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滬科版高中化學(xué)教科書(shū)實(shí)驗(yàn)探究特色解讀及建議

2024-06-09 03:51:34王海富經(jīng)志俊
化學(xué)教學(xué) 2024年5期
關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)探究

王海富 經(jīng)志俊

摘要:? 基于“強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)探究,落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求”“引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,提升實(shí)驗(yàn)育人價(jià)值”的視角,解讀“新儀器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置;新視角優(yōu)化探究效果;綠色化聚焦環(huán)境保護(hù);數(shù)字化凸顯現(xiàn)代技術(shù);重對(duì)比加強(qiáng)證據(jù)推理;重開(kāi)放關(guān)注方案設(shè)計(jì)”等滬科版高中化學(xué)教科書(shū)實(shí)驗(yàn)探究的特色。并提出“梳理探究主題,理解實(shí)驗(yàn)探究意義”“聚焦學(xué)習(xí)主題,適度整合探究實(shí)驗(yàn)”“基于課標(biāo)要求,規(guī)劃學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)”“結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件,合理采用創(chuàng)新素材”等實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞:? 實(shí)驗(yàn)探究; 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新; 滬科版; 高中化學(xué)教科書(shū); 實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議

文章編號(hào): 1005-6629(2024)05-0022-05

中圖分類(lèi)號(hào): G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B

化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,創(chuàng)設(shè)生動(dòng)活潑的教學(xué)情境,幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)和技能,啟迪學(xué)生的科學(xué)思維,訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀[1]。

1? 滬科版教科書(shū)實(shí)驗(yàn)探究的編排特色

1.1? 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)探究,落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求

實(shí)驗(yàn)探究是一種重要的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng),是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的構(gòu)成要素之一[2]。

基于“重視實(shí)驗(yàn)探究與實(shí)踐活動(dòng)”的教材編寫(xiě)建議,滬科版教科書(shū)大力開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、充分發(fā)掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)價(jià)值,共安排63個(gè)實(shí)驗(yàn)探究(見(jiàn)表1)及4個(gè)以實(shí)驗(yàn)探究為核心的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng),充分落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)要求。

教科書(shū)內(nèi)容安排

必修第一冊(cè)實(shí)驗(yàn)探究(20個(gè)):膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象;實(shí)驗(yàn)室制備氯氣;從碘水中萃取碘;配制100mL 1.000mol·L-1氯化鈉溶液;電解飽和食鹽水;氯氣的化學(xué)性質(zhì);探究氯氣與水反應(yīng);物質(zhì)的導(dǎo)電性;溶液中的離子反應(yīng);比較氯、溴、碘單質(zhì)的活潑性;鹵素離子與銀離子反應(yīng);硫與鐵反應(yīng);二氧化硫的性質(zhì);二氧化硫的還原性;濃硫酸使蔗糖脫水;濃硫酸與銅反應(yīng);氨的噴泉實(shí)驗(yàn);氨與氯化氫反應(yīng);銨鹽的性質(zhì);鈉、鎂、鋁元素性質(zhì)的遞變。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)(2項(xiàng)):如何測(cè)定氣體摩爾體積;如何測(cè)定硫酸銅晶體中結(jié)晶水的含量[3]。

必修第二冊(cè)實(shí)驗(yàn)探究(15個(gè)):不同條件下鈉在空氣中的反應(yīng);過(guò)氧化鈉性質(zhì)的探究;氫氧化鈉與鋁的反應(yīng);氫氧化鐵和氫氧化亞鐵的制備;比較碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì);鋁熱反應(yīng);銅-鋅原電池;大理石與鹽酸反應(yīng)的速率;影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素;化學(xué)平衡的移動(dòng);制作甲烷等分子空間結(jié)構(gòu)的模型;乙烯的性質(zhì);乙醇、水與鈉反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比;乙醇的催化氧化;葡萄糖的檢驗(yàn)。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)(2項(xiàng)):如何測(cè)定菠菜中鐵元素的含量;如何利用數(shù)據(jù)庫(kù)探究有機(jī)分子的空間結(jié)構(gòu)[4]。

