陳 瑤

(江蘇省南通田家炳中學,江蘇 南通 226000)

教師通過微型實驗的教學優(yōu)化,為學生提供微型的化學實驗裝置,以及所需適量的化學試劑,在弘揚“綠色化學”實驗觀念的同時,也讓學生在自主的實驗探究中不斷完善個人的知識網絡,不斷強化學生的實驗操作能力和思維創(chuàng)新能力.教師從實驗環(huán)境、實驗步驟、實驗結構、實驗原則等多角度出發(fā),探討微型實驗融入課堂教學的可能性,以此增強學生化學實驗學習的成效,推動學生的綜合發(fā)展.

1 打造實驗數(shù)字生態(tài),拓寬教學容量

隨著信息化進程的逐漸推進,教師要認識到信息技術對化學微型實驗展開的重要作用,積極利用數(shù)字科技資源開展“試錯性”實驗教學,借助虛擬仿真實驗室的應用平臺,為學生打造一片數(shù)字實驗生態(tài),在數(shù)字科技的助力之下,多途徑拓展教學容量,吸引學生對微型實驗的興趣.

例如,在人教版初中化學九年級上冊第二單元有關“高錳酸鉀加熱制取氧氣”的教學實驗中,教師可以從該實驗教學的設定出發(fā),將虛擬仿真技術引入化學學科的教學中來,讓學生在虛擬仿真實驗室[1]中通過微型仿真實驗的不斷模擬試錯,以此來幫助學生不斷熟悉實驗器材以及實驗過程,提高學生微型實驗的合格率.在“高錳酸鉀加熱制取氧氣”這一實驗中,存在著很多諸如“實驗測試數(shù)據(jù)不準確、實驗步驟錯誤導致試管炸裂”等多種易失誤的可能性.而這時候教師就可以將數(shù)字資源引進教學當中,運用“虛擬仿真實驗室”這數(shù)字一平臺,讓學生先通過網絡虛擬實驗室的試錯來不斷熟悉實驗開展的流程.在自行開展微型實驗之前,教師可以先讓學生觀看演示視頻,然后將實驗步驟教給學生,隨后鼓勵其利用“虛擬仿真實驗室”這一空間技術嘗試還原實驗.在互聯(lián)網數(shù)字技術的助力之下,學生借助“虛擬仿真實驗室”自主模仿進行實驗,微型實驗中會發(fā)生“試管破裂”“高錳酸鉀粉末堵住導管口,實驗難以進行”“氧氣收集的純度不夠”等一系列的實驗失誤.這時候,教師針對學生微型實驗模擬中所出現(xiàn)的一系列問題一一進行解答,學生就會以一種更加深刻的印象理解“加熱時試管口略向下傾斜”“試管口加塞一小塊棉花”“氣泡連續(xù)冒出再收集”等實驗細節(jié)的重要性.“細節(jié)決定成敗”,正是“虛擬仿真實驗室”中學生勇于“試錯”的親身體驗,才能夠提高學生對微型實驗細節(jié)的注意,成功率也會大大增加.

教師要看到數(shù)字資源背后“虛擬仿真實驗室”的成立對學生微型實驗展開的便利性.把握好數(shù)字技術的兼容性與擴展性的優(yōu)勢所在,將虛擬仿真技術應用于教學實踐中,不斷拓展教學容量,讓學生在“試錯”的實踐中,從多角度了解微型實驗進行的細節(jié),培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)膶嶒瀾B(tài)度,以及大膽創(chuàng)新的實驗能力.

2 鏈接實驗應用實例,調動主體興趣

化學來源于生活,最終還是要服務于生活、應用于生活.對于學生來說,微型實驗的開展需要鏈接具體的實用案例,教師要不斷尋求微型實驗的開展與實際應用之間的契合點,調動實驗主體的興趣,讓學生在實際應用中不斷鞏固知識,以此輔助強化自身的化學實驗綜合素養(yǎng).

