《微型化学实验》选修课的设计与实施

《微型化学实验》选修课的设计与实施翁志勇浙江省杭州高级中学310009摘要:本文从课程提出、课程实施、课程实施感想及遇到的困难三个方面出发，其中课程实施包括课程纲要、课程内容、课程教学、课程评价四方面，介绍选修课《微型化学实验》的设计与实施。关键词：高中化学选修课微型化学实验一、课程提出2012年6月，浙江省教育厅颁布《浙江省深化普通高中课程改革方案》[1]，主要内容有：“减少必修，增加选修；全面实施选课制；全面实行完全学分制和弹性学制，进一步扩大学校课程自主权”。配合大环境，笔者设计与实施了《微型化学实验》这一课程。此为拓展性实验，以课本知识为依据，但又高于课本，属于必须教学目标之外的实验，主要培养学生实事求是的科学态度，提升学生的化学素养和环保意识。之所以选择这一课程，主要基于化学是一门以实验为基础的自然科学，极具可操作性，所以选择实验为课题开发既能体现学科特色，又能发展学生收集与处理信息的能力、综合运用知识解决问题的能力以及交流与合作的能力。二、课程实施1．课程纲要选修课程的实施应有严格的课程纲要，避免课程内容编写的随意性和课程教学的乏味化。作为知识拓展性的《微型化学实验》选修课的选修对象是高二理科化学基础较好的学生，主要以实验班为主，而苏教版高中化学因为学业水平考试需要，在高二已经学好了《必修1》，《必修2》及《化学反应原理》，学生已有较好的实验基础。对于化学基础较好的理科生，已有独立设计实验的能力，故笔者将课程纲要确定为：(1)能正确使用中学化学实验常用仪器和对实验仪器进行微型化改造；掌握多种微型化实验仪器改造的技巧和方法。(2)能独立或合作设计微型实验并完成；初步学会书写实验报告或小论文；养成探索自然奥秘、批判性思维，依赖自我和合作，探究的学习习惯，发展学生的创新能力和实践能力，让少数优秀学生脱颖而出。2．课程内容课程内容的选择与编写应按照课程纲要设定。对于本课程而言，要具体落实到选择怎样对仪器进行微型化改造以及如何设计和完成微型实验，选择这些实验和仪器又有何目的，每个实验要学生掌握哪些化学知识。为了更容易让学生吸收和消化，本课程以苏教版高中化学中的《必修1》，《必修2》及《化学反应原理》的相关教学内容和现实生活为基础开展的自主探究，教师引导的微型实验探究。每一个微型仪器及微型实验都由教师课前精心思考布置，学生课后思索、设计，课堂理论回顾、讨论及操作实践完成，教师最后再课堂总结及课外延伸，融知识性，微型性和实用性为一体，实验器材选取方便、操作简便、安全，方案设计多样，实验现象明显，是必修课程中实验的拓展和提高。根据课程纲要，我们选取了以下一些微型仪器制作及微型实验的设计。(1)生活化的微型实验仪器的制作:教师要指导让学生从家庭和社会寻找，在保证安全、卫生的前提下收集仪器、药品及其代用品,详见表1。基于这些实验，学生就可以建立自己的微型化学实验箱。表1日常废弃物制作的微型化学实验仪器一览表仪器名称日常废弃物制作的微型化学实验仪器集气瓶用青霉素瓶药代替玻璃棒吸管、塑料棒、筷子胶头滴管医疗用塑料滴管、注射器、塑料眼药水瓶量筒用一次性注射器代替滴定管用完整的一次输液管代替微型试管装药片的塑料穴膜板点滴板医药胶囊透明凹槽、装药片的塑料穴膜板小烧杯用吃完果冻的塑料杯子代替微型水槽用洗发膏的塑料盒代替漏斗矿泉水瓶颈部（5cm高）或去掉底部的塑料眼药水瓶分液漏斗用一次性注射器代替长颈漏斗用医用废弃的输液管制作广口瓶用青霉素瓶或感冒药瓶代替细口瓶用50ml的葡萄糖液瓶或塑料眼药水瓶或透明的小药瓶代替表面皿用药片铝塑板代替药匙玩具塑料匙、废圆珠笔芯稍加热待软化后压制燃烧匙用易拉罐或罐头盒的金属皮制作导管用一次性输液管的细管代替U形管粗签字笔芯加热弯制微型酒精灯用透明的小药瓶或口服液瓶制作试管用装过中药片剂的玻璃瓶代替试管架可用泡沫塑料制作试管夹（木制）用晾衣服用的木夹，在一侧用白胶布贴一片木条成为长柄制成(2)制备实验的微型化设计研究:目前苏教版教材课材对物质制备的微型化研究主要集中在气体（Cl2、SO2、C2H4、C2H2、NH3、NO、NO2等），因为这些气体多数是对环境有污染的，所以通过微型化设计可以大大减少污染；但除此之外还有固体的制备，如：胶体Fe(OH)3的制备，同时还涉及到有机类物质的制备，如：乙酸乙酯的制备。(3)性质实验的微型化设计研究：性质实验一方面涉及到元素化合物，其中包括上述几种典型气体的性质的实验，而且很多的微型化实验中这几种气体的制备和性质的实验都是一体化的，除此之外还有固体的性质实验，如钠的性质实验；另一方面，也涉及到有机物化合物性质的检验，如：烃类、醇、醛、酮等。(4)检测实验的微型化设计研究：检测实验涉及到的范围也比较广泛。第一，有针对反应原理的微型化设计，如原电池原理的探究、电解质的电离及溶液的导电性的强弱、反应速率的测定；第二，有针对元素化合物的微型化设计，如铵盐的分解产物等；第三，有针对有机化合物的微型化设计，如：淀粉与纤维素水解产物的检测、乙醇的催化氧化中乙醛的检验等。