全國第十屆實驗教學創(chuàng)新研討會論文集-高中化學教材實驗拓展研究

高中化學教材實驗拓展研究孫曉春王春雷昆明市第十四中學云南昆明650106摘要本文針對高考化學實驗題重點考查學生對教材實驗的遷移和創(chuàng)新能力，介紹了如何對教材實驗進行多角度、多層次拓展和發(fā)散，以此提高學生分析問題和解決問題的能力，從而有效地培養(yǎng)和開發(fā)學生的發(fā)散思維潛能。關鍵詞高中化學教材實驗實驗拓展在教學中老師經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)：盡管學生已學完了中學化學實驗的基本操作，做過教學大綱要求的演示實驗和學生實驗，但在具體的考試或測驗中，實驗題仍然是學生得分率最低的題，學生認為實驗習題的陌生程度較大，內(nèi)容似乎與教材中的演示實驗關系不大。究其原因是學生對教材實驗沒有真正掌握而使其不能變通和發(fā)散。本文重點介紹以教材實驗為發(fā)散源如何對教材實驗進行拓展和創(chuàng)新，并以此在實驗教學中培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力。近年來，高考化學實驗命題的一個突出特點是“既來源于教材又高于教材”，很多高考題就是教材實驗的改編，如2022年理綜“氨的噴泉實驗裝置”是教材噴泉實驗裝置的創(chuàng)新，2022年全國理綜（Ⅲ）“氫氧化亞鐵的制備”，2022年北京理綜“鐵與水的反應”等。這都啟示我們：對教材內(nèi)容要多問幾個“為什么”，對教材中的實驗裝置不能盲目認為是唯一方案，要多想想“如何改進”，多想幾次“還可怎么辦”；要注重知識的“形成過程和生長方向”，用綜合的觀點建立知識網(wǎng)絡，用探究的方式指導學習過程，盡量挖掘教材的潛在價值。1．氫氧化亞鐵的制備實驗拓展氫氧化亞鐵是一種白色沉淀，在空氣中或含有氧氣的水溶液中很容易被氧化而變色，難以觀察到它的本來顏色，要制備純凈穩(wěn)定的氫氧化亞鐵就需隔絕空氣，根據(jù)這一原理教材中的實驗（發(fā)散源）可拓展和發(fā)散為以下幾種裝置。圖一設計說明：圖一裝置（I）中油脂的作用是防止空氣中的O2進入亞鐵鹽溶液中。裝置（II）、（IV）、（V）、（Ⅵ）：其原理是利用鐵和稀硫酸現(xiàn)制FeSO4，并用產(chǎn)生的H2趕走試管和溶液中的氧氣，但其裝置的設計卻有區(qū)別。裝置（III)：陽極反應：Fe－2e－＝Fe2＋，陰極反應：2H2O+2e－＝H2↑＋20H－，溶液中的反應：Fe2＋＋20H－＝Fe（OH）2↓，產(chǎn)生的H2有利于排去溶液中的氧氣，液面上的汽油使溶液與空氣隔開。高考回顧：03年全國理綜卷（Ⅵ）考查了該裝置2.排液法測量氣體體積的實驗拓展利用氣體不溶于某些液體的性質，可用排液法粗略測量氣體的體積，根據(jù)給出的儀器和實驗目的不同，教材中的裝置（發(fā)散源）可拓展和發(fā)散成以下幾種量氣裝置，如圖二。圖二設計說明：圖二中，裝置（I）讀數(shù)時應上下移動乙管，使甲、乙兩管液面相平。讀取反應前后甲管中液面體積讀數(shù)的差值即為氣體體積。裝置（II）測量收集到氣體體積，應先使氣體冷卻至室溫，再慢慢將量筒下移，使量筒內(nèi)外液面高度相同，再讀取讀數(shù)。裝置（III）實驗中水面要沒過漏斗頸，量筒中裝滿水，反應在漏斗中進行，生成氣體的體積即為量筒內(nèi)氣體的體積。裝置（Ⅳ）用于測量混合氣體中被吸收（或不被吸收）的體積分數(shù)，讀數(shù)時球形容器和量氣管液面相平，量氣管內(nèi)增加的水的體積等于不被反應管內(nèi)溶液吸收的氣體的體積。高考回顧：94年全國卷、05年江蘇卷考查了發(fā)散源裝置；97年上海卷、08年重慶理綜卷考查了裝置（I）；01年全國卷、07全國（II）卷考查了裝置（II）；98年全國卷考查了裝置（Ⅲ）；03、06年上海卷考查了裝置（Ⅵ）。3.