高中化學實驗分析與制備對學生綜合素養的開發

陳偉雄 王換榮 李志方

針對高中化學定性、定量分析和制備等學生實驗，充分讓學生體會到化學的奇、真、美，有效地培養學生的實驗技能和科學素養，強化學生綠色化學理念和環保意識，提高教學質量。

1 分析和制備實驗對培養學生綜合素養的影響

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，絕大部分內容都依賴于化學實驗的展開。在實驗中培養學生發現問題的能力，注重他們的探索能力，在整個過程中培養他們的創新思維。化學實驗最能體現出的是化學的“奇”“真”“美”，實驗中瞬息萬變的現象展示出生動的魅力和豐富的內涵。在高中化學實驗中，分析實驗和制備實驗最能培養學生科學的實驗思維和規范的操作技能，通過優化實驗設計，使學生的實驗能力得到綜合開發和提升。

2 化學實驗的設置與分類更趨生活化

新課程標準化學實驗的改革，一個重要的導向，就是朝著生活化的方向發展。這與先進的教育理念對人才的培養標準是一致的，在新課程標準中，更多的是探究和驗證實驗的現象和結論，并且選取的實驗選材廣泛，設計新穎，貼近生活，將化學變化原理寓于生活實際之中。如果能更好地將這些實驗進行改進，使實驗操作更簡單方便，現象更明顯，就更加能發揮實驗的動機功能，激發學生學習化學的興趣。

2.1 定性分析實驗

比如，學生對生活常識中的“菠菜和豆腐不宜同時食用”的實驗探究。首先通過查閱教材和相關資料得知：1）制作豆腐時要加入石膏（主要成分是CaSO4），使蛋白質膠體聚沉；2）菠菜中含有草酸、草酸鹽等成分；3）草酸是一種能溶于水的弱酸，在人體內如果遇上鈣和鋅便生成草酸鈣和草酸鋅，往往不易被吸收而排出體外，而草酸鈣不溶于水和醋酸，也是結石的主要成分。此時，很順理的提出：“菠菜和豆腐同時食用有可能會產生人體不能吸收的沉淀物。”接著可以設計實驗，如表1所示。

表1

通過實驗得出結論：菠菜和豆腐同食，可以生成不易被人體吸收的草酸鈣，同時影響了人體對鈣的吸收，影響到了人體的健康。那么如何食用菠菜呢？則可以繼續探究，將菠菜放于沸水中煮沸2分鐘，約有80%的草酸溶解到了水中，而其他營養成分基本沒有被破壞。

2.2 定量分析實驗

定量實驗是在定性實驗基礎上研究某些量及某些量間關系而展開的。從高中化學的角度來看，定量實驗可測量主要是固體或氣體的質量、液體或氣體的體積以及反應體系溫度等。

對于氣體質量和氣體體積，一般無法直接用天平和量筒來測定，而要通過間接的方法來實現。1）氣體質量測定主要有兩種方法：一是利用差量法，即通過測定反應體系反應前后質量的差異，確定氣體的質量；一是利用所測氣體的某些性質（如酸堿性或溶解性），采用合適的吸收劑（如濃硫酸、堿石灰）來吸收，通過測量吸收裝置吸收前后質量差，得到氣體的質量。2）對于氣體體積的確定，一般也有兩種方法：一是通過上述方法測其質量，在利用密度或氣體摩爾體積進行換算；二是對于無法采用上述方法確定其質量的氣體，通常采用排水量氣法測量它們的體積，根據排出的水的體積來確定氣體的體積。

定量實驗必須盡可能減小實驗誤差、提高實驗精確度。通常采用的措施包括：1）根據實驗要求和條件精選精度比較高的計量儀器；2）準確規范實驗操作；3）重視測量實驗中的“恒量”操作和重復測量。在重復測量時，要確保兩次量之間的差異符合實驗要求，計算時取兩次以上可測量值之間的平均值；4）注意外界條件的影響等。

2.3 化學制備實驗

制備實驗則是在定性和定量分析實驗基礎上，對化學實驗的一個綜合應用。比如,制備氫氧化亞鐵實驗觀察到的現象：產生的沉淀物只有瞬間的白色，很快就轉變為灰綠色。原因是產生的氫氧化亞鐵不穩定，很快就被進入其中的空氣所氧化而成為紅褐色的氫氧化鐵。該如何制備比較純凈的氫氧化亞鐵？通過實踐，可以通過控制生成的氫氧化亞鐵不與氧氣接觸，則可以保存較長的時間。然后設計實驗，如表2所示。

表2

3 化學實驗作用的不可替代性

3.1 拓寬學生思路，培養探究能力

實驗能改善學生的思維品質，促進學生感知和理解事實材料，積極思維，形成公式、概念，教師應該在實驗過程中積極引導和鼓勵學生，使學生體驗實驗在化學學習中的價值，培養學生良好的實驗技能。

科學的實驗方法是培養學生實驗能力的重要手段，是其他任何方法都不可替代的。結合新課程標準的研究性學習，讓學生自選課題，使學生有機會有效利用學校的實驗室資源，對許多日常生活中的現象進行科學的實驗驗證和分析，并得出有效結論。

例如，對日常生活中香煙燃氣中煙堿和CO成分的定性分析（實驗裝置如圖1所示）通過實驗和探究，充分發揮了學生的主體作用，使學生的化學實驗能力得到有效的培養和提升。

3.2 挖掘教師潛力，提升實驗技能

化學實驗設計是根據實驗內容的目的和要求，運用相關的化學知識和操作技能,對實驗儀器、裝置和方法所進行的一種規劃，并通過實踐達到預期效果的過程。新課程增設了實驗方案設計課，開始在高中階段培養學生的綜合運用化學基本理論和基本實驗技能、獨立分析問題與解決實際問題的能力，目的是將學生從知識的接受型向知識的索取型轉化，同時，也是提高教師實驗操作和實驗設計等業務能力的重要途徑。

3.3 改進實驗過程，彰顯綠色化學

新課程在化學實驗設計中充分體現了綠色化學新理念，實驗中所選用試劑、條件改進、實驗產物對環境的負面影響等都作了規定，要求在高中開設化學實驗設計時，首先要考慮到環境保護因素，做到既能減少化學實驗室對人與環境的污染，又能降低危險事故的發生幾率，減輕學生對操作化學實驗的恐懼感，還要有利于改變社會對化學科學的錯誤認識。

例如，學生對廢棄電池的綜合利用做了一個比較全面的調查和分析，并且通過實驗證明了他們的一些想法。通過日常生活中的一些小實驗和對實驗的改進，使學生更清楚地認識到環境保護需要從小事做起。

總之，化學實驗教學中，通過定性分析認識化學的奇（性質），由定量分析得出化學的真（結構），讓制備實驗完成化學的美（應用），在實驗中既可以讓學生看到科學與生活的密切關系，也使學生學會科學研究物質的一般規律，認識到科學不斷發展的基本規律。通過各類化學實驗，設置一系列的探究活動，既可以有效激發學生的探知興趣，又可以使學生重視探究過程，培養科學實驗能力，提高科學素養。

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