微型實(shí)驗(yàn)背景下初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐

陳 瑤

(江蘇省南通田家炳中學(xué),江蘇 南通 226000)

教師通過微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)優(yōu)化,為學(xué)生提供微型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,以及所需適量的化學(xué)試劑,在弘揚(yáng)“綠色化學(xué)”實(shí)驗(yàn)觀念的同時(shí),也讓學(xué)生在自主的實(shí)驗(yàn)探究中不斷完善個(gè)人的知識(shí)網(wǎng)絡(luò),不斷強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和思維創(chuàng)新能力.教師從實(shí)驗(yàn)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)原則等多角度出發(fā),探討微型實(shí)驗(yàn)融入課堂教學(xué)的可能性,以此增強(qiáng)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的成效,推動(dòng)學(xué)生的綜合發(fā)展.

1 打造實(shí)驗(yàn)數(shù)字生態(tài),拓寬教學(xué)容量

隨著信息化進(jìn)程的逐漸推進(jìn),教師要認(rèn)識(shí)到信息技術(shù)對(duì)化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)展開的重要作用,積極利用數(shù)字科技資源開展“試錯(cuò)性”實(shí)驗(yàn)教學(xué),借助虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用平臺(tái),為學(xué)生打造一片數(shù)字實(shí)驗(yàn)生態(tài),在數(shù)字科技的助力之下,多途徑拓展教學(xué)容量,吸引學(xué)生對(duì)微型實(shí)驗(yàn)的興趣.

例如,在人教版初中化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第二單元有關(guān)“高錳酸鉀加熱制取氧氣”的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中,教師可以從該實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)定出發(fā),將虛擬仿真技術(shù)引入化學(xué)學(xué)科的教學(xué)中來,讓學(xué)生在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室[1]中通過微型仿真實(shí)驗(yàn)的不斷模擬試錯(cuò),以此來幫助學(xué)生不斷熟悉實(shí)驗(yàn)器材以及實(shí)驗(yàn)過程,提高學(xué)生微型實(shí)驗(yàn)的合格率.在“高錳酸鉀加熱制取氧氣”這一實(shí)驗(yàn)中,存在著很多諸如“實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、實(shí)驗(yàn)步驟錯(cuò)誤導(dǎo)致試管炸裂”等多種易失誤的可能性.而這時(shí)候教師就可以將數(shù)字資源引進(jìn)教學(xué)當(dāng)中,運(yùn)用“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”這數(shù)字一平臺(tái),讓學(xué)生先通過網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的試錯(cuò)來不斷熟悉實(shí)驗(yàn)開展的流程.在自行開展微型實(shí)驗(yàn)之前,教師可以先讓學(xué)生觀看演示視頻,然后將實(shí)驗(yàn)步驟教給學(xué)生,隨后鼓勵(lì)其利用“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”這一空間技術(shù)嘗試還原實(shí)驗(yàn).在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)字技術(shù)的助力之下,學(xué)生借助“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”自主模仿進(jìn)行實(shí)驗(yàn),微型實(shí)驗(yàn)中會(huì)發(fā)生“試管破裂”“高錳酸鉀粉末堵住導(dǎo)管口,實(shí)驗(yàn)難以進(jìn)行”“氧氣收集的純度不夠”等一系列的實(shí)驗(yàn)失誤.這時(shí)候,教師針對(duì)學(xué)生微型實(shí)驗(yàn)?zāi)M中所出現(xiàn)的一系列問題一一進(jìn)行解答,學(xué)生就會(huì)以一種更加深刻的印象理解“加熱時(shí)試管口略向下傾斜”“試管口加塞一小塊棉花”“氣泡連續(xù)冒出再收集”等實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的重要性.“細(xì)節(jié)決定成敗”,正是“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”中學(xué)生勇于“試錯(cuò)”的親身體驗(yàn),才能夠提高學(xué)生對(duì)微型實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的注意,成功率也會(huì)大大增加.

