对中学化学实验教学功能及其定位的分析(2013年8月25日 潘)

对中学化学实验教学功能

及其定位的分析

福建师大附中潘则南2013年8月25日2013年厦门市初中化学教师实验技术专项培训班

内容概要一、中学化学实验内容及其主要功能1、关于实验教学功能的思考2、影响实验教学功能的主要因素3、实验内容及其主要功能二、实验教学与实验能力的培养三、中学化学实验主要教学功能及其定位分析(一)基本技能实验的教学功能（二）概念、原理实验的教学功能（三）元素化合物实验的教学功能1、关于“实验教学功能”的思考

实验教学功能：指实验教学或方法所发挥的有利作用。可分解为三个问题：有什么用、对谁有用、怎么实现这种作用。

实验教学功能的核心：是实验的“作用”和“改变”。如果学生实验能力没有发生改变，则不具有实验教学的功能。

合理确定教学目标与组织教学的有效性是发挥实验教学功能的关键。一、中学化学实验内容及其主要功能2、影响实验教学功能的主要因素●课标因素：教学目标确定

●教材因素：实验内容结构

●师生因素：组织教学的有效性核心内容◆实验基本技能◆实验基础知识◆实验基本方法◆实验基本思想主要功能◆激发学习兴趣◆树立实验安全意识◆培养良好的实验习惯◆促进“双基”教学◆培养实验探究能力3、中学化学实验内容及其主要功能二、实验教学与实验能力的培养1、实验教学设计与解决问题能力评价综合分析应用理解知识2、初三化学与必修模块实验能力比较［例1］若按图1所示装置进行正确实验操作，则应该看到的现象是：_____。该实验说明两点分别是：______；______。［例2］图2是三支高度不同燃着的蜡烛，当用一个透明的大玻璃筒倒扣住三支燃着的蜡烛时，所观察到的现象是___，原因是____。

图1【案例1】燃烧与灭火化学实验原理的教学

［例1答案］从下至上蜡烛先后熄灭。①二氧化碳的密度比空气大；②二氧化碳既不燃烧，也不支持燃烧。[例2答案]从上至下，三支蜡烛依次逐渐熄灭。热量扩散较难，热的CO2上升，从上至下逐渐充满玻璃筒。图23、实验能力教学设计案例

测试结果显示：有70.5%的学生回答结果是：实验现象从下至上，三支蜡烛依次逐渐熄灭；（原因）CO2的密度比空气大，且既不燃烧，也不支持燃烧。进一步问卷调查显示，这一错误结果，在错答的学生中有95.5%的学生解题思维是受初中阶段的【例1】灭火原理的影响。两道题之间情景相似、物质相同、实验装置相似、问题几乎相同，：一种装置用玻璃筒罩住，而另一种装置则为开放体系。【案例2】探究影响过氧化氢分解反应速率的因素（苏教版化学2P30）【实验3】取两支试管，分别加入5ml4%、5ml12%的过氧化氢溶液，再各加入几滴0.2mol.L-1氯化铁溶液，观察气泡生成的快慢。提出问题：该实验在实验前后没变的条件是什么？【案例分析】培养学生具有“控制实验条件的意识”。进一步明确具体影响反应的因素。没变的是：温度、氯化铁溶液浓度、过氧化氢溶液的体积、压强。改变的是：过氧化氢溶液的浓度。【实验结论】其他条件不变，浓度越大，反应速率越大。

活动探究教学建议1、一定要让在学生课前写出完整的活动探究报告，包括实验目的、所选试剂和仪器、实验步骤，实验现象和结论要在课堂上完成，这样做的目的一是使学生熟悉活动探究的方案，节省课堂时间，二是逐渐培养学生严谨的科学态度。活动探究的步骤，有实验目的、试剂和仪器、实验步骤、实验记录（实验内容、实验现象和结论【观察思考】有实验内容、步骤、实验记录和思考。学生能比较准确地记录实验现象。引导学生认真观察老师所做的演示实验，准确记录实验现象，仔细分析现象产生的原因，不断提高观察能力和思维能力。2、问题驱动----交流、探究----教学目标达成。发现问题和提出问题。如何创造发现问题的氛围？发挥实验问题的驱动和定向功能。【案例】观察试剂“氯水”，提出问题：（1）氯气与水能反应吗？猜想与假设：显酸性？产生氯离子？（2）氯气能溶于水吗？猜想：体积发生变化？气味？（3）氯水具有漂白性，提出问题：是氯气具有漂白性？还是氯水中的其他物质？实验设计。事实上，提出问题是一个极具创造性的过程，要从平常的事物和现象中发现不平常的因素，找出潜在的问题，是要经过充分思考才可能做到的，它比起在现成的问题下寻求解决问题的方法更需要创新思维。三、中学化学实验主要教学功能及其定位分析（一）基本技能实验的教学功能1、初高中基本操作实验分析2、基本技能实验的教学功能（1）主要功能：※激发兴趣，实现从“感觉兴趣、操作兴趣”到“探究兴趣、创造兴趣”的转化。※培养习惯、提高技能，促进实验能力的发展。※是一切实验的基础。（2）影响功能的因素：内容、媒体、手段、方式、组织形式、环境、难易程度等。（3）实验基本技能的内容在教材中编排特点（必修模块）

