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不论是从人类认识规律,还是从发展学生的智力与能力、培养他们科学的世界观和方法论、提高他们的综合素质等角度来看,化学实验都具有十分重要的作用。一个概念的形成,常常需要一个过程。从实践出发,首先获得一种感性认识,然后经过分析、概括、推理,慢慢形成了一个概念,并在以后的发展中不断得到发展、完善。因此一个概念一般都是比较抽象的,化学概念也是这样。如果我们的教师能够科学地进行化学实验教学,无疑会激发学生的学习兴趣,帮助学生形成化学概念。同样,通过化学实验可以使学生更好地理解和深入地领会化学定律和化学原理,在帮助学生进一步消化和巩固所学的化学知识方面起到积极的作用。同时,实验教学还是发展学生智力、培养辩证思维能力的一项重要措施。
二、化学实验教学中的方法改进
化学科学的每一项成就都离不开实验。化学实验教学可以帮助学生学习元素化合物知识,形成化学概念,获得理论的感性认识,并通过抽象思维形成理性认识,而通过实验又可以验证和巩固概念、理论,使之发展和深化。化学实验是培养学生自学能力的重要手段,为培养学生实事求是、严谨认真的科学态度和科学方法提供了极好的机会,对促进学生非智力因素的发展、辩证唯物主义世界观的形成、陶冶思想情操都具有非常重要的作用。因此笔者认为在中学化学实验教学中应当注重以下几点。1.培养学生的观察能力
学生的观察能力不是自发进行的,要靠教师引导、启迪,逐渐培养而成。首先在教学中要让学生明确观察在化学实验中的作用及提高观察能力的意义,要经常要求学生预先做好观察的准备,提出明确的观察任务,制定进行观察的计划,掌握所必须的具体方法。这样有助于启发学生有目的、有计划的观察,提高了观察的效率,使学生的智力技能在良好的非智力品质的配合下迅速提高;其次是教师要根据观察对象的特征,有意识的训练学生协调运用多种感官进行观察,从而提高观察质量;再有就是指导学生学会既全面、又分清主次的观察。既全面又分清主次地进行观察,就是要求既要重点观察主要现象,又不遗漏观察次要现象;既要观察到明显的现象,又要迅速地发现不易发现或容易消失的现象,经常这样要求学生,可以培养出学生敏锐的观察能力;再还有就是指导学生将观察和思维结合,提高分析和解决问题的能力。观察的目的是探索和发现问题,达到对事物及其变化规律的认识。观察能力能引起思维能力的发展。观察越丰富、越准确,认识就越深刻,思维也就愈加活跃、广阔。观察力同时也能提高学生的判断能力。敏锐的观察力有助于对复杂的材料进行对比、分析,提高自己判断是非、区分本质和非本质的能力。教师应有意识的设计一些课题或者针对一些实验的异常现象,引导学生将观察和思维紧密结合,从而提高学生分析和解决问题的能力。总之,良好的观察能力是在实践中经过一定的训练而形成的。实验教学为培养和发展学生的观察能力提供了良好的途径,教师必须在教学中有意识的培养和发展学生的观察能力。
2.培养和发展学生的创新能力
培养和发展学生的创新能力,最重要的是要通过实验,让学生独立思考、大胆操作,在亲自实践的活动中培养和发展自己的创新精神。但是,通过教育实习和见习的亲身体会,以及一些走上讲台的化学教师的介绍,目前中学的学生实验课中,一般做法是将实验目的、内容预先按实验报告顺序列于黑板上。这严重影响了学生思维的发挥,不利于学生创新能力的发展。如果改为根据实验特点提出课题要求,引导学生运用所学知识,根据实验目的及内容,选择仪器药品,设计实验方案,然后进行实验操作。这种教学方式有助于发展学生思维的创造性,又能获得良好的实验教学效果。
3.培养学生的辩证唯物主义观
马克思说:“化学可以称为研究物体由于量的构成的变化而发生的质变的科学。”可见,化学与辩证唯物主义有着密切的联系。但是在中学化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义教育经常被忽视了。在中学化学实验教学中,不管是教师的教还是学生的学都会受到一定的世界观和方法论的影响,特别是辩证唯物主义物质观、对立统一规律和量变与质变规律。对学生进行辩证唯物主义观点教育,就是要使学生把辩证唯物主义当作科学的世界观和方法论来理解,并用来指导当前的学习,以帮助他们找到解决问题的途径,指引他们沿着正确的方向前进。化学实验教学中对学生进行辩证唯物主义基本观点教育,有助于提高学生对实验的兴趣,提高实验效果,培养和发展学生的能力。
【摘要】随着素质教育改革的不断深入,化学实验教学已经成为中学化学教学中的重点部分。在实验教学中我们不仅要系统地将化学知识传授给学生,而且要注重培养学生的观察能力、创新能力以及科学探究能力。
【关键词】化学教学实验课创新思维习惯独立
参考文献:
[1]纪图雅.中等职业学校化学实验教学中学生思维训练研究[D].内蒙古师范大学,2005.
