用化学实验培养微观思维能力

1、用化学实验培养微观思维能力沈路平（石家庄二中 河北石家庄 050000）摘要:从微观角度科学地认识和研究物质及其化学变化是化学学习的基本思维方式。学生微观思维能力的培养与建立是学好化学的必要环节。笔者通过探究性实验地设计与微观模型的构建，力争帮助学生尽快建立宏观实验现象与微观实质之间的思维联系，从而理解化学反应的实质，提高学生学习化学的能力。关键词:化学实验 探究性 微观思维化学区别于其他学科的显著特点之一就是要求学生用“微粒观思维”去学习化学，但是在化学教学中，学生们能够感知到的是宏观的实验现象和变化的事实，而这些客观事实的实质却是肉眼和显微镜看不到的微观世界的变化。因此，通过微观理论来理解

2、宏观现象是化学不同于其他学科最具特征的思维方式，建立微观与宏观的联系就成为学生学好化学的必要环节。所谓微观思维，就是微观知识或信息在大脑中的记载和呈现方式，它主要是指：不能直接观察到的微粒（如原子、分子、离子等）的运动和相互作用，物质的微观组成和结构，反应机理等微观领域的属性在学习者头脑中的反映，具有抽象性等特征。微观思维可包括抽象思维、空间想象思维、逻辑思维等。它是建立在学生对有关微粒模型的直接感知和对微观世界丰富想象的基础上的。然而，学生微粒观的培养与建立是一个长期的过程，也一直是化学教学和学习的一个难点，常常是制约化学学习质量的重要因素之一。一、增强实验的可视性，丰富学生对微观世界的感知

3、化学学习中，常会出现有些学生由于缺乏想象力，对微观世界认识不足，造成微观理论知识学习较困难，出现认知上的分化。针对这种情况，在教学过程中，可适当增设一些学生分组实验，通过学生亲自动手操作并零距离观察现象以达到增强学生感性认知的目的。1运用微粒观设计学生分组实验，指导课堂教学活动在离子方程式的书写一节中，课本设计的实验操作是“CuSO4 溶液与BaCl2 溶液反应后, 过滤取滤液滴加AgNO3 溶液”, 这个操作在课堂教学演示时比较费时、繁琐，且教材要说明的是溶液中发生了离子反应。但离子是肉眼无法看到的微观世界，如何将微观的肉眼无法看到的物质与宏观的可观察现象建立有机的联系, 这就需要教师对教材

4、进行研究和深加工，进而去开发、再创造。可以结合分层设问设计成这样的分组实验：问题1： 碱溶液中主要存在的是什么微粒? 现有Ba(OH)2 溶液, 如何设计实验证明?学生分组实验1：Ba (OH)2 溶液中滴加酚酞试剂, 溶液变红。结论：溶液中有OH- 离子。问题2：在上述溶液中滴加稀盐酸，产生什么现象？反应的本质是什么？现象：溶液中红色逐渐褪去。结论：反应的本质是盐酸中的氢离子和氢氧化钡溶液中的氢氧根离子发生了酸碱中和反应。问题3：溶液中还有没有Ba2+？ 如何验证？学生分组实验2：在上述反应后的溶液中继续滴加稀硫酸，产生白色沉淀，说明反应后的溶液中有Ba2+。这样的设计是教师对课程的二次开发

5、过程, 将课程改革的理念与教学实践有机地结合在了一起，充分增强了实验的可视性，便于学生建立微粒间反应与宏观现象之间的联系。2增强实验的可视性，换一种方式呈现实验现象实际上，有很多有关物质性质的实验并没有明显的现象，可改进或增加一些实验，换一种方式呈现出现象，这样能帮助学生理解出微观粒子之间所发生的反应。在二氧化硫一节中，二氧化硫的性质实验是帮助学生接受和理解知识点的重要途径。但是，二氧化硫作为酸性气体、亚硫酸的酸酐，能被碱液吸收这一事实却没有明显的现象。为了让学生通过明显的实验事实理解科学知识的微观本质，可以将“氢氧化钠固体吸收二氧化硫气体”的实验作如下改进：把氢氧化钠固体盛装在小气球内待用，

