鄭灷 潘紅
【摘要】實驗是化學(xué)的靈魂,實驗的創(chuàng)新和改進(jìn)不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,也能最大程度地增強(qiáng)教學(xué)效果。本文從原實驗不足、改進(jìn)方法、應(yīng)用實例與創(chuàng)新特色四方面介紹了基于對比實驗的創(chuàng)新設(shè)計——多功能試管夾。
【關(guān)鍵詞】對比實驗;實驗創(chuàng)新;化學(xué)學(xué)科;核心素養(yǎng)
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。實驗教學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中占據(jù)舉足輕重的地位,是落實學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實踐基礎(chǔ)。同時,化學(xué)學(xué)科吸引學(xué)生的無窮“魅力”就體現(xiàn)在“千變?nèi)f化”的化學(xué)實驗現(xiàn)象及隱藏其背后的化學(xué)反應(yīng)原理。
作為中學(xué)化學(xué)教師,我們“都知道中學(xué)化學(xué)實驗在中學(xué)化學(xué)教學(xué)和中學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)形成方面的重要地位與作用,以及中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)的不可替代性”。筆者通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)行人教版高中化學(xué)教材中,對比實驗在高中化學(xué)實驗中占據(jù)較大比例,但是其常規(guī)的演示操作存在一定的不足。本文將從原實驗不足、改進(jìn)方法、應(yīng)用實例與創(chuàng)新特色等四個方面向大家介紹一種基于對比實驗的創(chuàng)新設(shè)計——多功能試管夾的自制教具及在高中化學(xué)對比實驗中的廣泛應(yīng)用。
一、原實驗不足
1.操作難度大
常規(guī)的對比演示實驗對教師的要求其實不低,教師不僅手要足夠大到能同時拿得了多支試管,還要注意面對學(xué)生演示時的操作規(guī)范。除了徒手夾持多支試管不穩(wěn)固之外,在對比實驗過程中教師穩(wěn)定地同時振蕩所有試管也有一定的難度,客觀上也給演示實驗帶來一定的危險性。
2.教學(xué)效果差
常規(guī)的對比演示實驗并不能達(dá)到良好的教學(xué)效果。為了使實驗現(xiàn)象更加明顯,教師會使用白色背景板,因此,課堂上就會出現(xiàn)教師一手夾持多支試管,另一只手拿著背景板,從而無法實現(xiàn)準(zhǔn)確指明對應(yīng)試管的一幕。此外,單純靠語言“標(biāo)定”左右兩側(cè)也會因為教師與學(xué)生方向不同而使學(xué)生產(chǎn)生混亂。有些教師還會通過在試管上部貼上標(biāo)簽,試圖幫助學(xué)生“精準(zhǔn)定位”所指試管,但是這樣做的弊端也很突出:一方面,試管是曲面,標(biāo)簽的文字容量比較小;另一方面,在操作過程中為了讓學(xué)生看清試管中的現(xiàn)象,教師都會夾持試管的上方以保持穩(wěn)固,而標(biāo)簽又會被教師的手擋住,形同虛設(shè),學(xué)生自然很難將對比因素與試管一一對應(yīng)起來。
二、改進(jìn)方法
基于以上對常規(guī)演示實驗的不足分析,多功能試管夾的制作思路便逐漸清晰。
1.安全性改進(jìn)
多功能試管夾利用在泡沫塑料上打孔,以及該材料對試管的摩擦力可以實現(xiàn)對多支試管的有效固定,此外,在試管上部再加裝橡皮筋,可以使試管的固定得到加強(qiáng)。不僅如此,由于試管夾中孔與孔之間的距離是參照試管架對應(yīng)的位置而定的,因此,多功能試管夾的取用和放置也既方便又安全。
2.教學(xué)效果改進(jìn)
利用小木條和紙板制作的標(biāo)簽固定在多功能試管夾的后部,在對比實驗中教師能真正實現(xiàn)實驗多個試管“標(biāo)簽化”區(qū)分,學(xué)生自然能一目了然。除此之外,多功能試管夾還能實現(xiàn)穩(wěn)定地同步振蕩多支試管的操作,而“多余”的孔位也能靈活根據(jù)實驗要求,進(jìn)行試管或者其它設(shè)備的加裝,實現(xiàn)實驗教學(xué)多功能化。
三、應(yīng)用實例
例如,針對不同分散系中是否存在丁達(dá)爾效應(yīng)的對比實驗,多功能試管夾上可以加裝側(cè)板和激光筆。
1.溶液、膠體與濁液同時被激光照射對比實驗