学生是教学的主体,我们的化学实验教学不仅仅是要让学生观察实验现象,也不仅仅是要培养学生运用理论知识和实验经验设计实验方案,实验是探索未知的过程,是学生进行科学研究的重要方式,借助于学生的自主探究可以培养学生的科学素养,体验探究的过程,在做中学,在对现象分析的过程中突破对难点的理解,从而实现释疑解惑提升的目的.初中化学实验教学应该注重学生的自主探究,唯有如此,学生的收获才会更多,新课程才能实现知识、技能、情感和科学素养的多维提升,这恰恰就是新课程的要求.
二、强化演示实验
演示实验是操作最简便,占用课堂时间最少,调节课堂情绪功能最强的一种实验教学方式.不过千万不能上成只有教师表演没有学生思维的费环节,我们的演示实验力求做到操作到位,可视度高,思维提炼度高.图1例如,在讲“对可燃物燃烧条件的探究”时,笔者如图1进行演示实验,按照图1标识进行了介绍,然后引导学生自主观察实验现象.演示完毕后,让学生提自己想知道的问题,结果发现学生是可以提出与核心规律相关的问题的.问题1:为什么都是放置在铜片上,白磷能燃烧,而红磷不能?问题2:为什么都是白磷,放在铜片上能燃烧,而放置于水中不能?问题3:是不是红磷不能燃烧?对于问题1和问题2引导学生讨论,对于问题3可以让学生猜测不能燃烧的原因,并思考怎样让其燃烧,接着在学生猜测的基础上再补做实验,观察到红磷在空气中燃烧的现象,最后再讨论总结燃烧的条件.
三、注重贴近学生的生活
对于学生而言,其最熟悉的情境莫过于生活,从学生的生活和社会生产实践出发也是新课程标准提出来的教学要求,化学学科与生活密切联系,教材中的实验设置也有很多与生活有关,实验教学生活化不仅仅能够减少学生化学学习的枯燥感和陌生感,还能让学生真切地体验到化学知识学习的实用性和价值性.例如,在学生学习化学前,都知道吸进去的是氧气,而呼出的是二氧化碳,那么是不是呢?可以让学生自己探究,通过探究深化理解“人体吸入空气和呼出的气体的不同”.化学实验生活化除了教授知识,还能给学生渗透一种观察生活、思考生活的意识,提升改善生活质量和保护生活环境的情感.
四、将实验由课堂延伸到课外
实验前实施安全教育考核制度
在进行化学实验课程之前,学生对化学实验了解得往往不多,虽然对实验项目兴趣浓厚,有迫切进行实验的欲望,但对实验的机理、内容和安全知识却是知者甚少。传统的安全教育安排在这个阶段,让学生系统地了解相关安全知识,确实具有一定的效果。但教师在讲并不表明学生一定在听,由于多种原因,能完全掌握安全知识的学生较少。台湾清华大学在这方面实行的是安全教育结合化学实验室的准入制度。学生在进入化学实验室之前,必须通过相应的安全教育和考试,并把通过安全考试作为进入化学实验室的必要条件。安全教育方式多样化,学生可选择选修安全教育课和网络教育等不同方式。在考试前往往还会安排进行一次集体授课,请专业的实验室安全人员来进行讲解。对于缺考或考试不合格的学生,会安排重修和考试,直至合格后才准进入实验室。在安全考试面前人人平等,即便是来访的资深教授也要在进入实验室进行实验前通过安全考试,否则是不允许进入的。我们传统的实验安全教育也有自学和集中授课环节,但往往缺乏的是安全考试制度。进行安全考试能在一定程度上提高学生安全学习的效果,同时把其作为进入实验室的必要条件,能让学生在思想上充分重视,避免了传统安全教育方式中学生可听可不听的懈怠局面。台湾清华大学在授课方面也尽可能以形象教育方式为主,用实物演示、图片展示等教育方式来提高安全教育效果。例如,在讲解实验室灭火知识时,重点强调需要沉着冷静,及时判断火势大小、原因并正确使用消防器材:局部着火,顺手用湿布、沙子等材料盖灭;火势较大时,依据着火原因和火情使用适宜的灭火器材;火势无法控制时,及时断电关气,迅速离开并立即报警。在讲解使用灭火器材时,可以把常见的各类灭火器向学生展示,同时用示范的方式给大家进行演示。通过这样的系列课前安全教育与考试,让每名学生都掌握相关安全知识,提高安全意识和安全能力。这不仅保障安全教育的效果,而且最大限度地减少了实验室安全事故。
教学过程中强化安全教育
