因此,教学中教师最好是结合具体实例向学生提问,如对FeCl +3KSCN?葑Fe(SCN) (血红色)+3KCl反应来说,在其他条件不变的情况下,增大反应物(FeCl 或者KSCN)的浓度,此平衡将向何方向移动?提出问题后,学生再结合勒夏特列原理就比较容易理解了。
  
  三、验证性实验中的假说这一环节一般由教师完成
  
  实验探究是一种逻辑和想象相融合的活动。在实验探究过程中既需要猜测,也需要作出科学的假设,并需要通过实践来求证和检验假设。实验探究活动的开展,不仅需要学生具备一定的逻辑思维能力、一定的想像能力,而且还需要足够的时间。一个相对完整的探究活动包括了一系列科学方法,例如对上述例子,教师可以给出三种假说:①平衡向正反应方向移动(颜色加深);②平衡不移动(溶液颜色不变);③平衡向逆反应方向移动(溶液颜色变浅)。
  
  四、重视实验的过程,更应重视实验结果
  
  化学实验功能的体现,不仅仅在于获得正确的实验结果,还在于使学生经历和体验获得实验结果的探究过程,只有亲身经历了这样的过程,学生才能对什么是科学实验有较为深刻的理解,才能在这样的过程中受到科学过程和科学方法的训练,形成科学的情感态度和价值观。然而令人遗撼的是,从实践中来看并没有见到应有的效果。笔者带了课改后的两届高三,每每复习到元素及其化合物,都会感到有太多的无奈:学生群体性地出现化学式书写错误,不懂判断反应产物,不知道化学方程式怎么书写,不知道化学反应能否发生。这固然有生源方面的问题,也可能存在教师素养方面的问题,甚至有教材编排上的问题,但不可否认的是,片面追求探究过程而忽视结果才是最根本的原因。从某种程度上讲,化学式、化学方程式(原理)也是一种结果,是前人的探究成果,离开了这些成果,我们用什么作为依据进行实验探究呢?只要过程不要结果的探究又有什么现实义意呢?因此,教学中我们应该把实验过程和实验结果作为一个完整的探究活动来看待,不能走极端。
  
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