淺談高中化學(xué)隨堂分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

淺談高中化學(xué)隨堂分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)

李銀濤+王濤+陳笑鴿Summary：針對(duì)新課程高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題，從確定實(shí)驗(yàn)主題與模式、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)儀器、教學(xué)設(shè)計(jì)開展等角度簡(jiǎn)單介紹了河南大學(xué)附屬中學(xué)高中隨堂分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)的研究過程。Key：化學(xué)實(shí)驗(yàn)；隨堂實(shí)驗(yàn)；分組實(shí)驗(yàn)；微型實(shí)驗(yàn)；教學(xué)設(shè)計(jì)：1005–6629（2015）9–0023–04：G633.8：B1隨堂分組實(shí)驗(yàn)的背景化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教育和教學(xué)中具有不可替代的地位，實(shí)驗(yàn)教學(xué)承載著豐富感性認(rèn)知、提升理解建構(gòu)的獨(dú)特功能。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，很多教師卻不喜歡實(shí)驗(yàn)課，主要原因有：（1）教學(xué)內(nèi)容多和課時(shí)少之間的矛盾；（2）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備繁復(fù)；（3）實(shí)驗(yàn)室藥品儀器配備數(shù)量和種類不足；（4）教學(xué)過程難以掌控等。而化學(xué)本位教育的缺失的原因之一，就是教師上課在黑板上“做實(shí)驗(yàn)”（清華大學(xué)化學(xué)系宋心琦先生語(yǔ)）。因此，我們嘗試在高一必修模塊中設(shè)計(jì)大量隨堂分組實(shí)驗(yàn)，以期能夠初步解決以上幾點(diǎn)問題。2隨堂分組實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵隨堂分組實(shí)驗(yàn)，是為了達(dá)到一定的教學(xué)目的，在教師的啟發(fā)指導(dǎo)下，由學(xué)生分組獨(dú)立地運(yùn)用實(shí)驗(yàn)去探求知識(shí)或獲取必要的感性認(rèn)識(shí)的教學(xué)活動(dòng)。隨堂分組實(shí)驗(yàn)?zāi)芘c教師的講授密切配合，是教師為了讓學(xué)生獲得直觀的感性認(rèn)識(shí)，更深刻地理解概念和規(guī)律，掌握學(xué)科研究方法而設(shè)計(jì)的課堂實(shí)驗(yàn)，在整個(gè)過程中將由學(xué)生親自動(dòng)手使用儀器、觀察測(cè)量、取得資料數(shù)據(jù)并親自分析總結(jié)。隨堂分組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)，能夠激發(fā)學(xué)生好奇心和學(xué)習(xí)興趣，能夠培養(yǎng)學(xué)生基本的科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究方法。在研究設(shè)計(jì)過程中，將會(huì)涉及驗(yàn)證性、探究性或設(shè)計(jì)性等多種類型，并滿足實(shí)驗(yàn)儀器的簡(jiǎn)易性、易操作性、小型細(xì)致性、靈活性、創(chuàng)造性和系列整體性等要求。我們嘗試了多種學(xué)生的實(shí)驗(yàn)分組方式。一開始，我們也是直接利用學(xué)生同桌間的自然分組，三人一組，其中一人負(fù)責(zé)記錄結(jié)果，兩人負(fù)責(zé)處理實(shí)驗(yàn)，這種直接干預(yù)的方式讓實(shí)驗(yàn)記錄的完整度大大提高。但在課下交流的時(shí)候，學(xué)生認(rèn)為記錄實(shí)驗(yàn)的同學(xué)動(dòng)手機(jī)會(huì)少，做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)沒有機(jī)會(huì)體會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的生成過程。此外，由于自然分組存在過多的班主任因素，有時(shí)3個(gè)學(xué)生的能力不足以較好地完成實(shí)驗(yàn)和記錄整理。