浅谈高中化学随堂分组实验的教学设计

浅谈高中化学随堂分组实验的教学设计

李银涛+王涛+陈笑鸽Summary：针对新课程高中化学实验教学中存在的问题，从确定实验主题与模式、创新实验仪器、教学设计开展等角度简单介绍了河南大学附属中学高中随堂分组实验的教学设计的研究过程。Key：化学实验；随堂实验；分组实验；微型实验；教学设计：1005–6629（2015）9–0023–04：G633.8：B1随堂分组实验的背景化学是一门实验性科学，化学实验在化学教育和教学中具有不可替代的地位，实验教学承载着丰富感性认知、提升理解建构的独特功能。然而，在实际教学过程中，很多教师却不喜欢实验课，主要原因有：（1）教学内容多和课时少之间的矛盾；（2）实验准备繁复；（3）实验室药品仪器配备数量和种类不足；（4）教学过程难以掌控等。而化学本位教育的缺失的原因之一，就是教师上课在黑板上“做实验”（清华大学化学系宋心琦先生语）。因此，我们尝试在高一必修模块中设计大量随堂分组实验，以期能够初步解决以上几点问题。2随堂分组实验的内涵随堂分组实验，是为了达到一定的教学目的，在教师的启发指导下，由学生分组独立地运用实验去探求知识或获取必要的感性认识的教学活动。随堂分组实验能与教师的讲授密切配合，是教师为了让学生获得直观的感性认识，更深刻地理解概念和规律，掌握学科研究方法而设计的课堂实验，在整个过程中将由学生亲自动手使用仪器、观察测量、取得资料数据并亲自分析总结。随堂分组实验的设计要为教学目标服务，能够激发学生好奇心和学习兴趣，能够培养学生基本的科学实验研究方法。在研究设计过程中，将会涉及验证性、探究性或设计性等多种类型，并满足实验仪器的简易性、易操作性、小型细致性、灵活性、创造性和系列整体性等要求。我们尝试了多种学生的实验分组方式。一开始，我们也是直接利用学生同桌间的自然分组，三人一组，其中一人负责记录结果，两人负责处理实验，这种直接干预的方式让实验记录的完整度大大提高。但在课下交流的时候，学生认为记录实验的同学动手机会少，做实验的同学没有机会体会记录实验现象的生成过程。此外，由于自然分组存在过多的班主任因素，有时3个学生的能力不足以较好地完成实验和记录整理。所以，在后续阶段，我们也尝试了自由组合的方式，仍然是3人一组，但将实验手册增至每人1份，同时建议不同水平的学生尽可能搭档组合，包括男女学生的自由组合。在这种分组方式中，学生间的分工合作和交流更充分。3随堂分组实验的设计3.1确定分组实验主题哪些内容可以设计成随堂分组实验的形式呢？最值得选择的应该是对于化学学科来说具有核心和基础地位的概念和规律性知识，因为一方面学生真正理解了这些知识，就等于掌握了学科知识的主干，形成了扩充和扩展自己知识结构的能力；另一方面也调和了教学内容与课时之间的矛盾。结合《普通高中化学课程标准（实验）》和三套全国教材，经过讨论，我们以原子结构、碱金属、卤族元素、几种常见的金属和非金属、几种常见的有机物等基础知识点为对象开展了随堂分组实验设计，共计16个，见表1。3.2选择分组实验模式无论是杂志发表还是优质展示课的教学设计，均涉及实验探究活动，参加优质课比赛时上课的学生也大都已经完成了该内容的学习，因此，总是给人一种虚假和不实用的感觉。在分析入校高一新生的知识储备和实验能力基础上，我们认为必修模块的实验应该存在多种类型，不能为了探究而探究，验证性实验估计会多些，适当增加实验中探究的成分，见表2。以“20世纪化工业的明星分子：氨”这节课为例，在“氨”之前的不少实验，都是验证为主、探究为辅的设计。与前面所学知识相比，氨对于学生而言，是一个熟悉的陌生人。初中时学生就在学习“分子扩散”时对其挥发性、溶液显碱性等性质有所了解。因而，我们将其设计成开放的探究性实验，活动步骤如下：[活动用品]浓氨水、浓NaOH溶液、配套10mL注射器；空NaCl瓶（用以制备氨NH3，无标签）、配套10mL注射器；浓盐酸、氯水；酚酞溶液（250mL烧杯）、废液缸（100mL烧杯、稀盐酸）[活动提示]1.观察注射器标签，注射器专针专用。2.小心使用注射器，避免扎伤。3.严格控制浓氨水、浓NaOH溶液用量，以免NaCl注射液瓶过度膨胀漏气。[活动步骤]1.准备工作：制备氨气（1）分别用配套注射器小心抽取4mL浓氨水、浓NaOH溶液，将其注入空NaCl瓶，充分振荡。（2）将反应后的废液小心抽出，将其注入盛有稀盐酸的废液缸。2.设计实验：氨气的性质因为在“氯及其化合物”的实验中已经接触过空塑料盐水瓶和注射器，所以本节课学生已经能够熟练使用这些用品，他们的创意设计也给了我们很多惊喜。