化学实验仪器及装置的探究性教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文,装置论文,器及论文,探究性论文,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。
化学是一门以实验为基础的自然科学。我国化学家戴安邦先生曾指出：“只传授化学知识和技术的化学教育，是片面的……用实验解决化学问题，使各项智力因素皆得到发展，故化学实验是全面化学教育的一种最有效的教育形式。”所以实验教学是化学教学的重要组成部分和核心。而对实验仪器及装置的探究性教学设计，则是使化学实验充分发挥其魅力的重要一环。本文着眼于化学实验仪器及装置的探究性教学设计，努力把一些实验教学中容易忽略的问题还原、放大，希望能起到抛砖引玉的作用。
一、介绍实验仪器的教学设计
在传统的化学实验教学中，教师往往将实验仪器（装置）直接呈现给学生，看似效率提高了，但很多学生因此丧失了提问的空间：这些仪器有什么结构特点？为什么这样设计？有什么优缺点？我认为丧失的不仅仅是这些问题本身，还有能够培养学生科学思维方法的教学契机。
如在溶液的配制及分析的教学中，需要用到容量瓶，对高一学生而言，容量瓶是高中阶段接触的一个新的定量仪器。要使这一新仪器的特点为学生所理解，就要在教学设计上下点工夫，我们以下面一个教学片断来说明。
【问题探究】实验室需一份100 mL物质的量浓度为0.01 mol·
的碳酸钠溶液，应如何配制？（已知无水碳酸钠的相对分子质量为106。）
【学生讨论回答】略。
【总结提问】如何准确测定溶质的质量？
【师生总结】可以用托盘天平称量溶质，要更精确可以用电子天平。
【引申提问】如何准确测定溶液的体积？
【展示引入】量筒是同学们非常熟悉的一种实验仪器，请大家仔细观察一下它的形状，有什么特点？
【学生总结】①细圆柱状；②底座平，可以稳定放置；③量筒越大，管径越粗，其精确度越小；④无“0”刻度，读数时视线要与量筒内液体的凹液面的最低处保持水平。
【引导讨论】为什么要这样设计？这样的设计有利于哪些实验操作？这样设计又有哪些不足之处？
【总结过渡】可以较准确地测量液体的体积，但有一定误差。那么对量筒进行怎么样的变形，可以在增加其容量的基础上，进一步减少误差呢？
【讨论分析】将量筒的腰腹部变粗，脖子拉长变细（如图1所示）。
【展示说明】展示容量瓶，让学生观察其结构特征（细颈、梨形、平底玻璃瓶、磨口）。
【板书】一条刻度线；两个数字（温度和容积）。
【引申讨论】容量瓶的使用注意事项。
在本案例中，教师从引导学生分析量筒的优缺点开始，通过层层深入的问题，使学生的视角在不知不觉中，由熟悉的、简单的实验仪器自然延伸到了新的、较为复杂的实验仪器。这比把旧知识简单呈现，把新知识硬塞给学生的做法效果更为明显。学生感觉是自己在设计仪器，当自己的设想与展示的仪器相符时感到特别的兴奋，当然理解也更全面深刻。实践证明，整堂课学生非常投入，他们被教师设计的一个个问题所吸引，在体验科学探究的过程中享受发现的喜悦，积极探讨解决遇到的问题。
二、成套实验装置的教学设计
化学教材中还有很多成套的实验装置，如实验室制氯气、苯的溴化反应等。这一类型的实验把基础化学的理论知识和多种实验技能及实验方法相互渗透。其突出的优点在于：实验技能的综合性（应用多种实验技能才能完成实验的全过程）、实验操作的连贯性（各步实验操作的先后衔接）和实验过程的可思考性（实验中每一步操作的原因及注意事项各是什么）。这样的实验，无论是展示现象，还是呈现方法，都有着其他教学方式不可替代的作用。