教師要看到數(shù)字資源背后“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室”的成立對(duì)學(xué)生微型實(shí)驗(yàn)展開的便利性.把握好數(shù)字技術(shù)的兼容性與擴(kuò)展性的優(yōu)勢(shì)所在,將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中,不斷拓展教學(xué)容量,讓學(xué)生在“試錯(cuò)”的實(shí)踐中,從多角度了解微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的細(xì)節(jié),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度,以及大膽創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?

2 鏈接實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)例,調(diào)動(dòng)主體興趣

化學(xué)來源于生活,最終還是要服務(wù)于生活、應(yīng)用于生活.對(duì)于學(xué)生來說,微型實(shí)驗(yàn)的開展需要鏈接具體的實(shí)用案例,教師要不斷尋求微型實(shí)驗(yàn)的開展與實(shí)際應(yīng)用之間的契合點(diǎn),調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)主體的興趣,讓學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中不斷鞏固知識(shí),以此輔助強(qiáng)化自身的化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合素養(yǎng).

例如,對(duì)于“酚酞遇氨水變紅色;淀粉遇碘變成藍(lán)色”化學(xué)原理的教學(xué),除了書本上實(shí)驗(yàn)提及的內(nèi)容,教師還需要鼓勵(lì)學(xué)生從實(shí)際生活出發(fā),自主開發(fā)一些有趣的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn).教師可以以“如果我想給小明同學(xué)寫一封只有他能夠看得到的密函我應(yīng)該怎么做呢?”進(jìn)行提問,讓學(xué)生從“密信”這一角度出發(fā),一起考慮“無字天書”的制作.首先,教師可以根據(jù)“酚酞遇氨水變紅色”的化學(xué)原理,先取出一張白紙,用酚酞試劑將“密函”的內(nèi)容寫下來,晾干后放在盛有濃氨水的試劑瓶口熏,立即就會(huì)顯示出紅色的字跡.這時(shí)候?qū)W生們就會(huì)疑惑:“有沒有什么辦法能夠讓‘密函’繼續(xù)變成無字的隱形形態(tài)呢?”這時(shí)候教師可以將紙張放在通風(fēng)口處,待溶液蒸發(fā)后,就會(huì)發(fā)現(xiàn)紙張上的紅字又會(huì)變成無色的狀態(tài),以此可以反復(fù)若干次.教師可以向?qū)W生介紹,此乃密函的“水遁”,讓學(xué)生試著從“淀粉遇碘變藍(lán)色”的化學(xué)原理角度出發(fā),設(shè)計(jì)一個(gè)類似的“火術(shù)”.這時(shí)候?qū)W生就會(huì)嘗試用稀淀粉在白紙上寫字,當(dāng)紙干后就會(huì)發(fā)現(xiàn)在紙上字跡消失.這時(shí)候?qū)W生如果用碘水或者是碘和碘化鉀的水溶液涂抹,就會(huì)顯出藍(lán)色的字跡,將其放在火焰上方烘烤后,會(huì)發(fā)現(xiàn)藍(lán)色的字體又再次褪去,而這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法對(duì)比下來,也可以反復(fù)使用若干次.正是在此微型實(shí)驗(yàn)的助力之下,學(xué)生從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā),以更加積極主動(dòng)的態(tài)度投入到化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,增加主體積極性的同時(shí),讓其勇于闡述個(gè)人的實(shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)原理以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論,以此不斷提升個(gè)人的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用能力.

因此,對(duì)于學(xué)生來說,微型實(shí)驗(yàn)的教學(xué)融入為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的研究探索提供了一個(gè)實(shí)踐性的平臺(tái).在教師微型實(shí)驗(yàn)的逐步引領(lǐng)下,學(xué)生不斷提升實(shí)驗(yàn)興趣,不斷挖掘化學(xué)知識(shí)運(yùn)用的可能性,學(xué)以致用,發(fā)展綜合性能力.