(5)趣味实验的微型化设计研究：对生活化、趣味化的实验进行了微型化的设计研究，如：火柴头成分的检验、水果电池等，但是这类型实验仍然很少，还是主要针对教材中涉及到的常规实验来进行微型化的设计。本课程共18课时，每课时40分钟，具体安排如下：教学实践内容课时生活化的微型实验仪器的制作（至少制作5种常用的微型仪器）2制备实验的微型化设计研究（铜与稀硝酸的反应制NO）2制备实验的微型化设计研究（乙酸乙酯的制备）2性质实验的微型化设计研究（SO2的化学性质实验）2性质实验的微型化设计研究（钠的性质实验）2检测实验的微型化设计研究（乙醇的催化氧化中乙醛的检验）2检测实验的微型化设计研究（原电池原理的探究）2趣味实验的微型化设计研究（火柴头成分的检验）2课程问卷调查，学生自主设计综合微型实验23．课程教学(1)教学组织和实施此课程实施场所设在化学实验室。为了更好的指导和关注学生的微型实验设计能力发展，此次选修课的限选人数设定为20人，实现小班化教学。另外，第一课时花一部分时间给学生分组(2人一组，固定不变)，说明该选修课的内容和要求，讲授基本的实验规范、实验预习报告和实验报告的书写等。最后一课时花一部分时间进行课程问卷调查，了解学生对本选修课的态度、意见及建议。(2)教学形式由于本课程目前没有教材，所以需要教师课前精心思考布置，制作好预习报告；学生回家思索、设计并填写好预习报告；教师课堂理论回顾，学生两人讨论，确定实验方案并完成操作及实验报告，学生课堂总结及教师课外延伸。最后两课时的学生自主设计综合微型实验，学生由于有一定的实验基础，可按照“教师给出实验内容，学生讨论设计多种方案，教师指导并完善，学生独立完成实验操作”的过程进行。(3)教学课例选取微型实验仪器参与钠的性质实验改进为例，采用选择以学生设计实验探究步骤为主的探究模式，流程图如图1。图1探究活动流程图动手探究实验设计方案产生问题学生探究：动手探究实验设计方案产生问题分析交流总结分析交流总结指导学生实验指导方案创设情景指导学生实验指导方案创设情景教师指导教学过程：教学手段学生活动教学设计意图【回顾】钠与水实验操作分组实验引出问题,为实验改造作铺垫【设问】金属钠与水反应产生的是“烟”还是“雾”？金属钠与水反应时，除听到“嘶嘶”的响声，金属钠表面发生燃烧，甚至发生轻微的“啪啪”爆炸声？思考,分小组讨论问题的引入【设问】能否运用前面日常废弃物制作的微型化学实验仪器仿造该实验设计一套微型实验装置完成解决上述问题?制定计划、搜集资料,明确小组成员的分工,设计方案培养学生的创新思维和拓展思维能力【学生实验】引导学生按自行设计的方案实验，观察实验现象。其中一组学生创新的微型实验方法展示如下：创新实验所用仪器，包括针筒、笔套、已经装有少量煤油的青霉素瓶、将输液管改装成的两端均有金属针的导管，其中一头插入橡皮塞内。反应装置为将钠置于放油煤油的小注射瓶内，用两端带有金属针头的输液管一端插入橡皮塞，橡皮塞塞紧注射瓶，通过针筒将水打入注射瓶内，由于金属钠密度关系会浮于水面沉于煤油底，故金属钠与水反应时不会太剧烈，金属钠与水反应后产生的氢气则通过笔套排水法收集。培养学生的动手能力和创新意识。以上课例中学生通过微型化学实验选修课来探究拓展思维，认证想法获得成功后变得越发喜欢化学课，对化学产生了浓厚的兴趣，通过上台展示描述汇报，学生语言能力逻辑能力增强的同时对自己亦更加有自信。4．课程评价在一定阶段，教师要对学生进行评价，让学生了解自己的情况。对评价不只是测验一种方式，不只是测验学生的知识水平，还要对学生的整体能力进行测试，以检验教学效果。特别是选修课，不能前期轰轰烈烈地开展，最后平平淡淡地结束。采取的评价原则：过程评价重于结果评价；态度、能力、个体发展评价重于知识、技能的评价；学生自我评价重于教师评价；实现开放性的评价，重视实践经验共同分享。因此采取多种评价方式：(1)过程评价（60%）：平时教师要对学生进行考勤，观察学生在实验过程中的表现，态度并检查完成的实验报告。对考察中发现的问题及时做出指导，促进学生的发展。(2)终端评价（40%）：有课程问卷调查和自主综合微型实验的评分等方式。三、课程实施感想及遇到的困难“万事开头难”，一门全新课程的开设在最初必然是充满艰辛的，但开发的过程是值得回味的。在开发课程前一定要制定课程纲要，课程内容编写严格按照课程纲要开发。笔者在选择微型实验时尽量考虑到实验能与高考知识相结合，使学生有兴趣学，并收获成果。但是还是在实施中遇到如下困难:(1)学生学习方式的改变是一个长期渐进的过程。长期的机械式照方配药的实验教学模式使学生自主学习，自动探索方面的训练较少，更何况预习报告和实验报告的意识，所以自助式实验教学模式，刚开始实施起来确实有些困难，需要指导教师有耐心和包容心，多与学生学法指导和实验操作的指导，让学生由被动实验循序渐进地过渡到自主实验。(2)常规学习的压力使学生没有较多的时间投入到《微型化学实验》课程中。由于课程的内容或多或少涉