《化学反应原理》实验教学形式优化处理的探索

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  化学实验承载着重要的教学、教育功能,课堂中的化学实验教学形式应与教学内容相得益彰,达到最佳的教学效果。(1)将教材中出现的实验进行教学形式的列表分类;(2)结合学生和教学实际,校准优化实验教学形式;(3)借助个案研究,通过课例比较,选择最优的实验教学形式。采用上述的流程优化处理实验教学形式,使化学实验教学形式的选择基于理性思考,避免随意性,最大程度为教学服务。
  《化学反应原理》实验教学形式优化处理化学是一门以实验为基础的学科,课堂教学中总以实验为辅助手段帮助学生掌握化学事实,认识化学原理,获得化学知识和实验技能,同时力图通过实验培养学生的观察能力、创新能力以及科学探究能力。化学实验承载着如此重要的教学、教育功能,使笔者常常思考课堂中的化学实验教学应该采用怎样的表现形式?化学实验教学形式是否与教学内容协调?两者是否相得益彰,达到了最佳的教学效果?
  虽然我们已经认识到实验在整个教学过程中的重要作用,认识到合适的实验教学形式能保证化学实验的功能和价值得以充分发挥和体现,但实际的化学课堂教学中却常常缺乏对实验和教学内容关系的分析和理性思考,实验教学形式的选择和运用呈现出很大的随意性。
  一、问题产生的原因
  1.教材方面
  苏教版化学教材的实验设置体现为“活动与探究”和“观察与思考”两个栏目,教材没有严格区分学生实验和教师实验。有关新课程的培训在教材的编写理念和各栏目功能的说明中指出,教材中实验型的“观察与思考”栏目相当于原教材中的演示实验,而实验型的“活动与探究”则相当于学生实验。教材如此编写,其本意是有利于教师在教学中根据学校的实验条件、学生的实际水平和教学的具体情境进行灵活处理,然而由于两个栏目在功能上存在混淆、实验设计上存在一些结构性问题,导致按照教材提供的实验形式进行教学实际难以达到良好的教学效果。首先,“观察与思考”栏目中的实验,除了一小部分由于侧重实验操作的示范性、学生观察能力的培养,更适合采用演示实验的教学形式之外,大部分实验完全可以采用随堂实验的形式。其次,“活动与探究”与学生实验不可等同视之。活动探究以掌握探究方法、培养探究能力为目的,包含问题提出、方案设计、交流讨论等环节,实验只是探究过程中的一个环节,而且探究活动以问题解决为教学主线;而学生实验重在巩固所学的知识,培养学实验技能,以实验操作为主要教学内容。
  2.教师方面
  教师的年龄、个性、知识水平、专业能力等个体因素制约、影响了教师对实验教学形式的选择。一方面,由于受传统教学模式的影响以及对实验功能认识的局限性,一些教师自己讲实验、画实验,要求学生听实验、背实验,根本谈不上实验教学形式的选择和优化;另一方面,受到新课程倡导科学探究的激励,一些教师没有对教学内容作合理分析,将所有实验“一刀切”均改为探究性的实验教学,造成教学效果差强人意、教学时间拖延的状况。
  3.评价方面
  随着新课程的开展与推进,教学评价的角度逐渐从“怎么教”转变为“怎么学”,着重关注师生互动对话、自主合作探究等新的学习方式的使用以及学生活动充分与否。这样的评价体系之下,课堂教学中实验活动确实得以充分开展,学生独立操作实验机会大大提高,然而在实验教学“学什么”与“怎么学”,即实验教学内容与形式是否协调的问题上,却很少有人作理性的思考和辨析。
  二、优化处理实验教学形式的具体方法
  优化处理实验教学形式的操作流程为:第一,将《化学反应原理》中出现的实验按照“观察与思考”——演示实验,“活动与探究”——学生实验的对应关系进行分类;第二,结合学生实际和教学实际,按照演示实验、学生实验、随堂实验、家庭实验四种类型,校准优化列表中的实验教学形式;第三,借助个案研究,通过课例比较,对比同一实验采用不同教学形式后的效果,不断调整,选择最优的实验教学形式。
  1.整理《化学反应原理》教材中的实验,将其分类,初步确定实验的教学形式
  2.结合学生实际和教学实际,按照演示实验、学生实验、随堂实验、家庭实验四种类型,优化校准列表中的实验教学形式
  实际教学中,根据四类实验教学类型的特点,根据学生的认知水平和教师的实践经验,优化校准实验教学的具体形式。
  (1)演示实验
  演示实验是由教师在课堂上结合教学内容进行的实验。它不仅能紧扣课堂教学环节,启迪学生的思维,促进学生对知识的理解和掌握,而且能充分发挥教师在实验教学中的示范作用,培养学生对实验操作的精确性和规范化的认识。