如，在进行苏教版有机化学基础上关于苯溴代实验的教学时，对于这一套实验装置（如图2所示）的整体认识，要引导学生从实验目的和实验原理出发，采用仪器与原理相结合的手段，确定装置的作用及实验的结果。教学时，可以提出如下几个问题：①反应容器有什么特点？②试剂如何添加？其顺序如何？③冷却水为什么下进上出？④为什么三颈瓶上方需要用长导管，有什么作用？⑤为什么导管口不插到液面下？⑥装置最后为何用干燥管？⑦实验操作的顺序如何？⑧反应现象有哪些？通过什么现象可以肯定有新的有机物生成？通过对这几个问题的思考探究可以先使学生对这一实验有一定的了解，然后再通过教师流畅的实验操作展现给学生。这样学生对于实验操作的先后衔接的原因就有了一定的认识，同时对三颈瓶作反应容器的优点也会铭记在心了。而长导管的存在，也可以开动学生的脑筋，使学生明白：冷凝不一定非要使用冷凝管，长导管也能达到相同的效果。最后干燥管的设置，可以突出体现对整体实验思维考查的全面性。
在2011年的高考中，以三颈瓶为主的成套实验装置也频频出现在各地的高考试题中，如，江苏高考题中用硝酸氧化淀粉水解液制备草酸的装置（如图3所示），同样出现了三颈瓶、冷凝管、长导管和尾气处理装置。再如，浙江高考题中由二苯羟基乙酮氧化制二苯基乙二酮（如图4所示），北京高考题中探究
与钡的可溶性强酸盐能否反应生成白色
沉淀（如图5所示）。这几个都属于基础性实验化学试题，三颈瓶的出现使学生感到似曾相识，一下子就打破了试题的神秘性，真正考查了学生对化学原理、化学实验方法的掌握程度，对实验方案的分析评价和运用化学知识解决化学实验具体问题的能力。
三、设计实验装置的教学设计
设计性实验需要学生探索实验方法，依据实验目的和原理选择合适的实验器材和药品，并对实验可能的成败作出评估。这对提高学生的实验技能和素质，培养独立的探索精神和分析问题、解决问题的能力无疑是最有益的。我们以高三实验复习中物质定量测定实验方案设计的一个教学片断来看。
【教师活动】已学过的物质定量测定的方法有哪些？
【学生讨论】略。
【教师活动】及时地对学生的回答做出肯定评价并且归纳：体积法、质量法、滴定法等。
【学生活动】讨论各种可行的实验方案，方案一：测生成的氨气的体积。
【教师活动】及时肯定，要求学生画出装置简图（如下页图6所示）。并且展示学生的草图，分析各个装置及试剂是否合理。并对A、B实验方案进行优选。
【教师追问】能否通过测氨气的质量来完成实验目的？如果能，请大家画出装置草图。
【教师活动】展示学生的装置图（如图7所示），分析各个装置及试剂是否合理，并对实验方案进行优选。
【教师追问】通过怎么样的实验设计来检测这两种离子，从而达到实验目的呢？这个课题留给大家课后考虑。
【小结】物质纯度测定实验方案设计的一般过程：分析混合物的性质（捕捉离子）——将捕捉到的离子转化为可测定物质——分析可测定物质性质——寻找干扰因素，并排除干扰因素——确定实验理想方案。
在整个设计实验的教学过程中，教师首先提出课题，使学生明确实验目的，依实验目的来确定反应原理，根据反应原理来选择合适的仪器药品，再设计实验装置及操作步骤，然后从简便易行、安全环保、节约快捷、效果显著等方面组织讨论，对各方案进行优选。最后可以延伸到课外指导学生实验操作，实施设计方案。实践证明，综合设计性化学实验是培养学生知识、能力和素质三者一体化的好形式。
经历了这样的探究历程，我们再来看2011年高考课标全国卷中，对制备氢化钙的研究（如图9所示）。这个实验就需要学生综合考虑反应物的性质及排除干扰因素。因为钙属于极活泼的金属，极易与水反应生成氢氧化钙和氢气，而制备的氢气中会混有水蒸气和氯化氢，所以在与钙反应之前需要除杂和干燥，分别选用的试剂是氢氧化钠和浓硫酸；同时为防止空气中水蒸气进入，最后还需要连接干燥管。这样分析后，学生对装置的选择就变得很容易了。而对完整实验装置进行的实验操作步骤分析可以发现，氢气要在加热条件下与钙反应，为避免氢气的爆炸，应该先收集一部分气体并检验其纯度后再开始加热，同时，反应结束后还需要使氢化钙在氢气的氛围中冷却，所以应该最后关闭分液漏斗活塞，从而安全地完成整个实验。
综上所述，化学实验是化学教学中一种多功能的载体，而功能的多样性需要我们去挖掘，功能的实现需要我们去落实。只有教师在实验教学中关注实验设计，有意识地多创造一些让实验在教学中说话的机会，让学生感受到化学实验的魅力，才能使实验成为培养和保持学生对化学兴趣的一条有效途径，成为学生学习化学知识的一个生长点，成为学生自主实验活动的一个支点，这样才能真正发挥实验应有的教学功能。