传统安全教育方式往往只重视课前的安全教育,在教学实施过程中和结束后并没有实质性的安全教育内容。这也给学生造成误解和思维定势,认为安全教育只是走过场,对于化学实验室安全管理制度也产生不在意的心理,因而易于发生实验室安全事故。在日常实验室安全教育方面,台湾清华大学采取了一些很有特点的措施。例如在每间实验室门口都有危险提示标志,说明该实验室可能产生哪些危险,同时也提示禁止在该实验进行不恰当行为(如吸烟、带入磁性物体等)。每个实验室需要使用的危险试剂、药品都需要进行登记和专人保管使用,在实验室门口醒目的位置建立文件夹,放有该实验室使用的危险药品的性质和预防、处理措施的资料,不断提醒进入实验室的人员要时刻进行规范操作和安全处理。他们还专门成立环安中心来进行实验室安全检查和安全设施维护工作,往往每学期有多次的安全检查。相比之下,内地高校实验室的安全制度实施则相对不力,有些安全检查流于形式,这是需要认真改进的。在化学实验教学过程中需要不断强化安全教育。我校在进行每项化学实验之前,都要求学生进行预习,不仅要对实验机理和实验过程进行预习,而且需要查明实验中每一个用到的试剂与药品的物理、化学性质和安全特性(MSDS)[10]。这样能有效提高学生的安全意识,同时也能指导学生在实验中进行规范操作,避免安全事故。为了能提高学生在化学实验教学过程中的学习效果和安全觉悟,我们计划让学生自己进行实验安全监督。学生相互进行实验操作监督,对实验设施和实验环境提出安全意见,不仅使学生实验操作更加规范,而且让他们时刻具有安全意识,同时也改进了实验室环境和条件。在这个过程中,毕竟学生的经验尚浅,教师应当在合适的时候进行引导,以取得更好的实验教学和安全教育效果。学校提倡在实验前和教学过程中将实验安全教学引入案例教学方式,对社会上最近发生的安全事故和实验室以往的安全隐患进行分析。这样既可以提高学生的学习兴趣和视野,同时也让学生了解正确的安全处理方式。例如在使用金属钠的实验中,在课堂上让学生对“实验室中金属钠着火是否能直接用水进行浇灭?”进行讨论。这样不只是教师直接灌输关于金属钠的安全知识,还让学生在讨论中更加深刻了解金属钠的性质,同时也让学生正确掌握用砂土隔绝氧气而灭火的手段。当然,如果在确保安全条件下用少量金属钠为学生进行教学演示,将能取得更直观的教学效果。这些安全教学方式和手段都是在教学过程中对学生进行安全教育的强化,能让学生在潜意识上强化正确的安全理念和掌握实验安全技巧,培养学生进行化学实验的综合能力。
课后安全评价巩固安全教育效果
传统教学方式忽视了实验结束后对学生的安全教育。实验结束后,学生只是对实验过程进行复述,对实验结果进行处理并书写实验报告。在调查中发现,大多数学生都以获得实验产物的多少来衡量实验的成败,而对实验的规范操作和安全事项不加重视。为了能达到安全教育与实验教学一体化,在课后对学生的安全教育是极其重要的。引入学生对实验安全的自我总结评价方式,能让学生对实验过程的安全进行有效的总结,达到将安全教育贯穿整个实验教学过程的目的。在实验报告中增加实验安全评价一项,让学生从安全角度去审视自己的整个实验过程:实验仪器装置是否按照要求搭建,原料称取时是否有撒漏,实验过程中废气是如何处理的,实验结束后的废料是否进行规范处置等,对每次实验操作进行安全总结。只有这样才能让学生时刻意识到实验安全的重要性。对于那些实验操作不规范、存在实验安全隐患的学生,虽然侥幸得到实验预期的产品和结果,但整个实验严格来说是不合格的。传统教学方式并没有让这些学生意识到问题所在,通过实验后的安全评价能让他们进行这方面的自我批评和改正,真正在实验能力上得到提高。因此推行课后自我安全评价教育方式,能进一步巩固整个实验教学过程的安全教育效果。
初中学生学习方式的改变对实验室提出了更高的要求.实验室不仅需要在空间上、时间上确保新教材所要求教学任务的完成,同时还要实现实验室的功能拓展,使实验室成为科学探究的场地,不仅仅是为了完成实验,而是要以开放实验环节让学生去做他们想做的实验.在实验进行时,由于学生的个性化差异,在仪器的准备上会存在难度,那么应该怎样来解决这一问题呢?通过实验室的开放,采取轮流实验的方法,让学生通过课外的时间来完成实验,从而弥补时间与设备上的不足.在开展实验时,可以分小组进行,让学生在不断合作探究中,自行提出实验方案.开放实验室要求教师能够负责,并且具备一定的科学探究能力和探索精神,对于学生的实验结果能够正确地分析和评估,进而指导学生去改进、去创新.通过实验室的开放,可以让学生探究属于他们自己的“实验”,这样就会使学生的创新精神和实践能力在实验室中充分地发挥出来.