6、将锥形瓶中收集满干燥的二氧化硫气体，然后将小气球口套紧锥形瓶的瓶口，使玻璃瓶和小气球形成密闭体系。然后将小气球中的固体氢氧化钠倒入玻璃瓶，并充分振荡。这时玻璃瓶中的二氧化硫气体被氢氧化钠吸收，瓶内压强迅速减小，将小气球吸入锥形瓶内且吸入外部的空气而呈张开状态。学生能想到这是因为瓶外的空气被吸入小气球的缘故。通过张开的小气球可以充分说明：锥形瓶内的二氧化硫气体被氢氧化钠吸收，二者发生了化学反应，引起了锥形瓶内外的压强不同而出现了上述现象。3. 运用微粒观改进教材演示实验，建立正确的微观思维在蛋白质一节的学习中，为了帮助学生在初次接触蛋白质这种胶体时有深刻的印象，并很好地区别盐析与变性的不同，可把

7、蛋白质的性质演示实验设计成学生分组实验，亲自动手进行蛋白质与浓硫酸铵溶液、氢氧化钠、硝酸铅溶液、浓硝酸、稀硫酸、苯酚溶液、双氧水等不同类别物质的反应，便于学生近距离观察蛋白质发生反应的现象。学生在亲自取用蛋白质溶液时，有时能看到有大团的胶状物，这对学生理解蛋白质分子是有机高分子化合物有着重要的作用。做完蛋白质的盐析和变性实验后，学生从实验现象的不同能想象出蛋白质分子变化的不同，如果不是亲手操作，这些内容学生理解起来就比较困难。另外，在做硝酸和蛋白质发生颜色反应时，当学生看到透明的蛋白质溶液中有黄色的固体生成时，不少同学脱口而出：“这是不是鸡蛋黄啊？”通过近距离观察物质的化学变化利于学生发现问题

8、。这时可以马上给学生拿来镊子和小刀，让学生取出变黄色的蛋白质切开后观察，比较这种物质与自己吃过的鸡蛋黄的不同。学生会发现这些黄色物质是很有弹性的，与颗粒状的鸡蛋黄有很大的区别，从而能正确认识蛋白质发生颜色反应后产物的色态，从两种黄色物质构成微粒的区别来理解蛋白质分子发生的变化。总之，通过学生亲自动手操作，零距离观察实验现象，可以使学生更精确地认知实验现象，便于更直接的建立微粒变化与宏观现象的联系。二、 挖掘实验的探究性，用宏观化学现象帮助学生理解微观概念, 化学课程标准指出：“化学实验是进行科学探究的主要方式，它的功能是其他教学手段无法替代的，可以培养学生的创新思维和创新精神，使学生主动、独立

9、、独特的经历学习过程。”为了帮助学生易于理解分子、原子、离子和水合离子等概念，可以尽量通过效果明显、操作安全简便、可见度较大的宏观实验现象来证实微观粒子的存在及它的有关性质。物质的溶解过程是溶质粒子在溶剂分子的作用下, 向溶剂中扩散的过程。学生因看不见实验现象,觉得抽象难以理解。在高一卤素一节的教学中，可以增加碘在有机溶剂中的萃取实验，并设计成具有逻辑关系的几个步骤，可以较好的渗透“透过宏观实验现象探究微观本质”的思维方法。第一步：在两支试管中各取等量的碘，然后分别加入1mL的水和苯，充分振荡。这一步让学生观察现象：苯中的碘全部溶解，水中的碘粒有剩余，说明：碘在苯中的溶解度比在水中要大得多。这

10、是为什么呢？可以引导学生理解为：碘分子与苯分子更易“亲和”或“结合”，所以会大量溶解，而碘分子与水分子难以“亲和”，溶解量就少。这样处理，让学生初步建立了宏观与微观的联系。第二步：另取一支试管加入约1mL的苯，然后加入2mL的水，充分振荡后静置。这一步继续让学生观察现象：两种无色液体有明显的分界面，说明苯和水不互溶；设计中用不同体积来区别两种无色透明液体，可以让学生推理得出“苯的密度比水小”这一结论。在微观上可以理解为苯分子与水分子不易“亲和”或“结合”，甚至是相斥的，从而表现为分层现象。至此，学生对物质相溶与否的微观原理有了一定的认识。在此基础上进行综合，设计第三步： 在上步所得的液体中加入