例如,對于“酚酞遇氨水變紅色;淀粉遇碘變成藍色”化學原理的教學,除了書本上實驗提及的內容,教師還需要鼓勵學生從實際生活出發(fā),自主開發(fā)一些有趣的微型化學實驗.教師可以以“如果我想給小明同學寫一封只有他能夠看得到的密函我應該怎么做呢?”進行提問,讓學生從“密信”這一角度出發(fā),一起考慮“無字天書”的制作.首先,教師可以根據(jù)“酚酞遇氨水變紅色”的化學原理,先取出一張白紙,用酚酞試劑將“密函”的內容寫下來,晾干后放在盛有濃氨水的試劑瓶口熏,立即就會顯示出紅色的字跡.這時候學生們就會疑惑:“有沒有什么辦法能夠讓‘密函’繼續(xù)變成無字的隱形形態(tài)呢?”這時候教師可以將紙張放在通風口處,待溶液蒸發(fā)后,就會發(fā)現(xiàn)紙張上的紅字又會變成無色的狀態(tài),以此可以反復若干次.教師可以向學生介紹,此乃密函的“水遁”,讓學生試著從“淀粉遇碘變藍色”的化學原理角度出發(fā),設計一個類似的“火術”.這時候學生就會嘗試用稀淀粉在白紙上寫字,當紙干后就會發(fā)現(xiàn)在紙上字跡消失.這時候學生如果用碘水或者是碘和碘化鉀的水溶液涂抹,就會顯出藍色的字跡,將其放在火焰上方烘烤后,會發(fā)現(xiàn)藍色的字體又再次褪去,而這個實驗方法對比下來,也可以反復使用若干次.正是在此微型實驗的助力之下,學生從實際應用的角度出發(fā),以更加積極主動的態(tài)度投入到化學微型實驗當中,增加主體積極性的同時,讓其勇于闡述個人的實驗思路、實驗原理以及實驗結論,以此不斷提升個人的實驗應用能力.

因此,對于學生來說,微型實驗的教學融入為學生實驗的研究探索提供了一個實踐性的平臺.在教師微型實驗的逐步引領下,學生不斷提升實驗興趣,不斷挖掘化學知識運用的可能性,學以致用,發(fā)展綜合性能力.

3 助力實驗結構優(yōu)化,鍛煉創(chuàng)新思維

微型實驗的開展并不能僅局限于化學原料的減量和機械使用的縮微,而是要在微型化的這一條件下,通過實驗結構的優(yōu)化,在微型實驗的情境中去思考、去操作、去尋找實驗創(chuàng)新的可能性,以盡可能少的試劑去獲取較多的化學信息,不斷培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維.

例如,在“二氧化錳與氯酸鉀制取氧氣”的實驗教學中,為了證明“氯酸鉀加熱可產生氧氣,同時二氧化錳的存在對其化學反應的發(fā)生具有加速作用”的這一化學結論,教師要知道對于“排水法”這一傳統(tǒng)的氧氣收集方法,存在“裝置氣密性檢查”步驟的繁瑣性,以及“壓強不均導致導管處冷水回流引起炸裂”等潛在危險性.綜上所述,教師可以從“微型化實驗”的角度出發(fā),考慮到所產生氣體為氧氣這種無毒氣體,改進實驗步驟,優(yōu)化實驗結構.對于“微型實驗”的開展,教師先行讓學生準備好微型酒精燈、微型鐵架臺、微型試管、火柴、木條、二氧化錳、氯酸鉀等一系列的配套化學設施,并引導學生在三支試管中依次加入少量氯酸鉀、二氧化錳以及兩者混合物,依次標記為A、B、C三支試管,然后將三支試管固定在鐵架臺上,將試管用酒精燈加熱.一段時間后,將帶有火星的木條伸入三支試管內.此時會發(fā)現(xiàn)第三支試管內的小木條先行復燃,說明該試管內的氯酸鉀發(fā)生的化學反應最快.接著,繼續(xù)加熱一段時間,再次將帶有火星的木條放入剩下的兩支試管中,此時只裝有氯酸鉀的A試管內的小木條也成功復燃了.繼續(xù)加熱還沒有反應的B試管,一段時間后,觀察帶有火星的木條是否復燃,若沒有則停止加熱.通過這個微型實驗的設計,舍去傳統(tǒng)實驗方法中的“排水法”,學生通過“小木條是否復燃”的這一實驗現(xiàn)象,結合“元素”的分析,以及化學常識也能夠得出“氯酸鉀加熱完全熔化后會產生氧氣,只不過化學反應的時間過長,而二氧化錳的存在能夠加速反應的發(fā)生,此處的二氧化錳充當催化劑的作用”這一化學結論.由此可見,微型實驗的設備儀器更加簡單,同時實驗操作的步驟也更加便捷,通過實驗結構的優(yōu)化也能夠提高學生實驗成功的可能性,讓每個學生都能夠參與到微型實驗的設計當中,加深對實驗的理解.

