淺談化學實驗的設計

阮菊杰

新課標的設置由過去單純地以認知為目標轉變為重知識和技能、過程與方法、情感態度與價值觀3個方面,這就要求鍛煉和培養學生動手和創新能力。化學是一門以實驗為基礎的科學,諸多的化學理論或者結論是在實驗的基礎上得出的。加強實驗設計的探究不僅能加強學生的實驗操作技能,更能促進學生領會實驗設計思路,養成自主探究、創新的意識和習慣,形成和提高創造能力,增長知識積累和豐富直接經驗。

1 化學實驗設計的意義

化學實驗設計是指實驗者在實施化學實驗之前,根據一定的化學實驗目的和要求,運用有關的化學知識和技能,對實驗的儀器、裝置、步驟和方法在頭腦中所進行的一種規劃和設想。

化學是一門以實驗為基礎的科學,根據化學實驗具有其特殊的魅力,能生動、直觀、形象地揭示化學變化的規律。化學實驗設計在教學中具有重要意義,它可以激發學生的化學學習興趣。學生根據自己所學的化學知識,獨立或在教師的啟發下設計出各種實驗方案,成功地解決化學實驗問題,從而獲得成功后的喜悅,激發起更大的學習熱情,成為進一步學習的強勁動力。其次,設計化學實驗方案需要學生靈活地和創造性地運用所學的化學基礎知識和基本技能,因而可以培養他們解決化學實驗問題的能力和創造能力。同時,進行化學實驗設計還需要學生掌握各種科學方法,具有嚴肅認真、一絲不茍和敢于創新的精神,因而有利于學生科學方法的訓練和科學態度的培養。

2 化學實驗設計的類型

根據實驗在化學教學認識過程中的作用來劃分,化學實驗設計主要有以下3種類型。

2.1 啟發性(或探索性)實驗設計由于這類實驗是在課堂教學中配合其他化學知識的教授來進行的,多是采取邊講邊實驗或演示實驗的形式。因此,在設計這類實驗時,要做到效果明顯、易操作、時間短、安全可靠。

2.2 驗證性實驗設計由于這類實驗的目的主要是驗證化學假說和理論,又多是采取學生實驗課或邊講邊實驗的形式,因此在設計這類實驗時,除了上述要求外,還要注意說服力要強。

2.3 運用性實驗設計這類實驗的目的是綜合運用所學的化學知識和技能,解決一些化學實驗習題或實驗問題,因此,在引導學生進行實驗設計時,要注意靈活性和綜合性,盡可能設計多種方案,并加以比較,進而進行優選。從課內課外的角度來分,運用性實驗設計又包括課內的實驗習題設計和課外的生產、生活小實驗設計。

3 化學實驗設計應遵循的基本原則

3.1 科學性原則科學性是化學實驗設計的首要原則。所謂科學性是指實驗原理、實驗操作程序和方法,必須與化學理論知識和化學實驗方法論相一致。例如Na2S和Na2SO4的鑒別,在試劑的選擇上就不宜選用硝酸等具有氧化性的酸;在操作程序的設計上,應先溶解、取少量,然后加試劑,而不能溶解后就加入試劑。

3.2 可行性原則可行性是指設計化學實驗時所運用的實驗原理在實施時切實可行,所選用的化學實驗藥品、儀器、設備和方法在中學的條件下能夠得到滿足。例如NaCl、Na2SO4的鑒別,有的學生常選用AgNO3作試劑,認為AgCl難溶、Ag2SO4微溶,從而把二者加以區分。事實上,這種方法所依據的原理在實施時是不可行的。因為AgNO3很不穩定,很易分解成難溶的氧化銀。

3.3 安全性原則安全性是指實驗設計時應盡量避免使用有毒藥品和具有一定危險性的實驗操作,如必須使用,應在所設計的化學實驗方案中詳細寫明注意事項,以防止造成環境污染和人身傷害。

3.4 簡約性原則簡約性是指要盡可能采用簡單的實驗裝置,用較少的實驗步驟和實驗藥品,在較短的時間內來完成實驗。例如AgNO3、NaBr、HCl和Na2CO34種溶液的鑒別。有的學生采用常規的組合實驗方案,列出4種平行實驗,共計12個操作步驟;有的學生運用分析推理,只用6個操作步驟就完成鑒別。相比之下,后一種設計簡短實驗程序,減少藥品用量和工作量,在較短的時間內完成鑒別,符合簡約性原則。

3.5 環保性原則目前環境污染比較嚴重,因此在設計實驗時應注意考慮這一點,設計尾氣處理裝置。

3.6 創新性原則鼓勵學生自己設計一些探索性實驗,通過實驗來有所發現、有所發明、有所創造、有所收獲。

4 化學實驗設計的發展方向

4.1在基本儀器使用中求創新任何一個化學儀器都有其特殊用途,但并非是唯一用途,在教學過程中不應把它講死,應讓學生知道有什么用途,還有什么用途,即讓學生在儀器使用上進行創新。因此在設計實驗時可選擇性比較大。

4.2 在選擇儀器上求創新可以在廢棄的物品中選擇重新利用,比如礦泉水瓶?？梢怨膭顚W生設計微型實驗,比如使用廢棄的輸液管。

遵循以上原則和方法,對學生設計的實驗方案,要多加肯定和表揚,只要無科學性和安全性問題,即可按學生設計的方案去準備和實驗,讓學生享受成功的喜悅,不斷激發學生的創新欲望,讓他們盡可能發揮自己的潛能,獲得更大的發展。

(作者單位:河南省開封市鐵路中學)