11、1粒碘，让学生观察：碘沉在试管底部，向上依次是水层和苯层，然后充分振荡。这一步，不急着让学生观察实验现象，而是把振荡后的试管握在手中，让学生预测实验现象。有了前两步的铺垫，学生可以形成这样的思路：在步骤1中，碘在苯中比在水中溶解得好，是因为碘分子与苯分子更易亲和；在步骤2中，苯和水不相溶，表现为分层，微观原因是两种分子不易亲和，甚至相斥；在步骤3中，振荡过程中，碘与水和苯同时接触，碘分子更易跟亲和性好的苯分子混合，也就是溶解于苯；苯的密度小于水，所以溶解了碘浮在上层，结论显而易见。在学生从微观上初步理解了萃取原理的基础上，进行第四步：取稀碘水2ml，然后加入少量苯，充分振荡后静置。这一步，仍然

12、把振荡后的试管握在手中，让学生预测现象。大部分学生都能从微观角度预测并解释这个过程中的现象，从而加深对萃取原理的理解。第五步：让学生从微观或宏观角度归纳选择萃取剂的条件，并演示酒精、CCl4等与碘水混合振荡后的现象来证明学生们的推测。这一步的目的是让学生先回归理性思维，就是微观上易与碘分子亲和、或宏观上易溶解碘的物质，且与水不互溶的溶剂可以萃取碘，再用实验现象肯定学生的推断，这也是一次逆向思维的训练。这样的设计能够让学生深刻地理解萃取的原理，不仅有利于提高学生的观察能力, 把宏观的实验现象和微观粒子有机地联系起来, 使学生感到微观粒子不是虚无飘渺, 而是客观存在同时使学生的思维建立在客观的实验

13、基础之上, 而且有利于学生的抽象逻辑思维的发展。再如，在原电池一节中，“构成原电池的条件”这一问题，也可以设计成学生分组探究实验，给出的电极材料有铜、锌、铁、碳棒等各两个，液体有氯化钠溶液、稀硫酸溶液、无水乙醇，还有电流计和导线若干，烧杯两个。通过学生任意组合电极和液体，并认真观察电流计指针偏转幅度和方向及烧杯中电极和溶液中发生的现象，归纳出能组成原电池装置的共同点：需要将两个不同的导电材料插入电解质溶液，用导线连接电极和电流计形成闭合回路才可以使电流计的指针发生偏转，如果交换电极的位置，电流计指针将反向偏转。到此学生就可以领会到原电池的构成条件了。而所选的电解质溶液不同，电极上产生的现象可能

14、不同，学生能够推断原电池装置中不同微观粒子发生了不同的反应，从而能通过宏观现象去推断微观粒子之间发生的变化，可以强化微粒变化与宏观现象之间的联系。三、 多媒体辅助分析实验，建构微观思维的模型化学反应中的能量变化一节中，为了帮助学生建立微粒间反应是化学反应的根本形式，可以这样进行处理。在学生已经了解能量守恒定律和燃烧是放热反应这些基本知识的基础上，提出问题：假设有两个完全相同的容器，容器甲中盛有21023个H2分子 和11023个O2分子，容器乙中盛有21023个H2O分子，请同学们比较两个容器中的物质所含有能量的大小。学生根据化学方程式能分析出来：21023个H2分子和11023个O2分子恰好

15、完全燃烧生成21023个H2O分子，燃烧过程中放出热能（热能是能量的一种形式），结合能量守恒定律，可以得出结论：容器甲中物质的能量等于容器乙中物质具有的能量与燃烧放出的能量之和，所以，甲中物质的能量大于乙中物质的能量。这个过程有助于培养学生的逻辑思维能力。根据能量守恒定律判断两个容器中的物质具有能量的高低对于“燃料不充分燃烧会造成能源的浪费”这一观点学生只有感性的认识。借助学生这点感性认识，我从理性的角度分析炭完全燃烧与不完全燃烧放出能量的不同。有24g炭和64g氧气的混合体系，把这个体系称为状态X，若使其完全燃烧生成二氧化碳，设放出能量E1。现在对状态X进行处理，用隔板把32g氧气隔离，此过