因此,教師要看到微型實驗背后裝置簡單、操作便捷、成本較低效果明顯等特征優(yōu)勢[2],將傳統(tǒng)的化學實驗教學與微型實驗教學有機融合起來,為學生打造一個更為高效化的實驗課堂,以此提高學生的實驗能力和創(chuàng)新思維.

4 秉承綠色實驗,發(fā)展核心素養(yǎng)

對于初中化學實驗的教學展開來說,“綠色”是微型實驗的重中之重.教師要注意在化學的日常教學中借助“微型實驗”這一實驗教學方式,將綠色的化學思維融入到化學微型性的實驗當中,進而培養(yǎng)學生保護資源、愛護環(huán)境的綠色思維.

例如,在“金屬材料的性能及應用”的實驗教學中,教師就可以設計一個“銅與硝酸的反應”微型化學實驗,來向學生滲透“綠色環(huán)?！钡膶嶒灷砟?不斷推動微型實驗朝著規(guī)范化、綠色化方向發(fā)展.從微型實驗的實驗用具來說,教師可以用一次性的注射器作為替代,根據(jù)化學反應發(fā)生的原材料比例,在保證反應能夠發(fā)生的前提之下,合理縮減在微型實驗當中銅片與濃硝酸之間用量比例.為了達到資源循環(huán)利用的最大化,最后封口的瓶塞也可以選用大小相同可以適配的膠塞.在微型化學實驗開始之前,教師可以和學生從元素守恒的化學角度出發(fā),一起探討兩者發(fā)生反應時,可能會產生什么物質呢?會有什么危害呢?在師生共同努力的初步分析后,學生會了解到在此次化學微型實驗中可能會產生的二氧化氮、一氧化氮等含有氮的氧化物,此實驗副產物具有較強的毒性,對于環(huán)境保護會構成巨大的威脅,而這時候就需要教師引導學生對微型實驗的操作步驟進行進一步地改進. 當注射器里面銅片與硝酸發(fā)生化學反應,并產生紅棕色氣體后,教師要讓學生明白此時的紅棕色氣體就是有毒的含氮氧化物,而現(xiàn)在微型實驗的展開學生除了觀察銅與硝酸反應的化學現(xiàn)象,為了從環(huán)境保護以及人身安全的角度出發(fā),學生還要思考如何消除這些紅色氣體.這時候教師就可以取下膠塞,隨后吸入1 mL的水,再次封口,然后取下瓶塞加入空氣,繼續(xù)觀察稀釋后的硝酸與銅之間的反應.在實驗的最后,為了將注射器中NO、NO2的危害降到最小化,教師可以引導學生把握住NO、NO2能與NaOH發(fā)生反應的化學性質,將實驗過后注射器中所剩下的實驗“廢水”一同注入NaOH溶液當中,以此消除NO、NO2有毒氧化物的影響.通過此次微型實驗的設計,教師從“實驗用具選擇、實驗原料用量、實驗步驟優(yōu)化、實驗廢物處理”等多個方面向學生普及有關微型實驗展開的“綠色”知識,不斷培養(yǎng)學生的保護環(huán)境的“綠色”思維,以此發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng).

因此,微型實驗是有效滲透綠色化學思維的基本載體[3].在微型化的實驗教學中,除了實驗實踐能力的培養(yǎng),初中教師還要有意識地滲透情感教育,借助微型化的實驗器材,以及適量縮減的實驗材料,加上后期實驗產物的處理方法,為學生提供一個“綠色環(huán)保思維”的過程性學習機遇.借助“微型實驗”的設定,不斷培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和綠色思維,提高資源的利用率.