二、鼓励学生通过家庭小实验进行探究
家庭小实验指的是学生在课余时间利用日常生活用品来替代实验室仪器和药品等,由学生独立在家里完成试验,这一部分知识主要是让学生对课堂教学知识进行深层次的补充.相对而言,这一类型的实验是比较安全的,而且实验仪器和药品都很容易得到,操作简便,不过这一类实验要求了学生能够在知识点运用上更加具备创造性和独创性.通过家庭实验,可以让学生积累更多细致、丰富的材料,拓宽、验证课堂教学内容,再配合上小实验,可以让学生对于实验的兴趣进一步提高,这样可以让学生将所学习的化学知识用于实际的生活中去,同时还可以培养学生的探究能力与探究兴趣.因此,化学教师要在生活中、生产中不断地积累素材,开发适合家庭进行的小实验.例如,在讲“二氧化碳不支持燃烧”时,可以让学生在家里面进行实验,还可以配合上一个简短的视频:炒菜的油锅内燃火了,我们用锅盖盖住油锅,可以灭火!虽然这样的实验不支持学生去尝试,但是却可以让学生更好地处理生活中面对的紧急事件.
三、注重化学实验教学评价
天然药物化学实验教学的主要目的是通过中药有效成分的提取、分离和鉴定等基本操作技能的训练,使理论与实践密切结合,培养学生分析问题和解决问题的能力,训练严格的科学的工作态度,并为药剂等后期课程和将来从事药剂专业岗位工作奠定基础。
因天然药物化学实验性质所决定,从提取分离到成分鉴定,周期较长,特别是实验中有些步骤重复性操作占用时间长,但又必须等待这一步骤完成后,才能进行下一步骤的操作,如从中药粉防己中提取防己碱、防己诺林碱、轮环藤酚碱,回流提取装置安装后,用EtOH回流提取2~3次,每次1~2h;又如从中药大黄中提取蒽醌苷元,先用20%H2SO4水解(大黄粉末)3~4h后,再用CHCl3连续回流提取3~4h[1],类似这样重复性操作时间较长而又是必须的实验步骤,学生要在实验室等待,存在着较大的时间浪费。
根据2007年卫生职业教育教学指导委员会编制的《全国中等卫生职业教育药剂专业教学计划和教学大纲》-“天然药物化学基础教学大纲”[2](以下简称《大纲》)中教学时间分配和实验项目与学时安排,按实验指导相应项目内容操作,时间是不够的(见表1,表2),而且有些重要实验项目或技能,《大纲》中没有安排或未包含(见表3)。中专学制短,课程设置较多,每门课程所必须的基本操作技能和实需实验时间不可能全满足。《大纲》明确规定:“要培养学生具有规范、熟练的天然药物化学所必须的基本操作技能”,要达到《大纲》要求,就必须保证重要实验项目或技能的学习落实,这样,《大纲》的实验学时安排与要求就有矛盾了,怎样化解这个矛盾,本文作者在实验教学中,根据天然药物化学实验特点,以充分利用重复性实验操作时间为课题进行了一些探索,取到了一定的效果。
1方法
1.1预习实验内容
实验前,要求学生全面预习实验内容,弄清实验目的、原理和步骤,特别强调为什么这一步骤要这样做,还可用哪些方法能达到相同实验目的,通过预习和思考,使学生将理论与实践有机结合起来,灵活运用所学知识,全面系统了解本次实验内容,以便在实验中合理分配和利用实验时间,避免或减少实验差错和不必要的时间浪费。
1.2利用课外时间
用相同的方法提取2~3次的实验步骤,由学生进行仪器安装并完成第一次实验操作,以后各次的重复性操作步骤或不同实验项目的重复性操作技能,由实验指导老师完成或派同学轮流利用课外时间完成。
1.3两个班级套作
如有两个相同专业的班级,对方法步骤相同而需反复多次操作的实验,可由两个班级分别完成,如提取两次时,第1个班级进行第1次提取实验操作,下一步骤实验产物由实验指导老师提供;第2个班级进行第2次提取实验操作,合并第一个班级第一次提取的实验产物,进行下一步骤的实验。
1.4穿插理论教学
对于单次时间较长的实验操作步骤,如上述大黄蒽醌苷的水解和蒽醌苷元的提取等,由学生安装仪器,操作0.5~1h,余下重复性操作除参照“1.2”方法完成外,还可将各类型成分的提取、分离、检识和实例的理论教学,选择性地在实验室利用这些等待时间较长的间隙进行。
