全国第十届实验教学创新研讨会论文集-高中化学教材实验拓展研究

高中化学教材实验拓展研究孙晓春王春雷昆明市第十四中学云南昆明650106摘要本文针对高考化学实验题重点考查学生对教材实验的迁移和创新能力，介绍了如何对教材实验进行多角度、多层次拓展和发散，以此提高学生分析问题和解决问题的能力，从而有效地培养和开发学生的发散思维潜能。关键词高中化学教材实验实验拓展在教学中老师经常会发现：尽管学生已学完了中学化学实验的基本操作，做过教学大纲要求的演示实验和学生实验，但在具体的考试或测验中，实验题仍然是学生得分率最低的题，学生认为实验习题的陌生程度较大，内容似乎与教材中的演示实验关系不大。究其原因是学生对教材实验没有真正掌握而使其不能变通和发散。本文重点介绍以教材实验为发散源如何对教材实验进行拓展和创新，并以此在实验教学中培养学生的发散思维能力。近年来，高考化学实验命题的一个突出特点是“既来源于教材又高于教材”，很多高考题就是教材实验的改编，如2022年理综“氨的喷泉实验装置”是教材喷泉实验装置的创新，2022年全国理综（Ⅲ）“氢氧化亚铁的制备”，2022年北京理综“铁与水的反应”等。这都启示我们：对教材内容要多问几个“为什么”，对教材中的实验装置不能盲目认为是唯一方案，要多想想“如何改进”，多想几次“还可怎么办”；要注重知识的“形成过程和生长方向”，用综合的观点建立知识网络，用探究的方式指导学习过程，尽量挖掘教材的潜在价值。1．氢氧化亚铁的制备实验拓展氢氧化亚铁是一种白色沉淀，在空气中或含有氧气的水溶液中很容易被氧化而变色，难以观察到它的本来颜色，要制备纯净稳定的氢氧化亚铁就需隔绝空气，根据这一原理教材中的实验（发散源）可拓展和发散为以下几种装置。图一设计说明：图一装置（I）中油脂的作用是防止空气中的O2进入亚铁盐溶液中。装置（II）、（IV）、（V）、（Ⅵ）：其原理是利用铁和稀硫酸现制FeSO4，并用产生的H2赶走试管和溶液中的氧气，但其装置的设计却有区别。装置（III)：阳极反应：Fe－2e－＝Fe2＋，阴极反应：2H2O+2e－＝H2↑＋20H－，溶液中的反应：Fe2＋＋20H－＝Fe（OH）2↓，产生的H2有利于排去溶液中的氧气，液面上的汽油使溶液与空气隔开。高考回顾：03年全国理综卷（Ⅵ）考查了该装置2.排液法测量气体体积的实验拓展利用气体不溶于某些液体的性质，可用排液法粗略测量气体的体积，根据给出的仪器和实验目的不同，教材中的装置（发散源）可拓展和发散成以下几种量气装置，如图二。图二设计说明：图二中，装置（I）读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平。读取反应前后甲管中液面体积读数的差值即为气体体积。装置（II）测量收集到气体体积，应先使气体冷却至室温，再慢慢将量筒下移，使量筒内外液面高度相同，再读取读数。装置（III）实验中水面要没过漏斗颈，量筒中装满水，反应在漏斗中进行，生成气体的体积即为量筒内气体的体积。装置（Ⅳ）用于测量混合气体中被吸收（或不被吸收）的体积分数，读数时球形容器和量气管液面相平，量气管内增加的水的体积等于不被反应管内溶液吸收的气体的体积。高考回顾：94年全国卷、05年江苏卷考查了发散源装置；97年上海卷、08年重庆理综卷考查了装置（I）；01年全国卷、07全国（II）卷考查了装置（II）；98年全国卷考查了装置（Ⅲ）；03、06年上海卷考查了装置（Ⅵ）。3.