選擇性必修1

實(shí)驗(yàn)探究(11個(gè)):碳酸氫鈉與檸檬酸反應(yīng)的熱效應(yīng);用簡(jiǎn)易量熱計(jì)測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱;壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響;強(qiáng)酸與強(qiáng)堿的中和滴定;鹽溶液酸堿性的測(cè)定;AgCl與AgI沉淀的轉(zhuǎn)化;鋅與CuSO4溶液反應(yīng)的能量變化;自制燃料電池;電解CuCl2溶液;電鍍鋅;模擬鋼鐵腐蝕[5]。

選擇性必修2實(shí)驗(yàn)探究(3個(gè)):分子的極性;簡(jiǎn)單配位化合物的生成;晶體的各向異性[6]。

選擇性必修3

實(shí)驗(yàn)探究(14個(gè)):苯的性質(zhì);苯的硝化反應(yīng);甲苯的性質(zhì);1-溴丁烷的取代反應(yīng);苯酚的物理性質(zhì);苯酚的弱酸性;苯酚的取代反應(yīng);乙醛的氧化反應(yīng);乙酸與乙醇的酯化反應(yīng);乙酸乙酯的水解反應(yīng);葡萄糖的還原性;蔗糖的水解;檢驗(yàn)氨基酸的方法;有機(jī)物中常見(jiàn)官能團(tuán)的檢驗(yàn)[7]。

聚焦“形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定應(yīng)用的觀念;揭示各類(lèi)變化的特征和規(guī)律;能依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案,完成實(shí)驗(yàn)操作,能對(duì)觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論;具有綠色化學(xué)觀念和可持續(xù)發(fā)展意識(shí)”等課程目標(biāo),滬科版教科書(shū)聚焦“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“物質(zhì)性質(zhì)與應(yīng)用”“物質(zhì)制備與分離”“反應(yīng)原理與規(guī)律”等4大主題展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究。

1.2? 引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新,提升實(shí)驗(yàn)育人價(jià)值

實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是一種典型的學(xué)習(xí)資源開(kāi)發(fā),是高中學(xué)生創(chuàng)新能力的重要提升途徑?;凇氨M可能設(shè)計(jì)多樣化的實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)任務(wù)”的教學(xué)與評(píng)價(jià)建議和“有條件的地方和學(xué)校應(yīng)逐步引進(jìn)一些現(xiàn)代化儀器設(shè)備”的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)建議[8],滬科版教科書(shū)積極探索實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、豐富傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值,著力從“新儀器、新視角、綠色化、數(shù)字化、重對(duì)比、重開(kāi)放”等6個(gè)維度對(duì)實(shí)驗(yàn)探究進(jìn)行優(yōu)化和創(chuàng)新。

1.2.1? 新儀器改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置,感受儀器迭代價(jià)值

在實(shí)驗(yàn)探究中引入“恒壓漏斗、電子天平、低壓發(fā)熱器、石英蒸發(fā)皿、點(diǎn)火槍、雙連球、塑料活塞、發(fā)光二極管、磁力攪拌器”等新儀器,改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)手段,保障實(shí)驗(yàn)探究更簡(jiǎn)便、更可靠,引導(dǎo)學(xué)生感受技術(shù)進(jìn)步的意義。

如,“苯的硝化反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)探究中“向加有磁力攪拌子的大試管中加入1.5mL濃硝酸,并將大試管放在冷水浴中,啟動(dòng)攪拌,然后慢慢加入2mL濃硫酸,再慢慢加1mL苯。在55~60℃水浴中加熱并攪拌10min,……”,使用恒溫磁力攪拌器,無(wú)須在配制試劑與反應(yīng)過(guò)程中,反復(fù)振蕩試管(見(jiàn)圖1)。