噴泉實驗的拓展噴泉實驗的本質是形成壓強差而引發(fā)液體上噴，教材中的裝置（發(fā)散源）可設計如圖三所示的多種不同的裝置和采用不同的操作（如使氣體溶于水、熱敷或冷敷、生成氣體等）來使噴泉產(chǎn)生。圖三設計說明：裝置（Ⅰ）改變了膠頭滴管的位置，膠頭滴管擠入少量水于試劑瓶中，即可使少量溶液沿導管進人燒瓶中，導致大量的NH３溶解，燒瓶內(nèi)形成負壓而產(chǎn)生噴泉。裝置（II）隱去了膠頭滴管。用手（或熱毛巾等）捂熱燒瓶，氨氣受熱膨脹，趕出玻璃導管內(nèi)的空氣，氨氣與水接觸，即發(fā)生噴泉。（開放性問題，或用浸冰水的手巾“冷敷”燒瓶，使水進人燒瓶中，瓶內(nèi)氨氣溶于水）。裝置（Ⅲ）在水槽中加入能使水溫升高的物質，致使錐形瓶內(nèi)酒精因升溫而揮發(fā)，錐形瓶內(nèi)氣體壓強增大而產(chǎn)生噴泉。裝置（Ⅳ）在導管中通入一定量的H2S和SO2現(xiàn)象為：有淡黃色粉末狀物質生成，瓶內(nèi)壁附有水珠，NaOH溶液噴到燒瓶內(nèi)。裝置（Ⅴ）打開①處的止水夾并向燒瓶中緩慢通人等體積的HCl氣體后關閉該止水夾，待充分反應后再打開②處的止水夾，觀察到先有白煙產(chǎn)生，后產(chǎn)生噴泉。裝置（Ⅵ）先擠壓膠頭滴管，再打開a,c活塞，然后打開b活塞，可產(chǎn)生雙噴泉現(xiàn)象。高考回顧：02年全國理綜卷考查了裝置（II）；01年上海卷考查了裝置（Ⅲ）。4.原電池原理裝置的拓展根據(jù)原電池原理和形成原電池的四個條件，教材中銅鋅稀硫酸的原電池（發(fā)散源）可改裝成多種裝置。圖四設計說明：裝置（Ⅰ）（Ⅱ）：屬于微型原電池。裝置（Ⅲ）：類似銅鋅稀硫酸的原電池裝置，只是化學反應原理不同。裝置（Ⅳ）（Ⅴ）：利用鹽橋和電極來形成閉合回路。同理，裝置（Ⅵ）就不是原電池裝置。高考回顧：07年重慶理綜卷考查了裝置（Ⅳ）；07年全國理綜卷（Ⅱ）考查了發(fā)散源裝置；08年江蘇卷卷考查了裝置（Ⅳ）；08年重慶理綜卷考查了裝置（Ⅰ）。5．啟普發(fā)生器原理裝置的拓展啟普發(fā)生器的操作原理是利用氣壓知識使固、液接觸或脫離，控制對氣體反應隨時產(chǎn)生或停止，使之控制反應的發(fā)生。以啟普發(fā)生器原理為發(fā)散源可設計出多種簡易啟普發(fā)生器。圖五設計說明：圖五中裝置（I）－（V)：若打開活塞，則酸液與塊狀固體接觸，發(fā)生反應，產(chǎn)生的氣體由導管導出；若關閉活塞，則酸液與塊狀固體脫離接觸，反應自行停止。需要時再打開活塞，又可以使氣體發(fā)生。裝置（VI)：依靠銅絲向下或向上提取，使固、液接觸或脫離，控制反應產(chǎn)生或停止，實現(xiàn)對反應的控制。高考回顧：02年上海卷考查了發(fā)散源裝置；01年全國卷、04年天津卷、07年上海卷考查了裝置（I）；95年全國卷考查了裝置（V）；96年全國卷考查了裝置（IV）。在不違背科學原理的基礎上，以教材實驗為發(fā)散源，許多教材實驗都可以進行拓展和創(chuàng)新，如防倒吸的尾氣吸收裝置、銅與濃硫酸反應、銅與濃、稀硝酸反應、鈉與水反應、電解原理裝置等等。通過對課本實驗裝置的改進和發(fā)散，使學生對實驗習題中未見過裝置的陌生度降低，增強學生對裝置的識別能力和答題的正確率。通過對同一個問題的多角度，不同層次的探索和拓展，激活了學生思維的靈活性，又培養(yǎng)學生的思維發(fā)散能力。美國心理學家吉爾福指出“凡有發(fā)散性加工或轉化的地方，都表明發(fā)生了創(chuàng)造性思維”?？傊?，對于實驗的拓展和發(fā)散，要求學生聯(lián)系所學過的實驗知識、基本裝置和操作技能等進行知識類比、遷移和重組，全面周密地思考才能設計出正確的實驗裝置和正確的實驗方案。研究教材中每個實驗的實驗目的和實驗原理，以此為設計的依據(jù)進行思維發(fā)散和拓展，對于同一原理可設計出多種裝置，從而有效地開發(fā)學生的發(fā)散和創(chuàng)新思維潛能。主要參考文獻[1]全日制普通高級中學教科書，化學第一到第三冊，人民教育出版社，202