喷泉实验的拓展喷泉实验的本质是形成压强差而引发液体上喷，教材中的装置（发散源）可设计如图三所示的多种不同的装置和采用不同的操作（如使气体溶于水、热敷或冷敷、生成气体等）来使喷泉产生。图三设计说明：装置（Ⅰ）改变了胶头滴管的位置，胶头滴管挤入少量水于试剂瓶中，即可使少量溶液沿导管进人烧瓶中，导致大量的NH３溶解，烧瓶内形成负压而产生喷泉。装置（II）隐去了胶头滴管。用手（或热毛巾等）捂热烧瓶，氨气受热膨胀，赶出玻璃导管内的空气，氨气与水接触，即发生喷泉。（开放性问题，或用浸冰水的手巾“冷敷”烧瓶，使水进人烧瓶中，瓶内氨气溶于水）。装置（Ⅲ）在水槽中加入能使水温升高的物质，致使锥形瓶内酒精因升温而挥发，锥形瓶内气体压强增大而产生喷泉。装置（Ⅳ）在导管中通入一定量的H2S和SO2现象为：有淡黄色粉末状物质生成，瓶内壁附有水珠，NaOH溶液喷到烧瓶内。装置（Ⅴ）打开①处的止水夹并向烧瓶中缓慢通人等体积的HCl气体后关闭该止水夹，待充分反应后再打开②处的止水夹，观察到先有白烟产生，后产生喷泉。装置（Ⅵ）先挤压胶头滴管，再打开a,c活塞，然后打开b活塞，可产生双喷泉现象。高考回顾：02年全国理综卷考查了装置（II）；01年上海卷考查了装置（Ⅲ）。4.原电池原理装置的拓展根据原电池原理和形成原电池的四个条件，教材中铜锌稀硫酸的原电池（发散源）可改装成多种装置。图四设计说明：装置（Ⅰ）（Ⅱ）：属于微型原电池。装置（Ⅲ）：类似铜锌稀硫酸的原电池装置，只是化学反应原理不同。装置（Ⅳ）（Ⅴ）：利用盐桥和电极来形成闭合回路。同理，装置（Ⅵ）就不是原电池装置。高考回顾：07年重庆理综卷考查了装置（Ⅳ）；07年全国理综卷（Ⅱ）考查了发散源装置；08年江苏卷卷考查了装置（Ⅳ）；08年重庆理综卷考查了装置（Ⅰ）。5．启普发生器原理装置的拓展启普发生器的操作原理是利用气压知识使固、液接触或脱离，控制对气体反应随时产生或停止，使之控制反应的发生。以启普发生器原理为发散源可设计出多种简易启普发生器。图五设计说明：图五中装置（I）－（V)：若打开活塞，则酸液与块状固体接触，发生反应，产生的气体由导管导出；若关闭活塞，则酸液与块状固体脱离接触，反应自行停止。需要时再打开活塞，又可以使气体发生。装置（VI)：依靠铜丝向下或向上提取，使固、液接触或脱离，控制反应产生或停止，实现对反应的控制。高考回顾：02年上海卷考查了发散源装置；01年全国卷、04年天津卷、07年上海卷考查了装置（I）；95年全国卷考查了装置（V）；96年全国卷考查了装置（IV）。在不违背科学原理的基础上，以教材实验为发散源，许多教材实验都可以进行拓展和创新，如防倒吸的尾气吸收装置、铜与浓硫酸反应、铜与浓、稀硝酸反应、钠与水反应、电解原理装置等等。通过对课本实验装置的改进和发散，使学生对实验习题中未见过装置的陌生度降低，增强学生对装置的识别能力和答题的正确率。通过对同一个问题的多角度，不同层次的探索和拓展，激活了学生思维的灵活性，又培养学生的思维发散能力。美国心理学家吉尔福指出“凡有发散性加工或转化的地方，都表明发生了创造性思维”。总之，对于实验的拓展和发散，要求学生联系所学过的实验知识、基本装置和操作技能等进行知识类比、迁移和重组，全面周密地思考才能设计出正确的实验装置和正确的实验方案。研究教材中每个实验的实验目的和实验原理，以此为设计的依据进行思维发散和拓展，对于同一原理可设计出多种装置，从而有效地开发学生的发散和创新思维潜能。主要参考文献[1]全日制普通高级中学教科书，化学第一到第三册，人民教育出版社，202