  有效的演示实验教学,应当具有以下特征:①所用时间恰当,实验成功率高;②实验现象明显,最大限度地满足学生的感知需要;③渗透实验思想和实验方法的培养。
  例如,用重铬酸钾研究浓度变化对化学平衡的影响、用氯化钴研究温度变化对化学平衡的影响的实验,原本可以作为随堂实验,学生边学边做边思考。然而考虑到重铬酸钾、氯化钴均为重金属盐,毒性较大,如果作为学生实验,试剂用量大,实验废液处理存在较大困难,所以将这两个实验改为演示实验,既不影响实验现象观察又减少了实验污染。
  (2)学生实验
  学生实验是指学生分组实验,即在教师指导下,学生利用一定的仪器设备和材料亲自动手,独立操作的实验。它着重培养学生实验操作、数据分析、归纳总结能力,同时又是培养实事求是、严肃认真的科学态度的一种途径。
  有效的学生实验教学具有的主要特征是:学生最大程度地参与实验,并在知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观方面有不同程度的收获。
  酸碱中和滴定操作是学生在高中阶段必须掌握的实验技能,该实验在教师演示的基础上必然需要同时开设学生实验。同时通过对实验数据的处理和误差分析,引导学生会发现实验中存在的问题,并思考和解决这些问题。又如有气体生成的化学反应,反应速率的测定一般有两种方式,一是测定一定时间内产生气体的体积,一是测定生成一定体积的气体所需要的时间。将测定盐酸与CaCO3反应速率这一实验确定为学生实验,可以让学生掌握这种定量实验的方法并学习用图表形式处理实验数据。
  (3)随堂实验
  随堂实验就是边讲边实验,随着教学过程的展开,学生在教师的组织引导下通过分组实验清楚观察到实验现象,了解、认识化学事实或者通过实验亲自发现问题、获得结论。随堂实验这一形式可以与新课程倡导的探究实验相结合,既可以让学生体验探究新知的经历和获得新知的感受,又可以培养学生的科学探究方法及科学素养。
  例如,“原电池工作原理”的教学,可以通过在教师引导下的一系列原电池随堂实验而展开学生的认识过程:实验①:用铜、锌电极与硫酸铜溶液组成原电池,请学生正确判定电极;实验②:请学生设计用铁与氯化铜溶液组成原电池;实验③组成有盐桥的铜、锌原电池,观察能量变化。经过对原电池实验的探究、观察和分析,使学生理解掌握原电池的工作原理,并在积极的情感体验中获得知识和科学方法。
  (4)家庭实验
  因为化学实验具有生动、直观,有趣的特点,所以学生往往不满足于课堂上“观察”实验和有限地做实验,他们更有兴趣自己操作、探究。因此,适当开展一些家庭小实验,可以调动学生学习的积极性,并培养他们的创造性。但是家庭实验必须没有危险性,并教育学生主动避免危险。
  例如,“铁的电化学腐蚀”实验,由于实验的进行需要一定时间,很难改为随堂实验,教学中往往被教师处理为演示实验。该实验所需试剂都是家庭中常见物品,而且没有危险性。为弥补课堂上演示实验可观察性较弱的缺陷,可以另将该实验作为家庭实验布置给学生。教师引导学生沿着实验目的——用品——步骤——现象的思路设计实验方案、实施实验,并在完成实验后组织学生进行交流。
  3.借助个案研究,通过课例比较,对比同一实验采用不同教学形式后的效果,不断调整,选择最优的实验教学形式
  比较是认识事物、评价事物、鉴别事物的重要方法,因此对于特定的化学实验究竟采取哪一种实验教学形式,还是需要通过比较的方法,借助课例对比研究,体验同一实验采用不同教学形式后的教学效果,从而不断调整优化,选择合适的实验教学形式。
  一次参加市化学教研活动,两位教师都以《金属的腐蚀与防护》进行教学。该单元中有一个“活动与探究”—铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀,现以此为例比较采用的实验教学形式是否适合。
  【课例1】
  在讲解金属腐蚀的概念、种类以及化学腐蚀、电化学腐蚀的概念后,教师将学生分成四人一组,进行铁的析氢腐蚀与吸氧腐蚀的实验。学生按照教师的引导,分别用稀醋酸、氯化钠溶液润湿试管,然后在两支试管中加入铁粉、炭粉混合物,最后组装仪器。由于铁的腐蚀需要一定的时间,在仪器组装完成后,教师要求学生将两组仪器放置于试管架上,然后进行析氢腐蚀、吸氧腐蚀电极反应及电极式的书写教学。十分钟后,教师指导学生观察两组仪器中的实验现象,通过实验现象验证两种腐蚀过程中两电极发生的化学变化。
  【课例2】