【附录1】实验基本技能内容编排特点【附录2】初高中实验基本技能的比较（4）怎样实现“实验基本技能”内容的教学功能？（a）确定合理的教学目标（b）提高组织教学的有效性

影响实验基本技能教学的因素

好、中、差学生实验技能差异的原因

教学建议

教学感悟【案例1】“配制一定物质的量浓度的溶液”实验教学功能主要功能：1、为理解溶液组成新的表示方式提供直观认识，对初中溶液组成的概念的巩固与提升。2、为认识新的仪器容量瓶及其使用方法提供直观感性认识和理性思考。3、为配制一定物质的量浓度溶液的方法提供实践机会。4、初步树立实验的定量观，学习定量实验控制误差的方法，感受定量实验中有关的“量”的概念。5、为实验探究的教学设计提供基础（选择实验方案和实验仪器的能力）。教学建议：1、教学设计时，应以物质的量浓度概念建构、以配置一定物质的量浓度溶液活动为中心。2、概念教学和配制方法都应以初中“溶液浓稀的表示”和”配制一定溶质质量分数“为基础；通过比较、分析。3、新仪器容量瓶功能的学习和掌握：要准确描述和理解容量瓶的用途、注意事项如容量瓶唯一的用途就是确定溶液的体积（定容）；配制准确浓度的溶液或定量的稀释溶液。容量瓶是为准确的配制一定物质的量浓度的溶液用的精确仪器。4、要准确配制一定物质的量浓度的溶液，需要准确称量、准确确定溶液体积。对比配制一定质量分数溶液的操作。为控制实验误差、提高准确度、需要增加哪些必要的实验步骤？5、定量实验的教学要求要恰当：定量仪器、定量操作、有效数字、仪器精度、操作误差、误差分析等如何要求？如何定量观察？6、实验步骤、基本操作的要求：如何洗涤、转移、定容？【问题交流】哪些实验步骤是为了提高配制准确度？配制一定物质的量浓度的溶液配制一定溶质质量分数的溶液【案例2】物质的检验主要功能：1、为树立物质分类的思想提供直观认识。2、培养态度习惯、树立化学实验安全意识。3、初步掌握检验物质或离子的方法（Cl-、SO42-、CO32-、NH4+）。4、完善或巩固实验基本操作技能（如加热、灼烧、药品取用、试剂的选择）。5、树立某些观念（如定量意识、定量观察：少量、几滴、2ml）。教学建议：1、严格实验室实验要求、示范操作、规范。2、用书写实验报告促预习、理实验思路、明实验目的。注意格式、记录与提交的要求。3、注意教学方法：原理、比较、分类、实验、现象、记录、结论。4、不同教材的内容安排不同，教学方式不同。要求相同。苏教版：教学思路“物质分类、化学反应原理、实验现象、实验结论”。鲁科版：教学思路“电解质、电离、离子反应、Cl-、SO42-检验方法。（二）概念、原理实验的教学功能1、初高中概念、原理和方法类实验分析2、概念原理实验教学的主要功能是什么？功能1：能从有关的实验事实或现象中抽取本质特征，并概括出化学概念、规律或得出物质的有关性质或组成。【教学案例】1、电解质溶液；2、物质的分类、分散系------胶体；3、铁及其化合物间的转化（氧化性、还原性概念）；4、钠、镁、铝活动性比较（金属性概念）；5、影响反应速率的因素、催化剂的概念；6、原电池；7、钝化、酯化；8、溶解性概念教学（溴溶于四氯化碳（苏教版））。9、溶液浓稀的表示；【教学建议】教学过程：实验（可信直观）----抽象概括-----认识飞跃。实验要具有典型性、简明易行、不可芜杂、不可节外生枝；要引导学生分析、阐述现象本质，并进行理论概括。把握具有普遍意义的规律性知识。【案例1】溶液浓稀的表示概念教学（1）【案例1】溶液浓稀的表示概念教学（2）◆概念、原理的实验教学是促进学生对核心概念原理的基本理解：