所以，在后續(xù)階段，我們也嘗試了自由組合的方式，仍然是3人一組，但將實(shí)驗(yàn)手冊(cè)增至每人1份，同時(shí)建議不同水平的學(xué)生盡可能搭檔組合，包括男女學(xué)生的自由組合。在這種分組方式中，學(xué)生間的分工合作和交流更充分。3隨堂分組實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)3.1確定分組實(shí)驗(yàn)主題哪些內(nèi)容可以設(shè)計(jì)成隨堂分組實(shí)驗(yàn)的形式呢？最值得選擇的應(yīng)該是對(duì)于化學(xué)學(xué)科來說具有核心和基礎(chǔ)地位的概念和規(guī)律性知識(shí)，因?yàn)橐环矫鎸W(xué)生真正理解了這些知識(shí)，就等于掌握了學(xué)科知識(shí)的主干，形成了擴(kuò)充和擴(kuò)展自己知識(shí)結(jié)構(gòu)的能力；另一方面也調(diào)和了教學(xué)內(nèi)容與課時(shí)之間的矛盾。結(jié)合《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》和三套全國(guó)教材，經(jīng)過討論，我們以原子結(jié)構(gòu)、堿金屬、鹵族元素、幾種常見的金屬和非金屬、幾種常見的有機(jī)物等基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)為對(duì)象開展了隨堂分組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)16個(gè)，見表1。3.2選擇分組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ綗o論是雜志發(fā)表還是優(yōu)質(zhì)展示課的教學(xué)設(shè)計(jì)，均涉及實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，參加優(yōu)質(zhì)課比賽時(shí)上課的學(xué)生也大都已經(jīng)完成了該內(nèi)容的學(xué)習(xí)，因此，總是給人一種虛假和不實(shí)用的感覺。在分析入校高一新生的知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰A(chǔ)上，我們認(rèn)為必修模塊的實(shí)驗(yàn)應(yīng)該存在多種類型，不能為了探究而探究，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)估計(jì)會(huì)多些，適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)中探究的成分，見表2。以“20世紀(jì)化工業(yè)的明星分子：氨”這節(jié)課為例，在“氨”之前的不少實(shí)驗(yàn)，都是驗(yàn)證為主、探究為輔的設(shè)計(jì)。與前面所學(xué)知識(shí)相比，氨對(duì)于學(xué)生而言，是一個(gè)熟悉的陌生人。初中時(shí)學(xué)生就在學(xué)習(xí)“分子擴(kuò)散”時(shí)對(duì)其揮發(fā)性、溶液顯堿性等性質(zhì)有所了解。因而，我們將其設(shè)計(jì)成開放的探究性實(shí)驗(yàn)，活動(dòng)步驟如下：[活動(dòng)用品]濃氨水、濃NaOH溶液、配套10mL注射器；空NaCl瓶（用以制備氨NH3，無標(biāo)簽）、配套10mL注射器；濃鹽酸、氯水；酚酞溶液（250mL燒杯）、廢液缸（100mL燒杯、稀鹽酸）[活動(dòng)提示]1.觀察注射器標(biāo)簽，注射器專針專用。2.小心使用注射器，避免扎傷。3.嚴(yán)格控制濃氨水、濃NaOH溶液用量，以免NaCl注射液瓶過度膨脹漏氣。[活動(dòng)步驟]1.準(zhǔn)備工作：制備氨氣（1）分別用配套注射器小心抽取4mL濃氨水、濃NaOH溶液，將其注入空NaCl瓶，充分振蕩。（2）將反應(yīng)后的廢液小心抽出，將其注入盛有稀鹽酸的廢液缸。2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：氨氣的性質(zhì)因?yàn)樵凇奥燃捌浠衔铩钡膶?shí)驗(yàn)中已經(jīng)接觸過空塑料鹽水瓶和注射器，所以本節(jié)課學(xué)生已經(jīng)能夠熟練使用這些用品，他們的創(chuàng)意設(shè)計(jì)也給了我們很多驚喜。在課后總結(jié)的過程中，我們認(rèn)為，一個(gè)實(shí)驗(yàn)是否能夠設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)，要取決于以下幾個(gè)方面：（1）學(xué)生對(duì)于該知識(shí)的前期儲(chǔ)備是否足夠充分；（2）學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中的用品使用是否熟練。