高中化学新课程中的“实验化学”模块述评_化学实验论文

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化学实验是认识和研究物质的一种重要的科学方法。要提高中学生的科学素养,中学化学课程就必须帮助学生掌握化学实验的基本知识和技能,通过化学实验体验实验探究过程、认识物质及其变化、体会化学实验的价值。同时,还要帮助中学生了解实验探究在生产和科研中重要性,了解现代化学实验技术。高中化学新课程设置了《实验化学》选修模块,大大加强了化学实验知识、技能和实验探究的教学,必将进一步提高中学生的科学素养。

高中化学课程标准规定,通过《实验化学》模块的学习,应使学生在以下几个方面得到发展:

(1)认识化学实验是学习化学知识、解决生产和生活中的实际问题的重要途径和方法。

(2)掌握基本的化学实验方法和技能,了解现代仪器在物质的组成、结构和性质研究中的应用。

(3)了解化学实验研究的一般过程,初步形成运用化学实验解决问题的能力。

(4)形成实事求是、严谨细致的科学态度,具有批判精神和创新意识;形成绿色化学的观念,强化实验安全意识。

课程标准规定该模块学习的重点是:①学习化学实验基础知识与基本技能;②进行化学实验探究活动。

各种版本的教材中《实验化学》模块大都以实验专题(主题)来组织教学内容。每个实验专题下设若干实验课题,以实验课题驱动学习任务,让学生通过实验活动学习化学实验基础知识与基本技能,进行化学实验探究活动。

山东科技出版社出版(下称鲁科版)的《实验化学》模块教材,共有“物质的分离”“物质性质及反应规律的研究”“物质的检验”“物质的制备”等 4个主题。各主题的内容结构如图1。

图1 主题的内容结构

江苏教育出版社出版(以下简称苏教版)的《实验化学》模块教材共设7个专题,除物质分离提纯、性质探究、检验、定量分析、制备与合成专题外,还有“化学反应条件的控制”、“电化学问题研究”专题。各专题的内容结构如图2。

图2 专题的内容结构示意图

从教材的结构、内容和编写体例看,教材有如下特点:

一、与必修化学模块衔接紧密

在必修化学模块,物质的分离、检验、制备与反应规律等原理知识与实验操作都已有涉及,在《实验化学》模块,需要考虑如何与必修化学模块相关内容衔接,把所学的化学基础知识和基本技能提升到运用于探究物质及其变化的层次上。鲁科版在这方面处理得比较好,既注意避免教学内容的简单重复,也注意做到衔接自然、适当补充、有序提高。例如,常见离子检验题,教材以莫尔盐组成离子的检验为题,提出“莫尔盐是由氮、氢、硫、氧、铁五种元素组成的离子化合物。”要求通过实验确定它是否含有离子。指导学生从样品观察、进行溶解性实验到配制样品溶液,然后让学生独立运用必修化学中已学到的各种离子检验方法进行实验,又在方法导引栏目中介绍离子检验的一般步骤及离子的检验方法。在工具栏目介绍点滴板及其使用方法。

在有机化合物常见官能团检验的实验课题中,鲁科版教材在必修模块学习的基础上,着重让学生学习酚羟基、醛基、羧基的检验方法,在此基础上讨论证明2-丁烯醛中存在的碳碳双键和醛基的检验方法,提出在检验中考虑程序和实施官能团保护的问题。在拓展视野中,介绍了确定有机化合物结构的现代实验方法(波谱法)。

教材的这种安排和处理,使学生对物质检验的认识和把握能从原有的水平顺利地提高到一个新的层次,比较全面地把握对物质进行定性分析的方法和技能。

二、重视通过实验课题的实践活动,提高学生的探究意识和探究能力

教材十分重视通过课题实验让学生体验学习运用化学实验手段进行化学探究活动。帮助学生发现学习、生产、生活中有意义的化学问题,设计、评价解决化学问题的实验方案,收集、处理有关实验数据,对实验现象进行分析、归纳,通过推理、判断,对问题做出合理的解释,或者初步揭示化学变化的规律。

例如,鲁科版教材“物质性质及反应规律研究”课题的“研究电解”一节,设计了两项实验活动:①电解饱和和食盐水,②初步探索电解规律。活动①让学生进一步理解电解的原理及应用,学习电解实验的操作与电解产物的检验;活动②让学生预测分别电解三种混合溶液(NaCl、NaBr、 NaBr、NaI、)最初得到的电极产物,再通过实验观察,总结用碳棒做电极,电解液中浓度相近的离子在电极放电的顺序,联系阴(阳)离子失去(得到)电子能力的差异加以说明。

教材还十分注意在实验课题的方案设计学习中,提高学生对实验方案的比较、分析和评价能力。

例如,鲁科版教材在纯碱和硝酸制备实验课题的实验方案设计中,没有为学生提供实验方案,只是提出若于思考题,启发引导学生自己来设计,问题中还列举了几种不同的实验方案设计思路或实验装置,要求学生判断、说明哪种思路或装置合理。

