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用实验仪器设计教学主线的创新尝试

作者:第一论文网 更新时间:2015年10月26日 21:04:51

 注射器是师生都十分熟悉的一种用品。笔者以注射器为载体,挖掘和重组了实验教学内容,凸显了注射器在微粒的性质探究、二氧化碳气体的性质检验、制备及空气中氧气含量的测定等几个实验中所发挥出的多种作用。以下是“给力的注射器”这节课的教学灵感、教学过程及教后反思。
  一、教学灵感
  笔者有幸参加了江苏省“十二五”教育科学规划课题“基于课程标准的启蒙化学实验教学的课例开发”(编号D/2013/02/458)以及苏州市“十二五”教育科学规划课题“初中化学主线引领和问题驱动”(编号130402123)两项课题的研究,并围绕课题研究开展了几点思考:如何将教材中的实验巧妙地穿插在课堂教学中?如何将传统的“照方抓药”、模仿重复的实验教学模式改变为探究性的实验教学模式?如何开设一节源于教材又超越教材的实验课?通过思考,我们萌发了从教材实验出发,利用注射器对课本实验进行挖掘、改进、重组的想法,设计出了“给力的注射器”这节教学研究课。
  二、教学过程
  1. 引入课题
  同学们,看看老师今天带来了什么?(注射器)注射器发明于1853年,160多年来它在医学上发挥了至关重要的作用,而在化学实验中注射器同样可以大显身手。同学们能说说注射器能代替化学实验中哪些常见仪器吗?(分液漏斗、滴管、量筒等。)其实我们课本上就出现过注射器的身影,回忆一下。(学生回忆课本中用注射器压缩水和空气的对比实验。)从这个对比实验中我们可以看出:注射器是一种密封的容器(板书:密封的容器)。
  今天,老师就和大家一起来研究注射器在化学实验中的其他作用。
  2. 活动一:二氧化碳的“捕捉”
  [教师提问]蜡烛是常见的生活用品,它在空气中的燃烧产物是什么?如何来检验?
  [学生回答]产物是二氧化碳和水。将一个干冷的小烧杯罩在蜡烛火焰上方,观察到烧杯内壁有水雾产生即说明有水生成;将一个内壁涂有澄清石灰水的烧杯罩在蜡烛火焰上方,澄清石灰水变浑浊即说明有二氧化碳生成。
  [教师设疑]前面我们学习了完全燃烧和不完全燃烧,如果在蜡烛火焰上方罩一个小烧杯,会有什么情况发生呢?
  [学生回答]烧杯底部出现炭黑颗粒,会干扰实验现象。
  [教师引领]如何来改进这个实验,巧妙地“捕捉”到蜡烛燃烧产生的二氧化碳气体呢?
  [PPT展示图片]
  [教师边讲边实验]将抽取好澄清石灰水的注射器放于蜡烛火焰上方,拉动活塞来抽取二氧化碳气体。用橡皮塞封闭注射器,振荡,澄清石灰水变浑浊。这说明我们成功地“捕捉”到了二氧化碳气体(整个实验过程用摄像头放大于屏幕)。
  设计意图:由检验二氧化碳气体的常用方法引发认知冲突,通过对实验方式改进的研究,突显注射器在抽取气样方面的作用。该活动贴近生活,实验现象明显,有效激发了学生的学习兴趣,引发了课堂教学的第一次高潮。
  3. 活动二:二氧化碳的“现身”
  [教师提问]雪碧,作为一种碳酸饮料,它里面溶解有大量的二氧化碳气体,想一想,我们如何在既不振荡,又不加热的情况下,让雪碧中的二氧化碳气体“现身”呢?
  [教师引导]请大家结合实验桌上提供的仪器思考并设计实验。提供实验器材:注射器、具支试管、橡皮塞、橡皮管、铁架台。(学生演示实验并描述实验现象)
  [媒体展示图片]
  [教师提问]二氧化碳成功“现身”了。这是为什么呢?
  [学生思考并回答]拉动活塞,试管内压强减小,使二氧化碳气体在水中的溶解能力降低,从而逸出。
  [教师总结]从这个实验我们得出,注射器是一种可以改变压强的容器(板书:改变压强的容器)。
  设计意图:教材第三章中对二氧化碳气体溶解性影响因素的描述只是一带而过。笔者利用注射器增加了这一探究实验,意在让学生可以直观地观察到气体溶解能力如何受压强的影响而改变。该实验操作简便易行,现象明显,促进了理化学科知识的有效融合。此外,该实验所凸显出的注射器可以改变压强的功能,也为接下来的活动三——装置气密性的检查做了铺垫。
  4. 活动三:二氧化碳的制备
  [过渡]如果我们需要大量的二氧化碳气体,实验室是如何制备的呢?所选用的发生装置是下列哪一个?
  [媒体展示图片]
  [教师引领]在加入药品制备气体之前必须要有关键的一步(检查装置气密性),请一位同学上台来演示如何检查装置B的气密性(学生上台边演示边讲解)。
  [学生讲解]此法的原理是通过往长颈漏斗中加水,使封闭装置中产生压强差,通过水柱的形成及稳定情况来判断装置的气密性。
  [过渡]注射器可以改变压强,我们是不是也可以利用它来检查装置气密性呢?
  (学生上台演示实验,描述实验现象并解释)
  [媒体展示图片]
  [过渡]此发生装置中长颈漏斗可以随时添加药品,但气流速率无法控制。我们可以把长颈漏斗改为分液漏斗、注射器,通过控制液体的流速,控制反应速率,得到平稳的气流。
  [教师设疑]那我们可不可以改进装置来随时控制反应的发生和停止呢?