因此，在“鐵鹽與亞鐵鹽的相互轉(zhuǎn)化”實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)時(shí)，我們首先呈現(xiàn)各種檢驗(yàn)Fe2+/Fe3+的方法，為學(xué)生提供有效的技術(shù)支持，再結(jié)合已經(jīng)了解的常見氧化劑、還原劑，利用廢舊藥板完成有關(guān)探究。3.3創(chuàng)新分組實(shí)驗(yàn)儀器已有的片段式探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，都是針對(duì)30人左右的優(yōu)質(zhì)課和展示課。如何在70名學(xué)生的課堂上完成分組實(shí)驗(yàn)，如何滿足16個(gè)教學(xué)班的循環(huán)教學(xué)，這是現(xiàn)有文獻(xiàn)資料中根本沒有提及的問題。因此，我們開發(fā)了適用于大班額的微型、綠色化實(shí)驗(yàn)，并創(chuàng)設(shè)生活情境，使其更加生動(dòng)活潑。以“海水中的元素：氯及其化合物的性質(zhì)”為例，由于Cl2有毒，一部分高中教師選擇了演示方式，更多教師則選擇了“說實(shí)驗(yàn)”。而氯及其化合物的性質(zhì)既是學(xué)生認(rèn)識(shí)非金屬及其重要化合物的關(guān)鍵一環(huán)，也是進(jìn)一步理解氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。因此，我們認(rèn)為這是一個(gè)不能回避的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。如何減少氯氣的泄露污染，能否在課堂上讓學(xué)生快速制取少量氯氣呢？經(jīng)過討論與選擇，我們利用廢棄塑料生理鹽水瓶和注射器、青霉素藥瓶進(jìn)行半封閉實(shí)驗(yàn)，并創(chuàng)造性地利用了強(qiáng)酸性潔廁靈和“84消毒液”來完成液液混合制備少量氯氣，借助于這樣的設(shè)計(jì)，無論從制備還是性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，都能夠在幾分鐘內(nèi)快速完成。同時(shí)，利用便當(dāng)盒，把整節(jié)課的實(shí)驗(yàn)打包帶走，60盒就可以完成16個(gè)教學(xué)班的循環(huán)教學(xué)過程。分組活動(dòng)中與該實(shí)驗(yàn)類似的微型設(shè)計(jì)還有不少，見表4。3.4教學(xué)設(shè)計(jì)的具體過程以“Na2CO3、NaHCO3的性質(zhì)”為例，簡(jiǎn)單介紹我們進(jìn)行隨堂分組實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)的一般過程。3.4.1結(jié)合課標(biāo)和學(xué)情，大致確定本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头桨附Y(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)，我們知道碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)既能幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)金屬及其重要化合物間的重要規(guī)律，也能使學(xué)生進(jìn)一步熟悉“物質(zhì)的量”這一重要工具的使用技巧。又因?yàn)镹a2CO3和NaHCO3在生活中的廣泛應(yīng)用，我們選擇了在制作面包的過程中面團(tuán)的兩次膨脹現(xiàn)象作為本節(jié)課的主線：一是在發(fā)酵箱中與酸性物質(zhì)反應(yīng)，二是在烘焙箱中受熱分解。3.4.2討論分析實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，提高設(shè)計(jì)可操作性隨堂分組實(shí)驗(yàn)課的成敗，除了有一個(gè)好的引領(lǐng)思路外，關(guān)鍵還要有可操作性的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。為了滿足整個(gè)年級(jí)16個(gè)教學(xué)班的循環(huán)教學(xué)，我們將這節(jié)課中的很多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成微型實(shí)驗(yàn)，一方面大大提高了便攜性，另一方面微型實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚩焖俚玫浆F(xiàn)象，保證了整節(jié)課的教學(xué)完整性。