3 助力實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,鍛煉創(chuàng)新思維

微型實(shí)驗(yàn)的開展并不能僅局限于化學(xué)原料的減量和機(jī)械使用的縮微,而是要在微型化的這一條件下,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,在微型實(shí)驗(yàn)的情境中去思考、去操作、去尋找實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的可能性,以盡可能少的試劑去獲取較多的化學(xué)信息,不斷培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維.

例如,在“二氧化錳與氯酸鉀制取氧氣”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,為了證明“氯酸鉀加熱可產(chǎn)生氧氣,同時(shí)二氧化錳的存在對(duì)其化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生具有加速作用”的這一化學(xué)結(jié)論,教師要知道對(duì)于“排水法”這一傳統(tǒng)的氧氣收集方法,存在“裝置氣密性檢查”步驟的繁瑣性,以及“壓強(qiáng)不均導(dǎo)致導(dǎo)管處冷水回流引起炸裂”等潛在危險(xiǎn)性.綜上所述,教師可以從“微型化實(shí)驗(yàn)”的角度出發(fā),考慮到所產(chǎn)生氣體為氧氣這種無毒氣體,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)步驟,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu).對(duì)于“微型實(shí)驗(yàn)”的開展,教師先行讓學(xué)生準(zhǔn)備好微型酒精燈、微型鐵架臺(tái)、微型試管、火柴、木條、二氧化錳、氯酸鉀等一系列的配套化學(xué)設(shè)施,并引導(dǎo)學(xué)生在三支試管中依次加入少量氯酸鉀、二氧化錳以及兩者混合物,依次標(biāo)記為A、B、C三支試管,然后將三支試管固定在鐵架臺(tái)上,將試管用酒精燈加熱.一段時(shí)間后,將帶有火星的木條伸入三支試管內(nèi).此時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)第三支試管內(nèi)的小木條先行復(fù)燃,說明該試管內(nèi)的氯酸鉀發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)最快.接著,繼續(xù)加熱一段時(shí)間,再次將帶有火星的木條放入剩下的兩支試管中,此時(shí)只裝有氯酸鉀的A試管內(nèi)的小木條也成功復(fù)燃了.繼續(xù)加熱還沒有反應(yīng)的B試管,一段時(shí)間后,觀察帶有火星的木條是否復(fù)燃,若沒有則停止加熱.通過這個(gè)微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),舍去傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法中的“排水法”,學(xué)生通過“小木條是否復(fù)燃”的這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,結(jié)合“元素”的分析,以及化學(xué)常識(shí)也能夠得出“氯酸鉀加熱完全熔化后會(huì)產(chǎn)生氧氣,只不過化學(xué)反應(yīng)的時(shí)間過長,而二氧化錳的存在能夠加速反應(yīng)的發(fā)生,此處的二氧化錳充當(dāng)催化劑的作用”這一化學(xué)結(jié)論.由此可見,微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)備儀器更加簡單,同時(shí)實(shí)驗(yàn)操作的步驟也更加便捷,通過實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也能夠提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)成功的可能性,讓每個(gè)學(xué)生都能夠參與到微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)當(dāng)中,加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解.

因此,教師要看到微型實(shí)驗(yàn)背后裝置簡單、操作便捷、成本較低效果明顯等特征優(yōu)勢(shì)[2],將傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與微型實(shí)驗(yàn)教學(xué)有機(jī)融合起來,為學(xué)生打造一個(gè)更為高效化的實(shí)驗(yàn)課堂,以此提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新思維.

4 秉承綠色實(shí)驗(yàn),發(fā)展核心素養(yǎng)

對(duì)于初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)展開來說,“綠色”是微型實(shí)驗(yàn)的重中之重.教師要注意在化學(xué)的日常教學(xué)中借助“微型實(shí)驗(yàn)”這一實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式,將綠色的化學(xué)思維融入到化學(xué)微型性的實(shí)驗(yàn)當(dāng)中,進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生保護(hù)資源、愛護(hù)環(huán)境的綠色思維.