1.5时间套用安排
任课教师和实验指导老师,注意对每一个实验项目各技能步骤作好时间上的套用安排,如利用回收溶剂时的等待时间铺制薄层色谱硬板或配制试剂,利用薄层(纸)色谱展开或柱色谱洗脱的等待时间作化学检识反应等。
1.6开展问题讨论
不易套用安排的实验等待时间,由任课老师或实验指导老师出一些有关实验方面的讨论题目,也可以以学生的实验结果或实验中的错误操作步骤为题,引导学生进行对比分析,查找问题,展开讨论,如用20%H2SO4加热水解芸香苷时,为什么会出现浑浊澄清浑浊或沉淀现象?为什么有的实验组产率高,有的实验组产率低?薄层色谱时,容器空间饱和后,将容器盖子打开来调整薄板位置,没有重新饱和而直接展开,对色谱结果有什么影响?讨论以实验小组为单位进行。
1.7填写实验报告
还可利用这些空闲时间填写实验报告,实验报告要求书写规范,体会与讨论部分针对实验中出现的不同现象、失败结果、成功的经验或存在问题等提出自己的观点或看法。
2结果
《大纲》中安排的实验项目学时与实际需要学时相差近68%,而改革后所用学时不到《大纲》中安排时间的82%,是实际需要时间的47%(见表1)。表1《大纲》实验项目时间安排与实际需用时间(略)
黄酮类化合物(槐花中芸香苷的提取、分离与检识)6126萜类和挥发油(八角茴香油的提取与检识)262天然药物化学成分的研究(预试验)462合计223818
1.《大纲》中综合操作练习内容记载不明确;
2.黄柏中小檗碱的提取按渗漉法需用操作时间计算
《大纲》中已安排或包含的单次重要实验技能,改革后所用学时只需所需时间的61%(见表2)。
《大纲》中未安排或未包含的单次重要实验技能,改革后所用学时只需所需时间的50%(见表3)。
改革后,重要实验技能项目单次用时共22学时(见表2~3)。
3讨论
天然药物化学新《大纲》安排教学总学时为72学时,其中实验22学时,约占总学时的30%;2001年《大纲》安排教学总学时为76学时,其中实验26学时,约占总学时的34%[3];1994年《大纲》安排教学总学时为114学时,其中实验48学时,约占总学时的42%[4]。根据天然药物化学课程性质与特点,实验最好占总学时的40%左右,1994年《大纲》安排的实验学时比例较恰当,新《大纲》实验学时比例偏低,改革后重要实验技能项目单次用时共22学时(见表2,表3),加上不同实验项目所必须的相同操作技能,共需30学时左右,若适当增加实验学时,再如上述诸法进行实验安排,主要实验项目和技能是可以完成的,因有些理论课可在实验室利用实验等待时间讲授,故不影响理论课时。表2《大纲》中有安排或包含的重要实验技能项目单次所需时间(略)
天然药物化学实验重要基本操作技能较多(见表2,表3),中药中化学成分的提取、分离和检识是选择性地应用这些操作技能完成的,《大纲》中有些重要操作技能在所安排的实验项目中没有包含(见表2),因此,老师在实验项目安排和实验方法设计时应注意这些重要操作技能安排。表3《大纲》中未安排或未包含的重要实验技能项目单次所需时间(略)
所需学时合计不包括不同实验项目中相同技能步骤所需时间(未重复计学时)
天然药物化学实验不仅周期长,而且溶剂用量大,如果是重复性的操作步骤,按上述班级套用安排或由实验指导老师提供下一步骤实验产品,还可节约一定量的溶剂。
4小结
通过对天然药物化学实验的改革表明,必须的重复性操作步骤,学生在实验室等待浪费的较长时间,可通过多种途经得到充分利用。
天然药物化学是药学专业的一门重要专业课程,实践性很强,其操作技能还将要为后期多学科实验和专业岗位工作奠基。新《大纲》计划总学时大幅下调,实验学时也权重不够,因此,任课教师应根据学校实际情况,对实验项目进行适当调整和巧安排,再按上述改革方法运作,天然药物化学主要实验项目和重要实验技能是能够完成的。
【参考文献】
[1]王宁.天然药物化学(第1版)[M].北京:人民卫生出版社,2006:149.