16、程中状态X能量不变，使炭燃烧只能生成56gCO，另外的32g氧气不变。这个过程中放出能量为E2。把隔板拿开，体系能量不变。这个体系称为状态Z。则状态X到状态Z放出能量E2E1。此时从状态Z还可以继续燃烧达到状态Y，又放出能量E3。显然，E1=E2+E3，且E2E1。从数值关系给学生直观的解释，生成CO会造成能量浪费。通过这种多媒体模拟微观粒子反应过程的方法，使学生从理性角度理解不充分燃烧会造成浪费，效果很好。根据盖斯定律理解燃料不充分燃烧造成的能量浪费四、注重实验资源的开发，拓展学生微观思维的空间中学化学中，能很好的架构微观过程与宏观现象的实验很多，只要用心，总能设计出效果良好的实验。在高三化

17、学胶体的性质及应用单元中，在将胶体进行分离与提纯时，用到半透膜的渗析过程。通常选用的半透膜是玻璃纸，折成袋子装入淀粉等胶体和某种电解质溶液，然后浸泡在盛有水的烧杯中，一段时间后，检验烧杯中的液体含有半透膜袋中的电解质溶液，却没有胶体的成分。这样演示实验的效果还是不错的。不过，也可以这样改进，能更好的说明微观粒子的移动引起了宏观现象的发生。首先，课前准备自制的半透膜。在一块洁净的玻璃片上均匀的涂抹一层胶水，放在阴凉通风处晾几分钟，等边缘的胶水可以揭下来时，小心的把整块玻璃片上的胶水膜揭下来，作为半透膜待用。然后，再取两块干燥洁净的玻璃片（比胶水膜略小），一片上面滴两三滴淀粉溶液，将胶水膜覆盖在滴

18、有淀粉溶液的玻璃片上，在胶水膜上面滴几滴碘水，用另一片玻璃片压紧半透膜。这样，从下到上依次是玻璃片、淀粉溶液、胶水膜、碘水、玻璃片。片刻后观察，就可以清晰的看到：在胶水膜的下面出现了蓝色液体，而胶水膜的上面没有蓝色物质。这就说明，淀粉分子不能通过半透膜与碘水混合，所以胶水膜上面不出现蓝色，而碘分子可以通过半透膜与淀粉混合显蓝色。由这个现象可以拓展开来，淀粉分子或胶体粒子由于直径较大不能通过半透膜，而碘分子、水分子等直径小的粒子可以自由通过半透膜。学生通过这个直观的实验现象很容易理解到微观粒子这个层面上，这种方法可用于胶体的除杂也就留下了深刻的印象。有时为了强化学生的微观思维，我们也可以引导学生

19、多观察生活中的日常现象，使学生获得丰富的感性材料，在此基础上通过分析、综合、假设、归纳、演绎等思维活动来剖析宏观的现象，获得对化学微观粒子的科学认识，推动微观想象模型的建立。比如在教“分子”这一知识点时，可拿出事先准备好的一瓶香水在讲台上喷几下，学生很快就会闻到香味，从而去想象看不到的微观分子从香水瓶中喷散出来以后的不停运动，了解分子的运动特点。还可以将一滴墨水滴入盛有水的烧杯中，让学生观察墨水的扩散过程，充分体验微观层面的运动、变化引起的宏观现象。总之，在化学实验教学中渗透微观思维能力的培养，有许多便利，也非常必要。在知识层面可以加深学生对反应原理和反应条件的理解；在能力方面有助于提高实验的

20、思维容量和探究性，同时培养学生的逻辑思维能力；在思维品质方面，能帮助学生牢固建立“宏观现象与微观粒子的性质和变化有本质的联系”这样一种思维方式，在达成新课程所倡导的三维目标方面有重要的作用，对于提升学生的能力、激发学生热爱化学、学好化学、解决实验问题、提高高考成绩也大有好处。如果教师能够不断创新，挖掘和完善实验的功能，并激发学生的想象力，必将能培养学生从微粒观的角度学习和理解化学知识，为学生的学好化学打下坚实的基础。全部化学实践和化学史证明，化学思想方法不仅推动着化学的进步和社会的文明，而且已成为推进化学教法改革与创新的指导性策略和重要思维方法。用化学方法指导教学，创设化学方法与教学方法相复合的教学机制，