初中化学教学中开展微型化学实验的实践探讨

张守艳

(江苏省扬州市邗江区实验学校,江苏 扬州 225100)

微型化学实验是近些年来国内外迅速发展起来的一种化学实验新方法,它强调的是把教材中的常规实验从原理、装置和方法上进行重新设计,使实验简单化、生活化、微型化.化学实验的微型化实践能够有效发展学生的环保意识、资源意识、安全意识、创新意识,推动新课程标准的落实.基于此,在初中化学课程指导中,教师可以从以下几个方面着手展开微型化学实验实践.

1 创设多元情境,激发学生实验动机

1.1 依托现实生活,创设微型实验情境

化学与现实生活密切相关,从生活中挖掘教育资源来创设微型实验情境,可以有效激发学生的实验兴趣,实现学生知识经验的迁移,也可以强化学生对生活中化学的认识.例如,在学习“水”这部分内容时,教师从水污染讲到了水的净化,并依托社会生活中自来水厂净化水的过程来创设情境,让学生思考生活用水的来源.在课堂上中,教师利用微型装置开展“静置沉淀、过滤和吸附一体化实验”,即将整个实验装置柱状连接在一起,使净化水的过程紧密衔接,增补活性炭的吸附实验,使学生真实感受到自来水的净化过程.这样不仅节约了实验操作时间,也突出了实验现象,让学生对生活中自来水的净化过程形成更加深刻的认识.再如,在学习了“二氧化碳”相关知识后,为了引导学生检验二氧化碳,教师利用可乐这一生活中常见的碳酸饮料来设计微型实验,让学生检验碳酸分解、验证二氧化碳可以使石灰水变浑浊这一性质.这样的微型实验操作简单、过程简易,可以让学生认识到化学来源于生活、认识到平常生活中随处可见的物品也可以用于实验,也能够调动学生自主设计生活化微型实验的动机.

1.2 结合常规实验,创设微型实验情境

初中化学教材中包含多项实验,教师组织学生走进实验室,利用常规器材完成实验操作则可以有效探究化学现象、提升化学素养.当然,这些常规实验也存在一定的改进空间,尤其是在实验室条件有限的情况下,组织学生展开微型实验则是教学创新的必然选择.基于此,在初中化学微型实验开展中,教师可以利用常规化学实验构建情境,引导学生理解其中的基本原理以及实验目的,然后利用生活中常见的器材设计微型实验,以更加便捷有效的方式观察实验现象、探索化学规律.例如,在“二氧化碳制取及能与水反应性质检验”的实验教学中,教师基于常规实验的资料构建情境,激发学生制取二氧化碳的动机,然后利用生活常见的器材(10 mL注射器、50 mL小塑料盒、两个亚克力塑料盒,输液管、小苏打、白醋等)展开微型实验,促使学生观察实验现象,完成二氧化碳的制取.在这一微型实验中,教师一方面联系常规实验引入主题,激发学生实验兴趣;另一方面利用生活中常见材料引导探索,提高了学生对化学实验本质的认识.

1.3 利用媒体资源,创设微型实验情境

当前,在信息技术与课程教学深度融合的背景下,教师利用媒体资源为学生创设微型实验情境,强化学生体验,提高实验效果.例如,在“粉尘爆炸”的实验教学中,教师通过分析教材发现这一实验不易操作,主要原因是装置气密性不好,爆炸威力不大,而且用蜡烛点燃盖子的时候很容易因氧气提前耗尽而使实验失败,同时课堂上展开这一实验也存在一定的危险性.针对此,为了提高实验成功率,教师对这一实验进行微型化改造:用密封性好的大号水杯作为实验器具,解决装置的漏气问题;把蜡烛点火改为用防风点火器在外面控制在里面点火,有效防止因蜡烛燃烧耗尽了氧气,使实验失败.这个实验流程十分简约,操作者只需要盖上水杯、点火、鼓入空气就可以观察到爆炸现象[1],同时控制了实验过程的危险性.

2 引导方案设计,锻炼学生实验能力

2.1 利用实验任务引导学生探究方案

相较于常规化学实验,微型化学实验的过程更加简约,而引导学生利用微型实验器材来设计方案是启发其逻辑思维,培养其科学精神的重要环节.在初中化学教学指导中,教师可以在提供微型实验器材、明确实验原理和实验目的的基础上,引导学生通过独立思考、合作讨论完成对实验方案的设计.例如,在上述“二氧化碳制取及能与水反应性质检验”的实验中,教师为学生提供了生活化的微型实验器材,结合常规实验讲述了其中反应原理和想要达到的实验目的,然后安排合作学习任务,引导学生尝试设计实验方案.通过学生的讨论以及教师的点拨完善,最终明确了实验方案的主要内容,形成了清晰的实验步骤:(1)在50 mL小塑料盒里放置一药匙的小苏打固体,在1号亚克力塑料盒内放置适量饱和小苏打溶液,在2号亚克力塑料盒内一侧放置一小块干燥的紫色石蕊试纸,一侧放置一小块湿润的紫色石蕊试纸;(2)先在蒸发皿上向紫色石蕊试纸上滴加一滴白醋,紫色石蕊试纸变红,证明酸性溶液能使紫色石蕊试纸变红;(3)用注射器取10 mL白醋,缓缓注入小塑料盒中,观察实验现象;(4)湿润的紫色石蕊试纸变红,而干燥的紫色石蕊试纸不变色,证明二氧化碳能与水反应生成酸性物质.这样的实验方案极大简化了实验步骤,并且效果非常明显,学生在微型实验中的参与度也得到了提升,有效锻炼了他们的实验能力.