[2]卫生职业教育教学指导委员会.药剂专业教学计划和教学大纲(第1版)[M].北京:人民卫生出版社,2007:51.
初中学氧化碳的化学性质中有一个现象:过量的二氧化碳通入澄清石灰水,先变浑浊后变澄清。初接触化学的同学们对于这个现象感到很神奇,此时抓住学生的好奇心,为什么会变浑浊?怎么又变澄清?多少才是“过量的”二氧化碳呢?对于前两个问题学生可能会设想出很多种可能的答案,发散思维得以很好训练。关于第三个问题可能学生就有一些难理解。定性概念对于掌握现象有一定帮助,但是对于理解现象背后的本质若仅仅只用定性概念,学生的接受程度会受到影响。在初中阶段适时引入定量概念,让学生构建定量概念并了解定量研究对化学科学发展的重要作用,可以避免今后很多学生容易出现缺乏定量的思维方式这一问题。
2.重视异常现象或数据,培养科学探究精神。
让“异常”现象合理、恰当地发挥应有的教育作用[5]。把化学实验中的“意外”变成教学资源,是提高学生思维分析能力的捷径。在实验中由于受各种因素的影响,会出现与学生现有的认知相矛盾的现象或数据。案例:学生们已经掌握“酸遇酚酞不变色,碱遇酚酞变红色”,但是,在一次实验中氢氧化钠溶液遇酚酞先变红后褪成无色了。这种“异常”情况的出现,正是教师为学生的思维留有一定空间,培养学生求知欲和进行科学探索的良好时机。是书本知识有问题吗?是哪种试剂出了问题吗?还是……?此时教师要鼓励学生积极分析和思考,查找资料寻找原因,帮助他们认真分析。学生提出种种假设,再一一验证假设,最终发现碱的浓度与颜色变化的关系,同样用定量概念也可以很容易地解释这个问题。当理论与事实发生矛盾时正是实现理论创新和实践创新的良好契机,科学实验中的“异常”往往是重大科学发现的源泉,这种“异常”是学生创新和发展的源泉和动力。
3.故意犯错,巧设陷阱。
老师是权威的化身,是真理的代言人,学生对老师是怀着无比崇拜的心情的。那么老师是不是不能犯错呢?犯错是否就有损于老师的光辉形象呢?案例:人教版九年级化学2012年6月第1版92页用红磷燃烧验证质量守恒定律这个实验,先用连接橡胶塞的玻璃管取黄豆粒大的红磷,安装回锥形瓶后调节天平平衡;然后取下玻璃管,将红磷燃着后迅速插回锥形瓶,红磷燃烧结束后,天平仍保持平衡。这时细心的同学就有问题了:“这个实验有问题!这个反应前后质量不守恒!”师问:“怎么会呢?天平仍然保持平衡啊!”细心的同学:“红磷在锥形瓶外被点燃,虽然迅速被放回了锥形瓶,但是肯定会有少量的损失,而且开始还与瓶外的氧气发生了反应,所以早已破坏了反应前后的反应体系,而天平仍保持平衡可能是误差太小,天平不能分辨。”接下来的一番讨论大家又分析了天平仍然平衡可能的原因。老师这样的小失误换来同学们积极的思考与精彩的辩论值不值得呢?长此以往,精心地设计实验的每一个可以激发学生思考的小环节,那么我们的学生一定会被造就成有思想、有见地、不人云亦云的智者。
4.培养批判性精神,敢于向经典挑战。
比较粒状大理石、碳酸钙粉末分别与0.5mol/L盐酸、1mol/L盐酸在常温下、冰水或沸水中的反应情况.通过以上三组实验,总结归纳出反应物的接触面积、反应物的浓度以及是否使用催化剂等对化学反应速率的影响,同时也让学生体验了探究过程,感悟了“规律”“原理”等知识的形成过程.