三、注意结合实验课题帮助学生理解相关的化学原理,掌握化学实验操作技能,形成实验安全和环境保护意识

《实验化学》模块教材在兼顾知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面的教育上考虑得比较周到。教材十分注意引导学生运用化学原理理解化学实验技术的内涵与操作要点,理论与实践相结合。苏教版材料在各实验课题的“知识准备”小节和“知识支持”“检索咨询”栏目中,简明扼要地介绍了与该实验有关的化学原理,帮助学生扫清知识障碍,更好地理解或考虑实验方案,把握实验操作要求。例如,在反应规律研究的实验课题中,介绍化学反应速率、化学平衡原理知识;在容量分析、中和滴定实验课题中,介绍中和滴定的原理、指示剂的选择、数据的处理方法、标准溶液的配制。

两种教材都十分注意结合课题进行相关实验技能、技术的和操作指导。教材设置了“方法导引”或“操作向导”“工具”“提示与建议”等栏目,用简洁的语言、思考性或提示性的语句,结合实验方案的实施适时对学生进行启发、指导。

四、注意引导学生关注化学实验在生产和科研中的作用,了解现代实验技术与手段的发展,突出了科学技术价值的教育,显示了很强的时代性

例如,鲁科版教材在相应的“主题拓展”中,编写了如下内容:“分离技术在生产中的应用”、“现代实验技术在研究物质性质及反应规律中的应用”等,如“现代仪器分析方法及其应用”“从实验室到工厂——化工过程开发”。

五、趣味性、可读性强

《实验化学》若以实验课题的设计、操作指导为教材的基本内容,容易写成实验手册,枯燥乏味。已出版的教材在增强趣味性、可读性方面做了很大努力,取得了较好的效果。

苏教版、鲁科版教材所选择的实验课题大多是学生感兴趣的或与生活实际贴近、与社会热点问题联系紧密的问题。如“海带(紫菜)中碘的分离”“白铁皮镀锌层厚度的测定”“阿司匹林有效成份的测定(合成)”“水果中维生素C含量的测定”“补铁剂中铁含量的测定”“居室空气中甲醛含量的测定”“燃料电池制作实验”“肥皂的制造”“米酒酿造”等。

鲁科版教材,在不少栏目中用第二人称、对话方式提出问题,如“你将会有哪些收获”“你已知道……”“请与同学讨论”“你认为……”“请按照你设计的……”语言十分亲切,拉近了学生与教材的距离。

两种版本教材在提出一项实验课题之前大都有一段引言,从生产、生活实际出发,说明所学习的实验课题的背景和意义。例如,苏教版在“亚硝酸钠和食盐的鉴别”课题中,有下列一段引言:“建筑工地使用的工业盐,主要成份是亚硝酸钠,亚硝酸钠外观与食盐相似,有咸味。亚硝酸钠有毒……混淆亚硝酸钠与食盐,误用、误食造成严重中毒的事件时有发生,怎样依据亚硝酸钠与食盐在组成与性质上的差异来鉴别它们呢?”

在学习一个实验课题之后,教材大都会用“拓展视野”“拓展课题”或“进一步探索”等栏目,饶有趣味地介绍相关实验方法与技术的应用和发展,帮助有兴趣的学生做更多的实验探究。

学生在准备并完成实验课题的过程中,可以阅读教材围绕课题任务所提供的各种资料与实验方法指导,学习化学实验的原理和操作技能,了解所学习的实验方法在生产和科研中的应用,通过实验操作、交流讨论活动,完成实验方案的设计和实施,实现学习目标。学有余力的学生还可以完成拓展课题的活动,得到更多的学习与训练机会。

课题标准规定《实验化学》选修模块应在36课时内完成,学生可以在必修化学的两个模块修习结束后的任何时间段里学习。但两种版本教材的内容都比较饱满,鲁科版教材实验活动内容丰富,苏教版编写了多项拓展课题。两种教材设置的学习课题(或实验活动)各有16项~22项,需要学习的实验操作技能和实验技术分别达到20余项。仅以完成实验操作活动(不包括拓展课题)所需的课时计,估计需要14课时~17课时。若加上必要的实验准备、实验方案设计、教师的指导、学生间的交流讨论、实验小结的时间,36课时已不充裕。学生要学习、理解与实验有关的资料信息,完成其他拓展课题,必须使用大量的课外时间。怎样处理教学内容多、学习课时数不够的问题需要斟酌,实际教学活动中怎样选择和安排更需要探讨。如果因为要学习的内容多而挤占学生进行实验操作的时间,把《实验化学》模块的学习变成原理的讲述、讨论和技术、技能的知识介绍,就失去了模块设置的意义。如果留给学生实验活动的时间不足,让学生照方抓药,无法有宽松的时间和氛围做观察、思考,匆匆忙忙走过场,也达不到模块学习的目标。此外,怎样安排化学实验基本技能的学习、训练,以保证实验的安全和课题的顺利完成,也需要做周密的考虑。

化学实验技能的学习需要一个合理的顺序,教材在考虑内容的编排时,不仅要考虑实验内容的科学体系,还要考虑课题学习的难度。例如,实验方案设计要求的高低、实验条件控制的难度、实验装置的复杂程度、实验技术与操作技能把握的难易都要有合理的顺序,使学习进程从易到难,从简到繁,相互衔接顺畅。两种教材在这一方面还有一些问题需要斟酌。《实验化学》模块从课程标准的制定到教材的出版,已经取得了令人注目的进展。我们相信,在课程标准、教材进行实验教学结束后,会有更多的专家、一线教师参与课程的建设,《实验化学》模块一定会更加完善,成为受欢迎的、有特色的课程模块。

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