例如,在“金屬材料的性能及應(yīng)用”的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,教師就可以設(shè)計(jì)一個(gè)“銅與硝酸的反應(yīng)”微型化學(xué)實(shí)驗(yàn),來向?qū)W生滲透“綠色環(huán)保”的實(shí)驗(yàn)理念,不斷推動(dòng)微型實(shí)驗(yàn)朝著規(guī)范化、綠色化方向發(fā)展.從微型實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)用具來說,教師可以用一次性的注射器作為替代,根據(jù)化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的原材料比例,在保證反應(yīng)能夠發(fā)生的前提之下,合理縮減在微型實(shí)驗(yàn)當(dāng)中銅片與濃硝酸之間用量比例.為了達(dá)到資源循環(huán)利用的最大化,最后封口的瓶塞也可以選用大小相同可以適配的膠塞.在微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)開始之前,教師可以和學(xué)生從元素守恒的化學(xué)角度出發(fā),一起探討兩者發(fā)生反應(yīng)時(shí),可能會(huì)產(chǎn)生什么物質(zhì)呢?會(huì)有什么危害呢?在師生共同努力的初步分析后,學(xué)生會(huì)了解到在此次化學(xué)微型實(shí)驗(yàn)中可能會(huì)產(chǎn)生的二氧化氮、一氧化氮等含有氮的氧化物,此實(shí)驗(yàn)副產(chǎn)物具有較強(qiáng)的毒性,對(duì)于環(huán)境保護(hù)會(huì)構(gòu)成巨大的威脅,而這時(shí)候就需要教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)微型實(shí)驗(yàn)的操作步驟進(jìn)行進(jìn)一步地改進(jìn). 當(dāng)注射器里面銅片與硝酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng),并產(chǎn)生紅棕色氣體后,教師要讓學(xué)生明白此時(shí)的紅棕色氣體就是有毒的含氮氧化物,而現(xiàn)在微型實(shí)驗(yàn)的展開學(xué)生除了觀察銅與硝酸反應(yīng)的化學(xué)現(xiàn)象,為了從環(huán)境保護(hù)以及人身安全的角度出發(fā),學(xué)生還要思考如何消除這些紅色氣體.這時(shí)候教師就可以取下膠塞,隨后吸入1 mL的水,再次封口,然后取下瓶塞加入空氣,繼續(xù)觀察稀釋后的硝酸與銅之間的反應(yīng).在實(shí)驗(yàn)的最后,為了將注射器中NO、NO2的危害降到最小化,教師可以引導(dǎo)學(xué)生把握住NO、NO2能與NaOH發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì),將實(shí)驗(yàn)過后注射器中所剩下的實(shí)驗(yàn)“廢水”一同注入NaOH溶液當(dāng)中,以此消除NO、NO2有毒氧化物的影響.通過此次微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),教師從“實(shí)驗(yàn)用具選擇、實(shí)驗(yàn)原料用量、實(shí)驗(yàn)步驟優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)廢物處理”等多個(gè)方面向?qū)W生普及有關(guān)微型實(shí)驗(yàn)展開的“綠色”知識(shí),不斷培養(yǎng)學(xué)生的保護(hù)環(huán)境的“綠色”思維,以此發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng).

因此,微型實(shí)驗(yàn)是有效滲透綠色化學(xué)思維的基本載體[3].在微型化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,除了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力的培養(yǎng),初中教師還要有意識(shí)地滲透情感教育,借助微型化的實(shí)驗(yàn)器材,以及適量縮減的實(shí)驗(yàn)材料,加上后期實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的處理方法,為學(xué)生提供一個(gè)“綠色環(huán)保思維”的過程性學(xué)習(xí)機(jī)遇.借助“微型實(shí)驗(yàn)”的設(shè)定,不斷培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和綠色思維,提高資源的利用率.