知识的学习离不开科学方法,新课程理念下的探究性化学实验,在新教材中有许多内容的呈现凸显科学方法.例如,鲁科版教材必修一在刚开始学习高中化学时,就研究金属钠和氯气的性质为载体,专门学习研究物质性质的方法和程序.又如,在《有机化学基础》选修模块中,设置“有机合成”课题.一方面是将学过的典型有机化合物知识进行梳理、整合和应用;另一方面以这些知识为载体,总结出有机合成的一般方法和原则.为此设计了如下探究性教学实验.
再如:设计以乙烯为基础原料,最终合成目标产物———乙二酸乙二酯.学生动手利用球棍模型模拟:由乙烯生成卤代烃,再转化为乙二醇、乙二酸等中间产物,最终合成目标产物乙二酸乙二酯.通过这个实践活动让学生体验了“正向合成法”.在此基础上又提出新的任务,让学生讨论:要合成乙二酸乙二酯需要经过哪些步骤?有哪些中间产物?基础原料是什么?经过知识迁移,通过演绎推理很容易得出正确答案.这个实例,又让学生体验到了“逆向合成法”.之后再引导学生结合这两个合成的实例,分析在实现有机物的转化时,主要关键是增长或缩短了分子中的碳骨架,或者是引入、转化了官能团.随后采用逆向合成法推断合成苯甲酸苯甲酯的原料和中间产物.由此再引出如何优选反应路线的问题,总结出有机合成的原则.
在上面结合实例分析和总结有机合成的方法和原则时,多次运用了比较、类比、归纳、演绎及模型法等多种探究性实验教学方法.鲁科版《有机化学基础》教材作为课程标准向教学实施转化的媒介,为了使学生更好地完成有机合成任务,对有机反应有更为深入的认识,教材在“有机合成的关键———碳骨架的建构和官能团的引入”这一部分专门设计了“交流研讨”“观察思考”“迁移应用”等活动栏目,帮助学生树立和归纳在前面所学的各种具体的有机化学反应,从而为学生能够顺利学习“有机合成设计”奠定必要的基础.
对探究性化学实验教学的建议
1.创设问题情景,激发学生的化学实验兴趣.
在上述探究性教学实验中,以实验素材为载体,将相关知识内容设计成一系列具有相互联系和逻辑关系的问题,创设多层面、多维度的问题情境,诱发学生不断思考,唤起求知欲望,引导学生主动自发进行探究性学习.
2.倡导交流与合作,深化实验探究.
为了给学生创造自主探究的契机,应该从多角度构建课堂实验教学内容,挖掘课本实验的内涵,拓展课堂实验的功能、提升实验教学的品质,充分体现“自主、探究、合作”新课程理念,只有这样才能充分利用教学资源,才能使课堂教学活动流畅有序、生动活泼,才能有效地实现新课程下的化学教学改革.
1.将化学实验课堂归还到学生手中在传统的高中化学实验教学中,较多采用的是教师演示实验的教学方法。在这样的教学模式下,学生只是化学实验课堂的参观者,扮演的多是观众的角色。学生看再多次的演示实验也不如亲自动手来得印象深刻。学生只有亲自参与其中,才能熟记实验操作步骤和实验注意事项。新课程理念对学生的化学实验操作能力提出了全新的要求,将实验课堂归还到学生手中已迫在眉睫。教师可以选取一些简单、方便、安全性较高的化学实验,放手让学生操作,将学生的实验积极性充分调动起来,提升学生的实验操作技能。当学生掌握了一定的化学实验基础后,再一步步拓展到其他难度更大的化学实验。在实验过程中,教师更多的是起引导作用。
2.实施开放性实验,培养学生的实验设计能力在传统的高中化学实验教学中,化学实验内容一般是针对课本上的化学规律进行实验验证,或者是演示课本上的化学实验。这样的实验教学不能达到培养学生实验创新能力的要求,只是片面地锻炼了学生的实验操作技能,这对于高中化学实验教学还是远远不够的。在新课程理念的要求下,教师需要创设开放性实验课堂,培养学生的实验设计能力。例如,在教学“氧气的性质”时,可采取实验化的教学策略。从氧气的制备、氧气的收集、氧气的性质探究等方面进行研究,安排学生小组合作,自行设计实验。在这个过程中,不对实验内容作刻意规定,只要学生能够得出一定的实验研究成果即可。这只是培养化学实验设计能力的初级阶段,在学生的化学实验素养有了一定的积累之后,再进行难度更大的实验探究。