1.2.2? 新視角優(yōu)化探究效果,啟迪創(chuàng)新思維發(fā)展

在實(shí)驗(yàn)探究中引入“希夫試劑、葡萄糖試紙、茚三酮”等新試劑、“熔融鹽導(dǎo)電、BaCl2+H2O2驗(yàn)證SO2還原性、圖像呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、折疊甲烷分子模型”等新方法,打破常規(guī)思維,拓展實(shí)驗(yàn)視野,保障實(shí)驗(yàn)探究更新穎、更有趣,啟迪學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展。如,“物質(zhì)導(dǎo)電性”實(shí)驗(yàn)探究中“在V形玻璃管里裝入少量硝酸鉀固體,加熱玻璃管,待固體熔化時(shí),再插入電極,……”,簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置、明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為學(xué)生認(rèn)知熔融離子化合物的導(dǎo)電性提供了直觀的視覺(jué)感受(見(jiàn)圖2)。

1.2.3? 綠色化聚焦環(huán)境保護(hù),強(qiáng)化社會(huì)責(zé)任意識(shí)

在實(shí)驗(yàn)探究中采用“三通閥、封管、氣袋、針筒、塑料瓶”等器具,通過(guò)阻斷實(shí)驗(yàn)中的污染物擴(kuò)散途徑、增強(qiáng)污染物的吸收效果,保障實(shí)驗(yàn)探究更安全、更環(huán)保,強(qiáng)化學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

如,“氨與氯化氫反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)探究中“向容積約500mL的塑料瓶中滴入幾滴濃氨水,在瓶蓋內(nèi)側(cè)貼一小張濾紙,向?yàn)V紙上滴幾滴濃鹽酸后,立即將瓶蓋擰上,觀察現(xiàn)象”比“用蘸濃鹽酸的玻璃棒與蘸濃氨水的玻璃棒相互靠近,觀察有白煙生成”的實(shí)驗(yàn)方案更加生動(dòng)、環(huán)保(見(jiàn)圖3)。

1.2.4? 數(shù)字化凸顯現(xiàn)代技術(shù),激發(fā)技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力

在實(shí)驗(yàn)探究中借助“壓強(qiáng)傳感器、色度傳感器、溫度傳感器”等數(shù)字化技術(shù),直觀呈現(xiàn)化學(xué)變化過(guò)程中的體系相關(guān)物理量的變化曲線(xiàn),保障實(shí)驗(yàn)探究更準(zhǔn)確、更科學(xué),激發(fā)學(xué)生技術(shù)創(chuàng)新的欲望。

如,“用簡(jiǎn)易熱量計(jì)測(cè)定中和反應(yīng)的反應(yīng)熱”實(shí)驗(yàn)探究“使用磁力攪拌器,通過(guò)溫度傳感器測(cè)量鹽酸、NaOH溶液的溫度,跟蹤反應(yīng)過(guò)程的溫度變化”,自動(dòng)生成反應(yīng)過(guò)程中溫度隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線(xiàn)(見(jiàn)圖4)。

1.2.5? 重對(duì)比加強(qiáng)證據(jù)推理,深化科學(xué)方法體驗(yàn)

在實(shí)驗(yàn)探究中采用不同研究對(duì)象、不同試劑或試劑添加順序的實(shí)驗(yàn)方案,基于不同實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比,推理得出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。對(duì)比實(shí)驗(yàn),既增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)結(jié)論的說(shuō)服力,又能更好地培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力,深化對(duì)科學(xué)方法的體驗(yàn)。

如,“苯酚的弱酸性”的實(shí)驗(yàn)探究“①在環(huán)己醇和苯酚的水溶液中分別滴加紫色石蕊試液;②在環(huán)己醇和苯酚的濁液中滴加5%氫氧化鈉溶液,振蕩試管;③向?qū)嶒?yàn)②所得的溶液中分別通入過(guò)量二氧化碳?xì)怏w”。比單獨(dú)對(duì)“苯酚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究”更具有說(shuō)服力。