2.2 利用参考资料促使学生完善方案

在开展微型化学实验过程中,部分学生由于认知能力限制、实验经验不足等难以设计出合理可行的实验方案.针对此,教师应给予有效指导,为学生提供参考资料、搭建学习“支架”,进而逐渐理清微型实验思路,提高设计实验方案的能力.例如,在“铁与硫酸铜溶液反应”的微型实验中,教师考虑到传统实验中现象不明显、实验耗材较多等问题,自主设置了微型实验装置.在实验指导中,为了提高学生的教学参与度,教师将实验设计方案的任务交给学生,并出示一份实验方案模板.模板格式主要包括化学实验标题、实验流程图、所需药品试剂和仪器、实验过程控制手段以及实验记录表等信息.学生根据模板提示,认真观察教师提供的微型实验设备以及相关材料,进而通过合作填写模板中的内容,完成了对实验方案的设计[2].在学生填写模板的基础上教师进行纠正、完善,并指导学生利用微型装置展开实验,提升了自主实验能力.

3 提供有效支持,促使学生实验探究

3.1 提供实验器材,引导学生高效实验

在微型化学实验中,教师可以通过提供实验器材给予学生充分支持,以保证实验教学高效展开.例如,在常规条件下展开“测定空气中氧气含量”这一实验需要用到较为复杂的实验装置,且装置的漏气可能较大,操作繁琐,燃烧的红磷点燃后伸入集气瓶中,过程中有白烟污染空气,同时加热了瓶内空气,导致实验产生误差.针对此,教师对实验进行微型化设计,并将学生分组,为每组提供锥形瓶、烧杯、60 mL注射器、镊子、铜片、橡胶塞、白磷、滤纸、热水、冷水等器材,要求学生通过集思广益自主完成操作.丰富的器材为各组学生创造了实验探究的条件,教师在课堂巡视中对各组学生及时点拨,提高学生对实验器材用途的认识,确保学生既能够规范操作,也能够创新思考,进而完成实验要求.

3.2 营造环境氛围,促使学生深入实验

微型化学实验的设计与实施对于初中生而言具有一定的挑战性,所以,在教学指导中,教师不仅要从实验器材等物质条件上给予支持,还应该营造良好的学习氛围,从情感上激励支持学生,促使实验探究的不断深化.例如,在微型实验指导中,教师可以利用探究性问题进行引入,引导学生从“实验仪器与药品”“实验方法与操作”“实验记录与分析”等角度进行探索,基于学生方面也给予创新思考的空间,让学生能够自主表达实验设计的想法;对于演示性实验,教师可以利用短视频、图片等加以展现,图文互补,使学习多些生动、少些枯燥,以营造宽愉悦的课堂氛围,激发学生的阅读和学习兴趣,帮助学生快速、准确地掌握实验方法和要领[3].此外,教师还应给予学生体会与交流的机会,引导学生积极地投入到学习活动中,给学生提供更多的思维空间,主动构建新知识、深化实验认识,提高实验探究效果.

4 加强过程控制,提高学生实验效果

4.1 重视细节指导,保证实验效果

在微型化学实验指导中,教师要提醒学生重视细节,避免疏漏,以保证实验的最终效果.例如,在上述“测定空气中氧气含量”的微型实验指导中,教师基于各个步骤进行指导,引导学生抓住每一个细节,保证实验最终效果.在实验开始,教师要求学生在60 mL注射器底部放一圆形铜片,铜片上放足量的白磷,抽入50 mL空气,针头插入橡胶塞堵住注射器管口.在这一步骤中教师提示“白磷有毒,不得用手接触”“注射器未完全冷却不要打开”,并记录相关数据,让学生在安全环境下展开实验.接下来,教师指导学生将注射器放入锥形瓶内的热水中,观察并记录白磷燃烧情况和活塞运动情况,以形成推理证据.最后,在白磷燃烧完毕后,教师指导学生从热水中取出注射器放入室温下的水中冷却,继续观察活塞运动情况,并记录活塞停留位置.通过细节指导,学生认真观察了每一个步骤中的实验现象、记录了实验数据,不仅高效完成了实验,也获得了科学可靠的推论.

4.2 强调参与过程,促进学生发展

微型化学实验既有利于学生在课堂上进行操作,也有利于学生自主展开家庭实验探索.因此,在化学教学指导中,教师应重视学生的实验参与,关注学生的实验探索过程,为学生安排课内外实验任务,鼓励学生自主设计微型实验,进而培养学生的实验探究能力、动手能力.同时,教师基于学生的实验参与还应加强过程控制,鼓励他们化身为化学家,结合课本知识,理论联系实际,纷纷着手寻找身边的材料,体验实验设计与实施的过程,在微型实验中获得全面发展.

5 结束语

总之,初中化学教学中开展微型化学实验的实践,对于促进学生学科核心素养发展、落实新课程标准要求有着重要意义.上文结合初中化学实验的相关内容对如何在有效开展微型实验提出了几点建议,为相关研究提供了参考,但是其中依然存在诸多不足.所以,在后续教学研究中,教育工作者应根据课程标准深入探索,从实验背景、反应机理、材料应用、前人实验不足之处、制备流程和设计创新点及优势等方面探索设计更多科学可行的微型实验,并有序引入教学中来,优化教学实践,提升化学教学质量.