在高中开设化学探究实验培养学生的创新能力_化学实验论文

高中开设化学探究实验,培养学生创造能力,本文主要内容关键词为:培养学生论文,高中论文,能力论文,化学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

1 问题的提出

在深化教育改革全面推进素质教育中,要重视对实验的研究。化学实验教学的目的不仅提高学生感性认识,还是激发学生学习兴趣、掌握科学方法、培养科学态度、提高学生能力的有效途径。化学科学认识世界的理论都是建立在实验基础上,化学实验的过程是一个手脑协调并用的过程,利用实验教育培养学生是其他学科无法取代的。化学探究性实验是培养创新精神和创新人才的重要活动和手段,是提高学生素质的重要途径。改革化学实验,开设探究实验是化学教育教学改革研究的重要课题。

化学探究性实验“化学课程中的科学探究,是学生积极主动获取化学知识、认识和解决化学问题的重要实践活动。它涉及到提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等要素。”[1 ]化学探究实验是指探索研究对象的未知性质,了解它具有怎样的组成,有哪些属性和变化特征,以及与其他对象或现象的联系的一种实验。其特点是根据实验的目的,利用已知的、外加的因素去设计实验,进行探究实验,研究实验对象,看它会发生什么样的变化,出现什么样的现象,产生怎样的结果。中学化学探究实验的模式可概括为:

问题—实验事实—科学抽象—结论—应用,或问题—实验事实—假说及其验证—结论—应用。

探究实验能够帮助学生获取基础知识和基本理论,能够激发学生的创新欲望和兴趣,能够发挥学生的积极性、主体性。在探究实验过程中学生始终处于不断探索的情境中,主动实验、认真操作、仔细观察、积极思维、充分发挥学生的潜能,培养学生创新精神,发展学生创新能力。

2 探究性实验的设计

2.1 探究实验条件

化学反应是有条件的,不同的条件有不同的反应。有的反应类型随着条件的改变而改变(如锌与浓、稀硫酸的反应),有的反应产物随着条件的改变而改变(如铜与浓、稀硝酸的反应),有的反应可以选用不同的催化剂等。

如探究硫酸与锌反应制备氢气时,硫酸的适宜浓度;

探究过氧化氢在催化剂作用下分解制备氧气,催化剂的选择;

探究乙醇和浓硫酸的混合物在140℃、170℃不同温度时的产物不同等。

又如吸热反应的实验,可以用氢氧化钡晶体[Ba(OH)[,2]·8H[,2]O]与氯化铵粉末加水反应进行实验,也可以用碳酸氢铵粉末和醋酸溶液反应进行实验:

取一小块洁净的泡沫塑料(或玻璃片),在中间部位滴上5至8滴水,在水上放一干净的盛有15g碳酸氢铵粉末的100mL小烧杯。另取1∶1的醋酸溶液10mL,用温度计测量溶液温度。将醋酸溶液迅速倒入小烧杯中,有大量气体产生,用温度计测量反应混合溶液温度,温度下降20多度。如果室内温度在15℃以下,实验后的温度下降到-2℃~-4℃(可维持10min~20min)。5min~8min后观察到小烧杯底部的水已经结冰,并将泡沫塑料粘在一起。

2.2 探究实验装置

一般情况下,一个实验有一种固定实验装置,但是一个实验也可以用多种不同的实验装置来完成。有的实验装置简单,有的实验装置复杂;有的实验装置能够说明某一种性质,有的实验装置有某一种特殊的功能等等。

如探究铁与水蒸气反应的实验装置,可以用图1、图2、图3 的装置进行实验。

按照图1实验装置做实验:把颗粒较小的还原铁粉(10g~15g )与石棉绒(或剪碎的石棉布、石棉绳等)混合均匀后装入质量较好的硬质玻璃管的中部,玻璃管的两端塞上金属丝(厨房洗刷锅碗用的金属球)固定住铁粉。实验时先加热圆底烧瓶(火焰不要过大,产生的水蒸气不要太多),产生水蒸气进入玻璃管后,再用酒精喷灯加热玻璃管。加热时,要间隔移动喷灯火焰的位置,这样既可以防止温度过高将玻璃管烧坏,又使加热的面积扩大,有利于反应的发生。2min~3min后取下小试管,用拇指堵住试管口,试管口向下靠近火焰点火,这时可发出爆鸣声,证明有氢气生成。

