以探究教学理念为导向的初中化学对比实验设计

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  江慧

  【概要】探究式实验是实施化学探究教学的重要内容;本文主要阐述初中化学对比探究实验设计的原则和步骤。

  【主题词】初中化学对比探究实验实验设计原则步骤

  在新课改的推动下,探究教学的理念在初中化学教学中得到了较好的实施,将这一理念运用到对比实验中,强调首先要设计好实验方案;其次,组织实验观察活动,做好实验记录;然后细致分析实验中产生现象的差异性,引导学生探寻产生这些差异的原因,通过推理形成某种结论,发现或应证某些化学规律。这种实验教学方法,能够较好地培养学生动手操作能力,使学生形成良好的学习方法和习惯。

  一、对比探究实验设计的原则

  1.全面分析原则。

  对于制约实验现象的因素或变量,要进行较为全面的分析。这是对比实验能否成立的关键。比如探究中和反应是否放热时,采用氢氧化钠固体和稀盐酸反应时,温度升高的原因既可能是氢氧化钠固体溶解于水时放热,也可能是氢氧化钠和盐酸反应放热,或是两者的协同作用。

  2.有效对比原则。

  设计对比实验方案时,要注意设置实验现象差异性的产生,实验的目的要对这种差异有所针对,有所突出;否则,对比实验很可能就变成无效对比了。比如用分别向稀盐酸和蒸馏水滴加紫色石蕊的方法来证明是溶液中的H+使紫色石蕊变红的猜想就是无效对比。简单分析我们就可以发现,这个实验方案的设计明显忽视了Cl-的存在,针对性不强。再例如“用无色酚酞试液来区分氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液”,若仅从“溶液的颜色变化”这一项目进行对比,由于两种溶液都呈碱性,都能使无色酚酞试液变红色,所以这项对比是无效对比。

  3.科学设计原则。

  化学对比实验目的在设计时要明晰,采用的相关原理要具有科学性,实验的材料和实验方法的选择,都要经得起科学的推敲,实验结果的预期,要有科学的依据,要建立在充分的事实基础上。科学设计的原则,具有两个方面的涵义指向:首先,实验设计不要出现知识性的错误;其次,要用科学方法、科学思想来指导实验设计。

  4.单一变量原则。

  一般的实验,自变量、因变量之间的关系都是很负责的,“单一变量原则”可以使实验中的复杂关系更趋简单,使实验结果更精确。在实验的过程中,要尽量避免不相关变量的干扰。例如,“探究温度对食盐在水中溶解速率的影响”的对比实验中,温度是单一变量,而加入的食盐的量、水的量、食盐颗粒大小、是否搅拌等应控制成相同条件(常量),否则的话,这些因素的差异将成为无关变量,对实验结果及其结果的分析产生严重的干扰。在处理实验组和参照组的对比时,一定要保证一项条件——需要验证的条件即实验变量的不同,除此之外,其他条件要保证相同。

  5.实验简便原则。

  初中化学是启蒙阶段,学生刚刚接触化学,如果实验过于复杂的话,学生做起来就会手忙脚乱,不一定能完成实验。在进行对比实验的设计时,教师要充分考虑实验材料是学生能够容易找到的,实验装置易于操作,实验的药品价格不是很贵,实验的步骤、环节比较少,实验的时长能够为学生接受。设计一个理想的对比实验,要充分考虑科学性、简捷性和创新性的统一,不仅要让学生能更好地掌握化学知识,还必须能够发展学生的实验操作技能,培养学生科学的思想,让学生了解科学的过程,掌握科学的方法。

  二、对比探究实验设计的步骤

  初中化学对比实验的设计,应该以学生的最终发展,以实验教学过程的最优化为目的,在进行对比实验教学之前,要针对学生的实际状况和认知水平,根据课程标准的要求和教材的内容,规范地进行设计。设计的实验步骤要条理清晰,一般来说,大致分为以下四步:

  第一步:对实验的对象,要进行明确的分组,分为实验组和参照组,并进行编号。此时要注意出来实验对象的数量,个体的数量一定要保持相同。

  第二步:对实验组和参照组要进行不同的处理,在基本的实验条件、环境保持一致的条件下,进行比照的实验条件或者实验变量,一定要保持相同。

  第三步:将实验组和参照组置于相同的环境和条件之下,使无关的变量均严格保持一致,以免产生其他额外的变量,确保实验的准确性和可靠性。

  第四步:观察记录实验现象与结果。

  以上介绍的仅仅是一般实验步骤常用设计模式,我们知道,化学实验是一个动态的、开放性的过程,不同的实验目的、内容,可能有不同的实验步骤和方法。比如,在有些实验,第一步与第二步的顺序应该调换;有的实验中第一个步骤可以省去……但是,不管怎样变化,实验设计都要遵循基本的原则,实验程序要清晰,要进行最优化的处理。

  三、对比探究实验的比照及问题解决

  初中化学探究性对比实验的设计,最重要的一个方面是实验的比照。一般来说,可以设计成空白对比、自身对比和相互对比,通过这几种比照,来充分证明实验变量对实验结果的影响和作用。

  空白对比:这种对比要求参照组不做任何的实验处理。因此,它能够清晰比照和衬托出实验组的变化和结果,具有很强的实证性和说服力。例如在做高温煅烧石灰石的实验中,将未煅烧的石灰石浸入滴有酚酞的蒸馏水中作为空白实验,将煅烧后的石灰石浸入滴有酚酞的蒸馏水中作为实验组。

  相互对比:这种对比要求不专门设置另外的参照组,只在几个实验组之间相互进行比照。在等组实验方法中,如果不设置空白对照,大多数实验都是用相互比照的。它能够很好地平衡、冲抵无关变量的影响,使最后的实验结果具有较强的说服力。比如,比较金属镁、铁、锌的活动性顺序等。

  自身对比:这种对比仅仅在同意对象上进行,不需要设置任何参照组。它方法简便,易于操作。这种比照关键是要看清实验对象处理前后变化的差异,我们可以视实验前对象的状况即为参照组,实验后的对象变化为实验组。例如中和反应前后温度变化的对比。

  在具体的实验中,有些实验围绕实验目的,可能需要进行多种比照。比如,为证明二氧化碳与水反应生成一种酸,可以设计以下的比照。

  1.将足量二氧化碳通入20mL蒸馏水中;

  2.将紫色石蕊试液滴入20mL稀盐酸中5滴;

  3.在实验1中滴入紫色石蕊试液5滴;

  4.在20mL蒸馏水中滴入紫色石蕊试液5滴。

  实验4就是一个空白实验,实验2和3进行了相互对比,实验2、3、4对蒸馏水和紫色石蕊试液的量进行了严格控制,防止无关变量带来影响。

  在实验操作过程中,学生要运用观察和比较的方法,把参照组和实验组的不同结果分类比较,通过比较来确定比照因素对事物性质和变化的影响。我们说的对比实验,其实就是运用差异法来求证事物变化的前后因果关系。比照组和实验组的细微差异,只有用细致的目光,入微地观察才可能发觉出来。用自己的眼光去观察,用自己的思想去分析,去推理,这也是探究性实验的要求,符合新课程探究教学理念。

  一次对比实验的结果,往往就是一个因果关系,在教学过程中,我们不能只做对比实验,而置其他于不顾;还需要对实验出来的结果进行概括归纳、猜想推理,甚至通过想象从一个结果推出一个新的结论,这就可以引导学生运用对比实验去解决一些问题。

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