如“溶液浓稀的表示”：学会完整的表达，如“改变溶质和溶剂的量任何一个量都可能改变溶液的浓度”。根据这些问题设计教学活动，达成基本理解。【案例2】氢氧化铝性质实验主要功能：1、建立两性氢氧化物概念、氢氧化铝是两性氢氧化物2、为氢氧化铝的性质提供直观的感性认识：与酸反应（CO2/H2O除外）；与强碱反应3、为辨析氢氧化铝性质提供感性认识：如氨水、氢氧化钠；酸、碳酸。培养分析问题和解决问题能力、培养观察能力5、转化观：转化条件、转化关系（铝盐—偏铝酸盐—氢氧化铝）6、定量观察与操作：滴加操作、药品取用、判断沉淀是否完全等。7、本实验具有可信的直观性、简明易行；教学建议：1、两性氢氧化物概念的教学在认知中结构中存在支撑点。主要是辨别与已有概念的异同，并适当丰富概念内涵。2、通过实验探究学习氢氧化铝的性质，用问题驱动。如（1）铝盐溶液滴加氢氧化钠溶液至过量的过程，现象与结论。（2）铝盐溶液滴加氨水溶液至过量的过程，现象与结论。（3）问题解决：可以用硫酸铝净水剂净化酸性废水吗？实验室制备氢氧化铝选择什么试剂？可补充探究：CO2通入氢氧化铝浊液中。巩固完善认知。让学生参与概念本质特征的概括活动，使概念教学优质高效的关键。4、铝化合物的转化的要求与难度要适中。活动与探究实验1：将2~3ml2mol·L-1氯化铝溶液分别注入两支洁净的试管中，逐滴加入氨水，观察实验现象。实验2：向实验1的一支试管中加入6mol·L-1盐酸，向另一支试管中加入6mol·L-1氢氧化钠溶液，观察实验现象。【问题交流】氢氧化铝两性内容属于概念范畴还是元素化合物性质？下列实验来自苏教版化学1（P66），按此实验观察到的现象，会说明什么问题？AlCl3NH4Cl、Al(OH)3AlCl3、NH4Cl、Al(OH)3现象：沉淀增多？产生刺激性气体？沉淀溶解？氨水氢氧化钠溶液【案例3】原电池教学案例分析教材设计的一个实验探究内容：探究实验1：铜片、锌片分别插入稀硫酸各有何现象？探究实验2：铜片、锌片同时插入稀硫酸各有何现象？探究实验3：把铜片、锌片用导线连起来再插入稀硫酸又有何现象？探究实验4：在上述的铜片和锌片之间串联一个电流计，再观察实验现象。教学建议：1、建立上位概念：能量的存在形式、转化关系、化学能与其他能量的关系。2、实验引入与实验探究：（1）演示实验获取化学能与电能的转化关系：电子贺卡响起音乐，发出光亮；用镁带和碳棒和导线和稀硫酸（烧杯中）的电池代替贺卡电池。（2）探究原电池原理：氧化还原反应如何发生？【案例4】沉淀溶解平衡的应用

问题（苏教版P83）：“除去硫酸铜溶液中混有的少量铁离子，可向溶液中加入氢氧化铜或碱式碳酸铜，调节溶液的pH至3-4，铁离子就会全部转化为氢氧化铁沉淀除去”CuSO4(含Fe3+)Cu2(OH)2CO3调节溶液PH=3~4Cu2+Fe(OH)3除去硫酸铜溶液中混有的少量铁离子的流程图功能2：建立以实验为中心的问题交流与讨论的教学模式【学生问题】（1）

不明白为啥要加氢氧化铜或碱式碳酸铜？（2）溶液的pH3-5，在常温下还算是酸性溶液，铁、铜离子怎么会转化为氢氧化物沉淀？

1、实验原理：中和水解产生的H+，促铁离子完全水解沉淀（铁离子先于铜离子沉淀）；不引入杂质；均为难溶性，过量的易过滤分离掉。2、讨论与交流：用NaHCO3等代替Cu2(OH)2CO3可以吗？为什么？问题解决：（1）

通过实验解决为什么要加氢氧化铜或碱式碳酸铜，而不加其他物质？

用实验帮助学生理解教材的结论，了解生产的实际操作方法所依据的原理；了解溶度积的学习可以帮助我们定量地研究难溶电解质沉淀形成或溶解的问题，体会溶度积学习的价值。返回问题解决（2）：（建立模型）假定溶液中铁离子浓度是0.001mol∙L-1，、铜离子浓度是1.0mol∙L-1，氢氧化铁、氢氧化铜的Ksp分别是2.6×10－39，