Ⅰ.與酸反應(yīng)的半定量實(shí)驗(yàn)為了比較Na2CO3、NaHCO3與鹽酸反應(yīng)的速率問題，學(xué)生需要同時(shí)將兩種固體加入過量鹽酸中。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，由于試管入口小，操作很難完全成功，試管容積不大，反應(yīng)時(shí)酸液容易沖入氣球。我們挑選了100mL平底燒瓶，很好地解決了上述幾個(gè)問題，同時(shí)由于小燒瓶的精致程度，實(shí)驗(yàn)的美感也得到很大的提高。Ⅱ.NaHCO3受熱分解實(shí)驗(yàn)流傳很廣的大小套管實(shí)驗(yàn)存在以下問題，裝置組裝復(fù)雜，操作比較困難，加熱時(shí)間太長(zhǎng)，不適合學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過查閱大量資料，我們利用W形管微型加熱反應(yīng)裝置[2]（見圖1），在10s左右就順利完成了實(shí)驗(yàn)。我們還發(fā)現(xiàn)，加入的NaHCO3稍多些，能使澄清石灰水產(chǎn)生“先渾濁再澄清”的現(xiàn)象，再加熱石灰水處，“溶液又會(huì)重新渾濁”，為我們講解碳酸鹽與碳酸氫鹽的相互轉(zhuǎn)化提供非常實(shí)用的實(shí)驗(yàn)支持。3.4.3結(jié)合課堂實(shí)踐，評(píng)估優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)合授課教師感受，以及與學(xué)生的課下交流，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在三個(gè)不同層次的班級(jí)中均能較好地體現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，順利達(dá)成教學(xué)效果。3.5教學(xué)設(shè)計(jì)反思，加強(qiáng)教師引導(dǎo)在第一輪試用的過程中，我們發(fā)現(xiàn)，相比于跟隨教師設(shè)計(jì)一步步完成實(shí)驗(yàn)，學(xué)生更喜歡將所有實(shí)驗(yàn)一氣呵成完成?？傻阶詈髿w納整理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、講授知識(shí)時(shí)問題就來了，學(xué)生興趣索然，忘記的比記住的多。針對(duì)這個(gè)問題，在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們?cè)黾恿艘粋€(gè)環(huán)節(jié)，增加活動(dòng)手冊(cè)中指引導(dǎo)語(yǔ)的內(nèi)容，設(shè)計(jì)合理的與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的思考題目，幫助學(xué)生及時(shí)地了解自己每一步所做實(shí)驗(yàn)的目的和原理，起到事半功倍的作用。例如，在“膠體”的有關(guān)實(shí)驗(yàn)[3]中，當(dāng)學(xué)生利用丁達(dá)爾效應(yīng)區(qū)分出三種分散系后，從“分析與討論”中就能夠發(fā)現(xiàn)原來這種方法是專門用來區(qū)分溶液和膠體的；當(dāng)完成了“鹵水點(diǎn)豆腐”模擬實(shí)驗(yàn)后，通過分析“石膏、蔗糖溶于水有什么不同”，結(jié)合蔗糖溶液不能使豆?jié){發(fā)生聚沉的現(xiàn)象，猜測(cè)出膠體介穩(wěn)性的可能原因。同時(shí)，我們也將大部分教學(xué)設(shè)計(jì)修改成了適合先集中完成實(shí)驗(yàn)、再引導(dǎo)學(xué)生歸納整理的形式，使設(shè)計(jì)更加符合教學(xué)實(shí)際情況。通過增加小組間展示次數(shù)和加強(qiáng)作業(yè)批改等方式，從教師層面引起學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄與整理、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的生成過程。4結(jié)語(yǔ)經(jīng)過幾年的努力，我們已經(jīng)完成了16個(gè)隨堂分組實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。2009級(jí)學(xué)生接觸到的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了新課標(biāo)實(shí)施以來的前幾屆。隨堂分組