用图2实验装置进行实验。在塑料瓶里盛满水, 配备带导管的双孔塞。实验时先打开弹簧夹y和z,加热圆底烧瓶,产生水蒸气进入玻璃管后再用酒精喷灯加热玻璃管。约2min后,打开弹簧夹x,关闭弹簧夹y,看见塑料瓶C中收集到无色气体,将水压入烧杯D。待塑料瓶中收集到部分(约1/4体积)气体时,可以停止反应。关闭弹簧夹x、y、z, 立即使B和C,C和D装置分离。打开弹簧夹y,用火柴点燃气体, 用手慢慢挤压塑料瓶,发出淡蓝色的火焰。该实验装置,用排水取气法来收集反应产生的氢气,一目了然,用点燃气体来证明反应生成的氢气,效果好。

用图3实验装置进行实验。 在一支硬质试管中装入还原铁粉少许(约8g~10g)和石棉绒的混合物,干燥管中装入无水氯化钙作干燥剂, 圆底烧瓶(放入少许碎瓷片)中放入少许开水,如图3装置组装好。 实验时,首先给圆底烧瓶加热,再用三头酒精灯(每个灯头中插入一根铜丝,以提高酒精灯火焰的温度)给大试管加热。等干燥管中发现有水蒸气通过时,即可用小试管收集产生的经干燥的气体。2min~3min后取下小试管,用拇指堵住试管口,试管口向下靠近火焰点火,这时可发出爆鸣声,证明有氢气生成。

这3个实验装置都能够进行铁与水蒸气反应, 可以根据实验室的具体条件来选择。但是运用图3实验装置更加简单,实验用的药品少, 需要的时间短,现象明显,效果很好。

2.3 探究实验步骤

相同的实验,相同的实验药品,采用不同的实验步骤,会得到不同产物,或得到不同质量的产物。

如用含0.25molH[,2]SO[,4]稀溶液、0.5mol NaOH 溶液和足量的铝片制备氢氧化铝,实验步骤的选择:

方法1

要设计实验,探究反应生成的溶液中的主要成分和气体产物。

又硝酸铜热分解产生氧气的验证等。

2.5 探究微型实验

微型实验是近20年发展较快的一种新的化学实验,微型实验节约药品,节省时间,操作安全,污染少,学生可以自己动手自制仪器,自行实验,积极参与,激发兴趣,培养创新精神。

如在进行原电池原理的实验时,可以用微型实验。 用锌片(长5cm,宽2cm)、铜片(长5cm,宽2cm)、泡沫海绵、 小灯泡(普通手电筒用的1.5V)、电线组成的原电池材料。在50mL小烧杯(或小塑料瓶)里加入30mL~40mL水,插入原电池材料,如图4所示后加入5mL浓硫酸,搅拌溶液,小灯泡徐徐发光5s~10s。待灯光熄灭后,加入1g~2g 高锰酸钾晶体(或1g~2g重铬酸钾或5mL~10mL双氧水),稍加振荡溶液, 小灯泡又重新发出更明亮的光,而且持续的时间较长。只要锌片、硫酸、高锰酸钾三者同时存在,小灯泡将会发光不止。 在小烧杯里加入约10g氢氧化钠固体,插入原电池材料,再加入30mL~40mL水,搅拌溶液,小灯泡也能够徐徐发光。