在课后总结的过程中，我们认为，一个实验是否能够设计成探究实验，要取决于以下几个方面：（1）学生对于该知识的前期储备是否足够充分；（2）学生对实验过程中的用品使用是否熟练。因此，在“铁盐与亚铁盐的相互转化”实验的设计时，我们首先呈现各种检验Fe2+/Fe3+的方法，为学生提供有效的技术支持，再结合已经了解的常见氧化剂、还原剂，利用废旧药板完成有关探究。3.3创新分组实验仪器已有的片段式探究实验设计，都是针对30人左右的优质课和展示课。如何在70名学生的课堂上完成分组实验，如何满足16个教学班的循环教学，这是现有文献资料中根本没有提及的问题。因此，我们开发了适用于大班额的微型、绿色化实验，并创设生活情境，使其更加生动活泼。以“海水中的元素：氯及其化合物的性质”为例，由于Cl2有毒，一部分高中教师选择了演示方式，更多教师则选择了“说实验”。而氯及其化合物的性质既是学生认识非金属及其重要化合物的关键一环，也是进一步理解氧化还原反应和离子反应的重要实验依据。因此，我们认为这是一个不能回避的实验设计。如何减少氯气的泄露污染，能否在课堂上让学生快速制取少量氯气呢？经过讨论与选择，我们利用废弃塑料生理盐水瓶和注射器、青霉素药瓶进行半封闭实验，并创造性地利用了强酸性洁厕灵和“84消毒液”来完成液液混合制备少量氯气，借助于这样的设计，无论从制备还是性质实验，都能够在几分钟内快速完成。同时，利用便当盒，把整节课的实验打包带走，60盒就可以完成16个教学班的循环教学过程。分组活动中与该实验类似的微型设计还有不少，见表4。3.4教学设计的具体过程以“Na2CO3、NaHCO3的性质”为例，简单介绍我们进行随堂分组实验教学设计的一般过程。3.4.1结合课标和学情，大致确定本节课的实验目的和方案结合课程标准，我们知道碳酸钠和碳酸氢钠的性质既能帮助学生认识金属及其重要化合物间的重要规律，也能使学生进一步熟悉“物质的量”这一重要工具的使用技巧。又因为Na2CO3和NaHCO3在生活中的广泛应用，我们选择了在制作面包的过程中面团的两次膨胀现象作为本节课的主线：一是在发酵箱中与酸性物质反应，二是在烘焙箱中受热分解。3.4.2讨论分析实验细节，提高设计可操作性随堂分组实验课的成败，除了有一个好的引领思路外，关键还要有可操作性的实验设计。为了满足整个年级16个教学班的循环教学，我们将这节课中的很多实验设计成微型实验，一方面大大提高了便携性，另一方面微型实验能够快速得到现象，保证了整节课的教学完整性。Ⅰ.与酸反应的半定量实验为了比较Na2CO3、NaHCO3与盐酸反应的速率问题，学生需要同时将两种固体加入过量盐酸中。根据以往经验，由于试管入口小，操作很难完全成功，试管容积不大，反应时酸液容易冲入气球。我们挑选了100mL平底烧瓶，很好地解决了上述几个问题，同时由于小烧瓶的精致程度，实验的美感也得到很大的提高。Ⅱ.NaHCO3受热分解实验流传很广的大小套管实验存在以下问题，装置组装复杂，操作比较困难，加热时间太长，不适合学生分组实验。经过查阅大量资料，我们利用W形管微型加热反应装置[2]（见图1），在10s左右就顺利完成了实验。我们还发现，加入的NaHCO3稍多些，能使澄清石灰水产生“先浑浊再澄清”的现象，再加热石灰水处，“溶液又会重新浑浊”，为我们讲解碳酸盐与碳酸氢盐的相互转化提供非常实用的实验支持。3.4.3结合课堂实践，评估优化设计结合授课教师感受，以及与学生的课下交流，两个实验设计在三个不同层次的班级中均能较好地体现设计目的，顺利达成教学效果。3.5教学设计反思，加强教师引导在第一轮试用的过程中，我们发现，相比于跟随教师设计一步步完成实验，学生更喜欢将所有实验一气呵成完成。可到最后归纳整理实验现象、讲授知识时问题就来了，学生兴趣索然，忘记的比记住的多。针对这个问题，在教学设计中，我们增加了一个环节，增加活动手册中指引导语的内容，设计合理的与实验有关的思考题目，帮助学生及时地了解自己每一步所做实验的目的和原理，起到事半功倍的作用。例如，在“胶体”的有关实验[3]中，当学生利用丁达尔效应区分出三种分散系后，从“分析与讨论”中就能够发现原来这种方法是专门用来区分溶液和胶体的；当完成了“卤水点豆腐”模拟实验后，通过分析“石膏、蔗糖溶于水有什么不同”，结合蔗糖溶液不能使豆浆发生聚沉的现象，猜测出胶体介稳性的可能原因。同时，我们也将大部分教学设计修改成了适合先集中完成实验、再引导学生归纳整理的形式，使设计更加符合教学实际情况。通过增加小组间展示次数和加强作业批改等方式，从教师层面引起学生关注实验现象的记录与整理、实验结果的生成过程。4结语经过几年的努力，我们已经完成了16个随堂分组实验的教学设计。2009级学生接触到的实验远远超过了新课标实施以来的前几届。随堂分组