關(guān)于丁達(dá)爾效應(yīng),教材中的實驗只是簡單對比了分別用激光照射Fe(OH)3膠體和CuSO4溶液的現(xiàn)象,但利用多功能試管夾可以實現(xiàn)溶液、膠體與濁液同時被激光照射之后的比較。側(cè)板的作用在于讓學(xué)生清楚觀察激光是否可以透過不同的分散系。
2.溶液、膠體與濁液中分散質(zhì)粒子大小比較實驗
在《膠體》這一節(jié)中,很多學(xué)生沒有辦法對三種分散系的本質(zhì)區(qū)別——分散質(zhì)粒子直徑大小不同有深刻的理解。這時,教師可以利用多功能試管夾,讓學(xué)生對比光線“同時”及“分別”通過3種不同分散系的現(xiàn)象,從而解釋3種不同分散系中分散質(zhì)粒子的大小,將“宏觀辨識與微觀探析”結(jié)合起來,讓微觀世界具象化。
3.教材中CuSO4溶液對實驗效果的影響探究
教材中所用的溶液為CuSO4溶液,而大部分教師用的激光筆都是紅色,藍(lán)色溶液對紅色激光有一定的吸收作用。教師可以利用多功能試管夾引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行溶液顏色對實驗效果影響的探究實驗,這樣不僅能加強(qiáng)化學(xué)與物理學(xué)科之間的聯(lián)系,還能讓學(xué)生辯證地看待實驗方案并提出改進(jìn)方案,滲透對學(xué)生獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神的培養(yǎng)。
4.不同種類膠體對實驗效果的影響探究
教材中只采用了膠粒帶正電的Fe(OH)3膠體做實驗,但教師也可以利用多功能試管夾對比不同種類的膠體(如AgI膠體)對實驗效果的影響,豐富學(xué)生對膠體種類的認(rèn)識。
四、創(chuàng)新特色
1.廢物再利用,綠色化學(xué)觀
多功能試管夾的主要材料是廢泡沫與廢紙板。對廢棄物的充分利用不僅能使學(xué)生認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)和資源合理利用的重要性,也能培養(yǎng)其可持續(xù)發(fā)展的意識、綠色化學(xué)的觀念和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。
2.可塑性強(qiáng),可推廣性強(qiáng)
由于多功能試管夾用的是泡沫材料,所以可塑性強(qiáng),孔的數(shù)目與間距盡在教師的掌握之中。教師可以通過改變標(biāo)簽貼紙的文字內(nèi)容讓實驗更有針對性,可以根據(jù)場地的不同更換背景板顏色以達(dá)到良好的教學(xué)效果,也可以根據(jù)實驗要求的不同對多功能試管夾進(jìn)行加裝與拆卸。
制作多功能試管夾的其它材料也易得,都是實驗室常見的物品,比如檢驗氧氣的小木條,固定激光筆的鋁絲等。其制作過程也很簡單,關(guān)鍵是本身質(zhì)量很輕,因此攜帶也很便捷。
3.可微型化,開發(fā)學(xué)生分組實驗
該器材可以實現(xiàn)微型化,并推廣到學(xué)生分組實驗中。這樣一來,不僅可以使學(xué)生在展示實驗成果時保持思路清晰,還可以優(yōu)化教學(xué)效果。通過推廣到學(xué)生實驗中,也適應(yīng)了當(dāng)前重視實驗教學(xué)的教育環(huán)境。
4.適用實驗范圍廣
據(jù)初步統(tǒng)計,多功能試管夾可以應(yīng)用于高中教材的18個對比實驗中,如下表1所示。
五、反思
在實際教學(xué)中采用多功能試管夾雖然能在很大程度上優(yōu)化教學(xué)效果,但是在演示過程中滴加液體時可能會因為視線被標(biāo)簽擋住而使操作者對不準(zhǔn)試管口,從而導(dǎo)致試劑污染泡沫材料的情況,因此制作時要粘貼具有防水作用的貼紙對泡沫進(jìn)行保護(hù)。
在多次的試驗當(dāng)中,筆者發(fā)現(xiàn)并不是所有的泡沫材料都適合用于制作多功能試管夾,一般家用電器的泡沫材料比較硬,而且采用具有三角結(jié)構(gòu)的泡沫會使多功能試管夾的穩(wěn)固性更好。如果是為了長期使用,可以利用亞克力材料進(jìn)行制作。
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中明確提出了化學(xué)課程的基本理念:開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。廣大中學(xué)化學(xué)教師要充分認(rèn)識化學(xué)實驗的獨(dú)特價值,通過改進(jìn)實驗操作或設(shè)計創(chuàng)新實驗教具,從而使實驗教學(xué)時刻保持活力與生機(jī),增強(qiáng)學(xué)生科學(xué)探究的興趣,從而更好地發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的作用。
參考文獻(xiàn):
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