2.6 探究实验的异常现象

有的化学反应只用一个化学方程式来表示,实际上反应还是比较复杂的,在实验中可以看到异常现象,要引导学生去观察、探究、分析和处理。

如铜与浓硫酸反应现象的探究:①铜片中加入浓硫酸无明显变化;②加热初期铜片表面变黑;③继续加热,有大量的刺激性气体产生,有黑绿色浊液出现,试管底部有灰白色固体;④再加热,试管中有“白雾”出现,浊液澄清,溶液为无色(略带浅蓝色),底部白色固体增多,铜片消失;⑤取试管底部的混合物加入盛有水的烧杯中,溶液变为蓝色。(黑色物质为Cu[,2]S、CuS,白色烟雾是挥发出来的水蒸气与二氧化硫结合形成白雾。发生的反应有:

2.7 探究生活中的实验

化学实验要贴近生活、贴近社会,探究生活、社会中的化学问题,解释、解决日常生活中的实际问题,拓宽化学实验的功能,培养学生创新能力。如探究牙膏中含有碳酸钙、甘油等物质。如探究普通(含硫的)安全火柴的实验:①燃烧前、后的火柴头与硝酸银溶液的反应;②普通安全火柴头刚燃烧时的气体分别与高锰酸钾溶液、品红溶液、碘化钾的淀粉溶液反应;③火柴头烧穿铝薄片;④火柴盒侧面的红磷转化为白磷的实验等。

2.8 探究实验的趣味性

化学实验具有动机功能,可以激发学生学习化学的兴趣,启迪学生思维,开拓创新精神。要探究如何增加化学实验的趣味性。如点铜变“银”、点“银”变“金”的实验,又如可以进行火的系列实验,滴水生火、吹气生火、滴水点灯,魔棒点灯、火龙写字等。

2.9 探究实验的现代化

化学实验与高科技、环境、材料、信息和生命科学的关系密切,要运用高科技辅助化学实验,运用多媒体技术辅助实验,观察不易观察到的现象,比较同类型的实验,扩大实验的可见度等。在实验中可以运用新材料、新信息、新技术。

2.10 探究实验的失败原因

在实验过程中,实验往往失败,如有的是试剂用量不当、实验程序不对、实验操作不妥、设计方案不完善等原因。要抓住时机,引导分析,找出实验失败的原因,总结经验,再进行实验,直到实验成功。

2.11 探究实验的安全性和环境保护

探究实验的安全性,避免、减少事故的发生,减少环境污染,让学生建立起对社会的责任感。探讨有关有毒害的气体的制备、性质等实验可在密闭体系中进行,减少Cl[,2]、HCl、H[,2]S、SO[,2]、NO、NO[,2]等对环境的污染。探究实验室废液、废气的处理,实验中尽量减少废液、废气的产生,进行绿色化学实验的研究等。

化学探究性实验的要求:实验目的明确,有确定的能力培养目标,科学合理,操作规范。探究实验要有可参考的实验方案,设计的实验步骤要科学合理。认真观察实验现象,正确记录,分析实验结果,处理实验数据,得出正确结论。要注意实验安全,防止污染环境。指导学生写好实验报告、实验论文,提高学生探究实验能力,提高探究实验的质量,培养学生创造能力。

3 进行探究性实验教学对教师的要求

教师要转变教育观念 素质教育就是要培养创新人才,培养的学生要学会求知,学会做事,学会共处,学会生存,学会创造。教师要转变观点,明确教师是学生学习的引导者、组织者、与合作者,学生是学习的主人。教师要以学生发展为本的教育观念,培养全体学生,让学生的人格全面发展,个性充分发展,可持续发展。

提高教师素质 要培养创造人才,必须要有创造性的教师。教师要加强教育教学理论的学习,努力学习多媒体技术,认真学习新修改的教学大纲,研究新教材,优化教学过程,改进教学模式,设计探究性实验,培养创造人才。

在探究实验过程中,教师要激发学生的好奇心、求知欲、学习兴趣,引导学生自主学习,自我发展,大胆设想,认真实验。教育学生要认真、刻苦,团结、协作,交流经验,师生互动。引导和培养学生的创造兴趣、创造意识、创造意志、和创新精神。

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