2.2×10－20）。（1）使溶液中铁离子、铜离子分别开始形成沉淀，所需要的氢氧根离子浓度是多少？PH约为多少？（2）使溶液中铁离子、铜离子转化为氢氧化物沉淀，溶液中OH-浓度一定要超过10-7mol∙L-1吗？（即pH一定要大于7吗？）【学生活动】OH-离子浓度只要超过2.6x10-12mol∙L-1（pH约为2.2）,就开始形成氢氧化铁沉(全部转化为氢氧化铁沉淀，pH要3-4),而溶液的OH-浓度约要达到1.5x10-10mol∙L-1（pH4.2）以上氢氧化铜才开始沉淀。估算说明，溶液中铁、铜离子在pH3-4或5的微酸性环境中就可以形成氢氧化物沉淀。只要使溶液的酸度降低，即把溶液的pH提高到一定程度，就可以达到目的。

【获得结论】氢氧化物沉淀越难溶（Ksp越小），形成沉淀所需要的氢氧根离子也越小，pH越低。正因为如此，才“可以通过控制溶液的pH，达到除去铁离子而让铜离子保留在溶液中”。如果pH超过5，铜离子才开始转化为氢氧化铜沉淀，因此要控制好pH）。（三）元素化合物实验的教学功能功能：能根据实验原理与现象，选择必要的试剂和仪器进行仪器组合，理解各部分装置的作用以及实验方法、实验操作和实验装置的特点，懂得这样做的理由；选择实验现象明显、前后变化明显、活动与互动、组合比较等方法。【案例1】氯水成分的探究主要功能：1、实验所需仪器、药品、操作等简单、便于操作。2、为认识氯水成分提供感性基础，为理性思维的培养提供基础素材。3、为教学设计的多样化，提供实验基础（如探究实验）。4、为实验基本操作能力训练提供机会。教学建议：【案例2】实验室制氯气装置的理解谢谢！

【附录2】初高中实验基本技能的比较返回【附录1】教材中实验基本技能内容的编排特点

苏教版：先集中再分散

※单独编制以演练单项基本操作为重点的实验内容。※集中的内容：离子的检验、分离提纯、配制一定一定物质的量浓度的溶液。※特点：系统性强、利于初高中衔接式教学、利于组织安排。

鲁科版：分散到各个章节

※贯串于各类具体实验的过程中。

※分散的内容：物质的检验。

※特点：容易被忽视、不易落实、系统性不够。返回

附表1：必修模块实验基本技能核心内容及教学目标※认知性学习目标：（B）了解、认识、能表示、辨认、区分、比较。即明确“是什么”。※技能性学习目标：（B）初步学会、独立操作、完成、测量。

独立操作水平——指学生独立进行有目的的操作，能与已有技能建立联系。该水平的操作表现为学生动作基本规范、协调、基本能做到“会拿”、“会放”、“会接”、“会调”、“会配”。有较强的实验参与意识。返回（2）提高组织教学的有效性

影响实验基本技能教学的因素※教师的指导、原有认知结构、认知能力、情感因素、实验基础知识等对学习实验基本技能起重要作用。※实验操作很大程度受到学生掌握的程序性知识的陈述性形式认知状况的直接影响。认知结构与实验技能关系：互为表里、关系密切、互相转化。说明：实验必须充分准备，尤其是探究性实验。

好、中、差学生实验技能差异的原因※优秀学生：具有更丰富且结构更为良好的实验陈述性知识，具有大量自动化的实验基本技能，具有强有力的实验领域特殊的策略。※差生：主要表现是不理解实验操作顺序或原理以及如何进行实验操作。※中等生：药品用量把握上以及部分操作知识的偏差。返回

教学建议：※运用正确的教授策略

【示例1】※促使形成丰富和结构良好的实验基本技能【示例2】※提供更多实践机会，注意复习巩固策略

【示例3】※有效提高实验观察与实验记录的技能

【示例4】返回

教学感悟：※化学实验基本操作是各类实验的基础。

※实验基本技能目标达成的基本途径：通过练习获得。※培养实验基本操作要求：规范、程序和方法。

※学习新技能并纠正学生已有技能的不良影响：正迁移；负迁移。返回【示例1】正确的教授策略返回1、认知阶段：教师讲解示范，学生感知、理解学习技能的目的、任务、方法、条件以及动作要领、注意事项等有关技能的概念和原则。并能用语言描述，形成对问题的初步表征。2、联系阶段：复杂的分解成单个动作练习。3、自动化阶段【示例2】构建丰富和结构良好的实验基本技能？示例1：加热、试管加热、烧瓶加热、固体加热、液体加热、特殊反应物的加热、灼烧、小火加热、水浴加热。示例2：分离方法：加热蒸发、加热蒸馏、溶解过滤、反应沉淀过滤、溶解结晶过滤、冷却结晶过滤、萃取分液。示例3：装置气密性检查、容量瓶漏液检查、是否沉淀完全检验、离子检验。返回示例（3）