定量分析,让定性实验更具说服力

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  初中化学教学中,实验是最常用、最重要的手段。化学实验有定性和定量之分,其中定性实验是初中化学实验的主流。在日常教学中,教师常常是根据教材上的安排,按部就班地实施实验教学,这就使得很多定性实验当中所进行的也只是定性分析。事实上,如果对定性实验进行必要的定量分析,不仅可以让实验更具说服力,还可以提升学生对实验的认识,从而客观上起到提高学生化学素养的作用。
  定性实验背后的定量关系
  定性实验与定量实验并不是截然分开的,尤其是在初中化学教学内容当中,很多实验由于教学目的实现或者教学需要等原因,没有设计成定量实验,但这并不意味着其后没有定量关系,而在实际教学中发掘这样的定量关系,不但有利于教师拓展对实验的认识,也有助于让学生对实验的本质有更深刻认识。
  在人教版初中化学上册教材的“二氧化碳和一氧化碳”一节内容中,为了明确二氧化碳的性质,教材设计了一个二氧化碳密度比空气大的实验,实验的具体操作,就是将二氧化碳气体倒入装有高低不同两支蜡烛的大烧杯中,结果看到火焰低的那支蜡烛先熄灭。学生利用二氧化碳不能燃烧的性质,可以推理出将二氧化碳倒入烧杯中时是由下向上“涨”的,这说明二氧化碳的密度要比空气大。这样的实验直观有趣,因而很容易得到学生的喜欢与认可。
  笔者关注的是,作为比较二氧化碳气体与空气的密度,其实还有定量的思路。最直观的比如说直接向学生提供两种气体的密度值,那一比较就可以得出结论。那么为什么几乎没有教材或者课堂是这么做的呢?笔者设计的实验是:将一带盖的集气瓶置于天平左盘(为了实验精确,此处可用物理天平,用电子天平也可以),然后调节天平平衡,此时可以读出总的示数(具体数值后面有用),此时瓶内其实装满了空气;然后及向上排空气法收集满满一瓶二氧化碳,同样置于原来已经调平的天平之上,这个时候学生看到的现象是左盘下降。这样的直观现象立马证明了二氧化碳的密度较空气大。而此时如果重新调平天平,并且测出此时二氧化碳与瓶子总的质量,则可以将此实验演化成一个好的计算类题目,且可求出二氧化碳的密度值(前提是给出空气密度值)。事实上,此题原本就是实验的延伸,是定性实验向定量实验延伸。
  定量分析的定性实验教学
  确定了定性实验向定量实验转变的教学思路之后,在具体教学实践中如何实施,也是考验化学教师的一件事情。显然,定性实验全部转化为定量实验是不现实也没有必要的,因此只有选择一些具有代表性的实验,推动其由定性向定量转化,同时推动学生的思维由形象向抽象转化,就可以实现更大程度上提高定性实验的说服力,且可以让学生对实验的认识更加深刻。
  同样在“二氧化碳和一氧化碳”一节的教学中,教材给出了二氧化碳溶于水的定性实验,实验是向一个收集满二氧化碳的质地较软的塑料瓶中加入水,控制好水的体积为容积的三分之一,装入后立即旋紧瓶盖,振荡。通过看到瓶子变扁的现象,来推理得出二氧化碳溶入了水中的结论。这个实验仔细琢磨的话,实际上是有逻辑上的困难的。这个实验可作这样的改进:第一,给出相关的知识,排除二氧化碳与水反应的可能(太简单了,不赘述);第二,确定给出的是纯水,这个可以通过化学手段来实现。更重要的是,在此基础上,可以将此实验改成一个基于数据的对比实验。笔者基于同行的设计,提出这样的建议:选择容量为30毫升的玻璃注射器,吸入三分之一的二氧化碳气体之后,用橡皮帽封住端口;然后吸入三分之一的刚冷却的开水,振荡。然后平放注射器,可以看到活塞被向里吸入一定的距离(具体测定);反之,对注射器用手捂,或者用加热器辐射加热(不可直接加热),则会看到活塞由原刻度处被向外“推”。此对比实验中,“吸”与“推”都是定性的现象,而所给出的刻度值则是具体的数值,比较这些数值,可以让学生认识到两种互逆的过程中,二氧化碳分别溶入了水中或从水中出来,确定了此过程中并无化学反应,完全只是二氧化碳气体溶于水的特性。
  这种定量实验的好处还在于,可以给学生培养一种精确认识化学实验的习惯,知道实验不仅需要关注现象,还需要关注现象背后的量的变化。而从量的角度来认识实验,则可以让学生获得一种寻求化学反应规律意识,要知道化学规律的诞生,无一不是实验从定性走向定量的结果。让学生早日形成这种意识,极有好处。
  定性实验定量分析的思维基础
  在初中化学教学中,将某些定性实验定量化,需要重视此过程中学生的思维。从教师的角度来讲,就是要分析此过程中需要的思维基础。
  实际上,从定性走向定量,需要的是学生思维的广泛性、精细性和深刻性。广泛性意味着学生在实验的过程中,不再是关注实验现象,相应的则意味着教师不只是关注现象的明显与否,更需要从量的角度关注现象的产生原因与具体细节。而这又与精细性密切相关,也就是说在实验中,思维需要加工的是实验中量的差别及其背后的原因。而有了这些思维基础,实验的深刻性也就向学生敞开了大门,无论是从化学史的角度来看,还是从实际情形来看,让学生建立从量的角度认识化学学习对象中的物理或化学变化,都是必须的意识,都需要努力成为思维的对象以及必要行为。
  (作者单位:江苏省如皋市吴窑镇初级中学)
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