  教师首先复习了原电池的构成条件,然后教师将铁粉、炭粉混合物与稀醋酸、氯化钠溶液润湿的试管组装完成,请学生判断是否可以构成原电池。待学生发表完看法,认为在稀醋酸中可以构成原电池后,教师请学生写出电极反应式和总反应方程式,紧接着教师引出了金属腐蚀的概念、种类以及化学腐蚀、电化学腐蚀的概念。这时教师将两组仪器在教室中进行展示,引导学生通过实验现象验证稀醋酸试管中的电极反应,并思考、总结氯化钠溶液润湿的试管中可能发生的反应,随后进行吸氧腐蚀的教学。
  本实验操作简单,无危险,无污染,现象明显,符合学生动手实验的条件。教材上对该实验的教学形式所给的建议也是“活动与探究”,即学生实验。
  课例1采用了随堂实验的教学形式,看起来整个过程中学生亲自动手组装仪器,比较清楚地观察到实验现象,最大程度地参与了实验,课堂气氛也比较活跃。然而由于该实验自身存在一个无法克服的问题——完成实验需要的时间较长,因此在组装仪器之后,教师只能继续进行析氢腐蚀、吸氧腐蚀的知识教学,然后才指导学生通过观察实验现象验证析氢腐蚀、吸氧腐蚀的存在与区别,硬生生地将一个探究性实验变成了验证性实验,极大地削弱了该实验的引导教育功能。另外,课堂上,学生由于好奇心,在教学过程中不断地观察、摆弄放在试管架上的仪器,注意力分散,影响了课堂气氛和教学效果。
  课例2没有采用教材的建议,使用了演示实验这一实验教学形式。虽然这样的改变降低了学生在化学实验中的参与度,但其优势在于一方面通过复习巩固,巧妙地在开始上课不久就引入了实验,为教学的连贯与流畅赢得了时间;另一方面,根据教学实践经验,学生对稀醋酸条件下的析氢腐蚀认知度很高,但对于氯化钠溶液条件下的吸氧腐蚀的知识掌握则明显存在困难。而该课例一开始就对在氯化钠溶液条件下能否发生原电池反应设疑,激发学生思维,随后通过实验现象让学生发现、理解吸氧腐蚀的存在以及发生的化学反应。即便采用演示实验,课例2也极大地激发了学生的学习兴趣,使学生体验到科学研究的乐趣。
  通过这两个课例的比较可以看到,化学实验采用的教学形式没有优劣之分,关键是教学形式要符合实验的内容、特点,并为整节课的教学服务。通过对鲜活生动的课堂实践进行理性思考——“课例比较”,可以不断修正调整,最终得到与实验教学相适合的最优的教学形式。
  三、关于优化实验教学形式的思考
  优化实验教学形式既要适合教学内容、契合实验特点,又要同时要符合学生的实际。同时也要能激发了学生学习的兴趣,增强了探索、创新的动机,培养学生的观察和思维能力。在本校开展的科技周《制作原电池》比赛中,学生们自己查找资料、设计装置,最后不仅在比赛中获得了优秀的成绩,还体验到自主学习的乐趣。然而优化实验教学形式的实践过程中遇到一些问题,需要在今后不断思考、实践和总结。
  1.实验采取哪一种教学形式,存在两种或多种可能性
  实验教学所采用的教学形式虽然要立足课程标准、适合教学内容和实验内容、切合学生的实际,然而在具体教学实践中,经过优化处理后,同一个实验仍然存在多种教学形式。例如,《化学反应原理》中的实验“不同催化剂对过氧化氢分解速率的影响”,同时也是《实验化学》中的一个对比研究性实验。如果将两本教材的教学进行统筹考虑,可以在《化学反应原理》的教学中将该实验作为演示实验,同时安排学生实验,使学生既能获取感性认识,了解不同催化剂对反应速率的影响,又能掌握对比性实验方案的设计。
  2.实验教学形式的优化处理要建立在整个高中化学教学的基础上
  本文是以《化学反应原理》教材为研究对象,探索实验教学形式的优化处理。然而高中化学教材中知识的学习是呈螺旋型上升的,不同的教材中会出现相同或类似的实验,因此可以将这些实验通过研究对比,分别采用不同的实验教学形式,多方法、多角度地加以呈现。
  3.探究式教学中实验教学形式的选择有待进一步研究
  探究式教学是进行科学教育的有效途径,也是一种重要的教学方式,其本质是要使学生的学习基于他们的直接经验并发展他们好奇求知的天性,其目的是帮助学生学习科学知识、掌握科学方法以及真正理解科学的本质。实验是科学探究的基本方式,是探究式教学的重要环节和内容,目前探究式教学中的实验教学基本都采用随堂实验的形式。随堂实验是探究式教学中实验教学形式的唯一选择吗?其余三种实验教学形式与探究式教学具有怎样的关系?本文主要研究在一般教学方法中实验教学形式的优化处理,而探究式教学是以问题和科学活动过程为基础的,可以融合多种学习及教学方式。因此探究式教学中实验教学形式的优化处理还需进一步摸索和研究。
  参考文献:
  [1]刘知新.化学教学论.高等教育出版社.2004,6.
  [2]杨帆,张凤桂.苏教版新课标高中化学实验教材中“活动与探究”的几点思考.
  [3]化学反应原理.江苏教育出版社,2009,7.
  
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