  [展示实物装置]
  一套微型装置:一个干燥管,下面连接一个注射器,上面连接带有导管的单孔橡皮塞,导管右侧连接橡皮管、弹簧夹。  [教师提问]如何检查这套装置的气密性呢?
  [学生回答]夹紧橡皮管上的弹簧夹,向外拉动注射器活塞,松开活塞,如果注射器活塞自动向内移动,说明气密性良好。
  [教师演示实验]学生认真观察实验现象,描述并解释现象原理:夹紧弹簧夹,产生的二氧化碳气体使容器内压强增大,将稀盐酸压回注射器,使固液分离,反应停止。
  [教师提问]这套微型装置可以用来二氧化锰粉末催化过氧化氢溶液制备氧气吗?
  [学生回答]不能,因为二氧化锰为粉末状固体,达不到固液分离效果。
  [总结]此装置适用于块状固体与液体不加热反应。
  设计意图:气体的实验室制备是教材第三章的重难点,上述教材片段中,对该重难点作了两个处理,一是利用注射器来检查装置气密性;二是利用注射器来控制反应速率和控制反应的发生和停止。在连锁实验中让学生更直观地感受到注射器是一种能够自动或手动改变压强的容器,成为化学实验中的给力仪器。
  5. 活动四:空气中氧气含量的测定
  [过渡]谈到氧气,大家也许会想起一个经典的实验:空气中氧气含量的测定。老师将这个实验进行了改进,并且用上了我们今天的主角——注射器。
  [教师演示实验](实物投影,媒体图片配以定量数据分析)
  [学生思考]①观察实验现象,思考问题:为什么老师用白磷代替红磷。
  ②计算:理论上实验后注射器的刻度值。
  ③思考:与传统实验相比,改进后实验的优点(环保,误差小,注射器刻度现象明显等)。
  ④记录冷却至室温后注射器刻度,计算空气中氧气的体积分数,分析与理论值误差。
  [教师总结]老师利用注射器对课本实验进行了改进,体现了注射器是一种可以度量的容器(板书:度量的容器)。
  设计意图:课本教材实验——空气中氧气含量的测定操作繁琐,误差大,有污染。笔者利用注射器进行了实验的改进,引发学生对课本实验的完善和改进进行深层思考,培养了学生缜密的思维习惯和实验评价能力,提高了学生对化学知识的内化和自主建构能力。
  [小结]这节课我们利用注射器作为密封的容器、度量的容器、可以改变压强的容器,对课本实验进行挖掘、优化、改进,大家觉得注射器给不给力?(给力)(板书:给力的)
  [结语]其实注射器的作用远不止于此,在后续的学习中,我们将会继续关注,也希望同学们能做一个有心之人,留心观察身边物质,拓展化学学习的视野和空间。
  三、教学反思
  1. 教学内容创新
  化学源于生活,应用于生活。实践证明:当学习的材料来自于现实生活,并且为学生所熟知时,他们的学习兴趣就会倍加高涨,化学课堂才会表现出巨大的生命力。教者让学生熟悉的功能多样的注射器进入课堂,以此来引领这节课的学习。学生们积极参与,思维活跃,频频出现精彩的发言。听课专家及同行们也对课堂形式给予了充分的肯定,同时也在实验资源的挖掘和利用方面碰撞出了更多的火花和灵感。所以教师突破陈规,实现教学内容的创新,是打造生命课堂的关键所在。
  2. 实验衔接巧妙
  教学设计初期,考虑到注射器密封、可度量、可改变压强的几个功能,将它应用在有关化学实验中时,曾经出现知识断节,过渡生硬等情况。经过对教材的细致分析,组内专家同行的共同研磨,最终确定了以复习气体的制备及性质检验为主线的课堂结构,从微观到宏观,从定性到定量,巧妙地将微粒知识、气体制备及性质检验、空气中氧气含量的测定几个实验自然串联,创造性地整合了教材的实验内容,将多而杂的知识变得少而精,并在此过程中培养了学生实验操作、实验现象描述、实验评价与改进等多方面的能力。
  3. 实验现象明显
  本节课,笔者有效地融合教育信息技术,合理利用高清摄像头将教师及学生操作实验过程投影,提高了可见度,并利用键盘快捷键快速地进行幻灯片和摄像头的转换。这样,全班同学都能清晰地观察到整个实验过程及实验现象,提高了教学实效。以上事实表明,对于以实验为基础的化学学科来说,教师也需要与时俱进,掌握更多先进的信息技术教学手段,不断地改进实验现象的呈现形式,增强实验现象的可视性、清晰性。
  当然,本节课也有一个小小的遗憾:因场地及实验器材的限制,担心学生实验操作过程的安全问题,在课堂形式设计上少了学生的分组实验,部分学生未能进行实验操作。其实,让学生亲历实验过程,他们才会有不同的体验与感受,才会有不同的发现和表述。比如,固-液不加热装置气密性的检查,上台演示实验的同学课后向我提出:为什么在弹簧夹夹紧橡皮管之后继续往长颈漏斗中加水的过程中出现水柱断线,气柱上下移动的现象?面对学生的疑问,我又和她一起重做了实验,发现在继续加水的过程中如果不注意倾倒方式,的确会出现上述情况。事实表明,教师要学会在课堂上“放手”,多给学生提供动手的机会,只有这样,学生才能真正的成为课堂的主人。
  参考文献
  [1] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准(2011年版). 北京:北京师范大学出版社,2012
  [2] 王晶,郑长龙. 义务教育教科书:化学(九年级下册).北京:人民教育出版社,2012:72