3.采用生活化实验教学策略,贯彻应用理论一切知识学习的最高境界是“来源于生活,回归至生活”,这是教育的终极目标。对于高中化学实验教学,教师可以采取生活化的实验教学策略,选取生活中常见的实验材料,将常见的生活现象转化为课堂化学实验内容,激发学生的化学学习兴趣。通过生活化的化学实验教学,降低化学实验教学门槛,激发学生探究意识。新课程理念对学生的知识应用能力提出了全面的要求,而生活化的化学实验教学是实现知识应用的最有效的途径。例如,在茶瓶坑的酸洗现象中,实施酸性化学实验反应教学;在铁钉锈蚀现象中,实施金属腐蚀与防护教学……只要细心观察,就可以发现生活中的各种现象与化学学科息息相关。
二、结语
化学实验是一门高度严谨的科学活动,在实验过程中,任何一个微小的差错,轻则造成污染加大,重则会发生安全事故。因此,说到绿色化学实验的开展,首先要从最基础的实验操作技能入手。在化学实验中,教师要教给学生规范的操作方式,从实验前药品、实验器具的检查,到实验装置的安装、药品的称量、试剂的取用,再到最后的实验废弃物的处理,每一个环节都要严格按照实验操作守则的规定,这样既可以节约不必要的药品、试剂、能源的耗费,又能够在实验过程中减少污染物的排放。例如,在开始前,要认真检查制备气体装置的密闭性是否合格,以避免在实验操作中由于气体泄漏而造成的污染和对人体的危害;在实验过程中,需要闻气体的时候,不能太用力去吸气;选择容器的时候,不能选择敞开的容器口等等。这样,在实验中的每个环节都按规操作,就可以最大限度的减少安全事故的发生,确保把污染可能降到最低。
二、尽量选择对环境污染小的反应物
在发生化学反应的过程中,释放一些污染环境的物质有时不可避免,这个时候,我们只能采取“两害取其轻”的方式,尽量选择一些对环境污染比较小的反应物。例如,氯气的制取实验,按照传统的方式,氯气产生的量很大,即使教师用装置把氯气收集起来,但最终还是会释放出去,难以从根本上解决问题。有没有什么方法能够让污染量尽量减少一些呢?如今,很多教师尝试着用医用高锰酸钾片,也就是我们常说的PP片与浓盐酸发生反应来制取氯气,由于PP片的密度很高,即使浸泡几个小时以后,PP片也不会完全溶解,这样作为固体的PP片与浓盐酸发生反应的接触面要远远小于液体与液体的接触面,从而导致反应的强度要明显减弱,而产生的氯气量也会大大减小,使得实验过程变得相对来说更加环保。由此可见,选择恰当的反应物,是实现绿色实验的有效手段。
三、积极推广微型实验
微型实验在世界上一些发达国家的发展已经比较成熟了,而在我国,微型实验还处于一个起步阶段。所谓微型实验,不仅是在化学实验中简单的减少试剂、药品的用量,而是包括微量药品、微型实验仪器在内的一系列微型化条件下开展的实验活动。在微型条件下,运用远远低于常规用量的药品开展化学实验,不仅可以降低实验成本,同时,反应生成物的量也会大大减小,这样自然提升了实验的绿色性。当然,与常规实验相比,微型实验的反应现象往往不够明显,这就给学生的实验观察带来了一定的难度。为了解决这个问题,教师可以利用投影仪等工具对实验现象进行放大处理,这样就可以解决实验可观性的问题了。
四、努力在实验中做到废物利用
循环利用是环保理念中一个十分重要的方法和理念。在化学实验中,除了想办法减少污染物的排放,努力做到废物的循环利用也是实现绿色课堂的一个重要途径。例如,在银镜反应中生成的银,通过Ag和稀HNO3进行加热反应可以得到AgNO3,这样就可以用于下一次的实验。除此以外,在我们身边,随处可见的一些废旧物品,经过简单的加工改造,也可以变成化学实验器具,例如,我们可以用一次性针筒来替代量筒,也可以用随处可见的塑料吸管来代替移液管等,利用这些废旧物品自制实验仪器,不仅体现了环保思维,同时,这种随处可见、随处可用的自制仪器还可以增加实验的机会和实验的便利性,并且学生在自制仪器的过程中,还能培养一定的动手实践能力,可以说,是一个一举多得的有效之举。
五、妥善处理实验废弃物