微型實驗背景下初中化學(xué)教學(xué)實踐

陳 瑤

(江蘇省南通田家炳中學(xué),江蘇 南通 226000)

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

1 打造實驗數(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)識到信息技術(shù)對化學(xué)微型實驗展開的重要作用,積極利用數(shù)字科技資源開展“試錯性”實驗教學(xué),借助虛擬仿真實驗室的應(yīng)用平臺,為學(xué)生打造一片數(shù)字實驗生態(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)生對微型實驗的興趣.

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

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

2 鏈接實驗應(yīng)用實例,調(diào)動主體興趣

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.對于學(xué)生來說,微型實驗的開展需要鏈接具體的實用案例,教師要不斷尋求微型實驗的開展與實際應(yīng)用之間的契合點,調(diào)動實驗主體的興趣,讓學(xué)生在實際應(yīng)用中不斷鞏固知識,以此輔助強(qiáng)化自身的化學(xué)實驗綜合素養(yǎng).

例如,對于“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),除了書本上實驗提及的內(nèi)容,教師還需要鼓勵學(xué)生從實際生活出發(fā),自主開發(fā)一些有趣的微型化學(xué)實驗.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,立即就會顯示出紅色的字跡.這時候?qū)W生們就會疑惑:“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?”這時候教師可以將紙張放在通風(fēng)口處,待溶液蒸發(fā)后,就會發(fā)現(xiàn)紙張上的紅字又會變成無色的狀態(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)計一個類似的“火術(shù)”.這時候?qū)W生就會嘗試用稀淀粉在白紙上寫字,當(dāng)紙干后就會發(fā)現(xiàn)在紙上字跡消失.這時候?qū)W生如果用碘水或者是碘和碘化鉀的水溶液涂抹,就會顯出藍(lán)色的字跡,將其放在火焰上方烘烤后,會發(fā)現(xiàn)藍(lán)色的字體又再次褪去,而這個實驗方法對比下來,也可以反復(fù)使用若干次.正是在此微型實驗的助力之下,學(xué)生從實際應(yīng)用的角度出發(fā),以更加積極主動的態(tài)度投入到化學(xué)微型實驗當(dāng)中,增加主體積極性的同時,讓其勇于闡述個人的實驗思路、實驗原理以及實驗結(jié)論,以此不斷提升個人的實驗應(yīng)用能力.

因此,對于學(xué)生來說,微型實驗的教學(xué)融入為學(xué)生實驗的研究探索提供了一個實踐性的平臺.在教師微型實驗的逐步引領(lǐng)下,學(xué)生不斷提升實驗興趣,不斷挖掘化學(xué)知識運用的可能性,學(xué)以致用,發(fā)展綜合性能力.

3 助力實驗結(jié)構(gòu)優(yōu)化,鍛煉創(chuàng)新思維

微型實驗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,通過實驗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,在微型實驗的情境中去思考、去操作、去尋找實驗創(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”的實驗教學(xué)中,為了證明“氯酸鉀加熱可產(chǎn)生氧氣,同時二氧化錳的存在對其化學(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”等潛在危險性.綜上所述,教師可以從“微型化實驗”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)實驗步驟,優(yōu)化實驗結(jié)構(gòu).對于“微型實驗”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、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上,將試管用酒精燈加熱.一段時間后,將帶有火星的木條伸入三支試管內(nèi).此時會發(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)加熱一段時間,再次將帶有火星的木條放入剩下的兩支試管中,此時只裝有氯酸鉀的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.通過這個微型實驗的設(shè)計,舍去傳統(tǒng)實驗方法中的“排水法”,學(xué)生通過“小木條是否復(fù)燃”的這一實驗現(xiàn)象,結(jié)合“元素”的分析,以及化學(xué)常識也能夠得出“氯酸鉀加熱完全熔化后會產(chǎn)生氧氣,只不過化學(xué)反應(yīng)的時間過長,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,微型實驗的設(shè)備儀器更加簡單,同時實驗操作的步驟也更加便捷,通過實驗結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也能夠提高學(xué)生實驗成功的可能性,讓每個學(xué)生都能夠參與到微型實驗的設(shè)計當(dāng)中,加深對實驗的理解.

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

4 秉承綠色實驗,發(fā)展核心素養(yǎng)

對于初中化學(xué)實驗的教學(xué)展開來說,“綠色”是微型實驗的重中之重.教師要注意在化學(xué)的日常教學(xué)中借助“微型實驗”這一實驗教學(xué)方式,將綠色的化學(xué)思維融入到化學(xué)微型性的實驗當(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”的實驗教學(xué)中,教師就可以設(shè)計一個“銅與硝酸的反應(yīng)”微型化學(xué)實驗,來向?qū)W生滲透“綠色環(huán)保”的實驗理念,不斷推動微型實驗朝著規(guī)范化、綠色化方向發(fā)展.從微型實驗的實驗用具來說,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,合理縮減在微型實驗當(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)實驗開始之前,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,可能會產(chǎn)生什么物質(zhì)呢?會有什么危害呢?在師生共同努力的初步分析后,學(xué)生會了解到在此次化學(xué)微型實驗中可能會產(chǎn)生的二氧化氮、一氧化氮等含有氮的氧化物,此實驗副產(chǎn)物具有較強(qiáng)的毒性,對于環(huán)境保護(hù)會構(gòu)成巨大的威脅,而這時候就需要教師引導(dǎo)學(xué)生對微型實驗的操作步驟進(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)生明白此時的紅棕色氣體就是有毒的含氮氧化物,而現(xiàn)在微型實驗的展開學(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).在實驗的最后,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),將實驗過后注射器中所剩下的實驗“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.通過此次微型實驗的設(shè)計,教師從“實驗用具選擇、實驗原料用量、實驗步驟優(yōu)化、實驗廢物處理”等多個方面向?qū)W生普及有關(guān)微型實驗展開的“綠色”知識,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,微型實驗是有效滲透綠色化學(xué)思維的基本載體[3].在微型化的實驗教學(xué)中,除了實驗實踐能力的培養(yǎng),初中教師還要有意識地滲透情感教育,借助微型化的實驗器材,以及適量縮減的實驗材料,加上后期實驗產(chǎn)物的處理方法,為學(xué)生提供一個“綠色環(huán)保思維”的過程性學(xué)習(xí)機(jī)遇.借助“微型實驗”的設(shè)定,不斷培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識和綠色思維,提高資源的利用率.