1.2.6? 重開(kāi)放關(guān)注方案設(shè)計(jì),促進(jìn)探究能力發(fā)展

在實(shí)驗(yàn)探究中運(yùn)用開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)情境,在明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐瑫r(shí),提供可選擇的試劑,要求學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)有助于深層次評(píng)價(jià)學(xué)生宏觀辨識(shí)、實(shí)驗(yàn)探究、證據(jù)推理等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。

如,“有機(jī)物中常見(jiàn)官能團(tuán)的檢驗(yàn)”實(shí)驗(yàn)探究“某無(wú)色液體可能是無(wú)水乙醇、冰醋酸、苯酚溶液、乙醛溶液、乙酸乙酯、環(huán)己烯或1-溴丁烷中的一種,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行確認(rèn)。所提供試劑:待測(cè)無(wú)色液體、金屬鈉、溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液、稀硝酸、氫氧化鈉溶液、氨水、硫酸銅溶液、氯化鐵溶液、硝酸銀溶液、碳酸氫鈉溶液、蒸餾水”。

2? 滬科版教科書(shū)實(shí)驗(yàn)探究的教學(xué)建議

2.1? 梳理探究主題,理解實(shí)驗(yàn)探究意義

滬科版教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)探究,依據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排,涉及實(shí)驗(yàn)基本操作、科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度,但不同類(lèi)型的實(shí)驗(yàn)探究往往側(cè)重不同的教學(xué)目標(biāo)且內(nèi)隱于實(shí)驗(yàn)方案之中?;凇拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“物質(zhì)性質(zhì)與應(yīng)用”“物質(zhì)制備與分離”“反應(yīng)原理與規(guī)律”等4大探究主題梳理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和教學(xué)意義(見(jiàn)表2),有助于一線(xiàn)教師明確實(shí)驗(yàn)探究重點(diǎn),理解實(shí)驗(yàn)探究意義,從而保障實(shí)驗(yàn)探究效果。

探究主題實(shí)驗(yàn)內(nèi)容教學(xué)意義[9]

物質(zhì)性質(zhì)與應(yīng)用膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象,氯氣的化學(xué)性質(zhì),物質(zhì)的導(dǎo)電性等34個(gè)實(shí)驗(yàn)探究。? 通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理物質(zhì)性質(zhì),基于特征反應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)檢驗(yàn),基于物質(zhì)性質(zhì)理解物質(zhì)用途;訓(xùn)練并規(guī)范實(shí)驗(yàn)基本操作,認(rèn)識(shí)并重視物質(zhì)轉(zhuǎn)化條件。建構(gòu)基于探究目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的認(rèn)知模型。

物質(zhì)制備與分離實(shí)驗(yàn)室制備氯氣,從碘水中萃取碘等5個(gè)實(shí)驗(yàn)探究?;趯?shí)驗(yàn)方案理解制備原理,結(jié)合實(shí)驗(yàn)裝置辨識(shí)各自功能,基于物質(zhì)性質(zhì)選擇分離方法,基于實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?guī)范實(shí)驗(yàn)操作。

反應(yīng)原理與規(guī)律電解飽和食鹽水,比較氯、溴、碘單質(zhì)的活潑性等18個(gè)實(shí)驗(yàn)探究。探究物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律與影響因素,掌握控制變量進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)、依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論的研究方法,提升學(xué)生的科學(xué)探究和證據(jù)推理等學(xué)科核心素養(yǎng)。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)制作甲烷等分子空間結(jié)構(gòu)的模型,鈉、鎂、鋁元素性質(zhì)的遞變等6個(gè)實(shí)驗(yàn)探究。通過(guò)模型搭建形成從分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵的視角來(lái)探析有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)基本操作。

2.2? 聚焦學(xué)習(xí)主題,適度整合探究實(shí)驗(yàn)

滬科版教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)探究,既豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源,又拓寬了師生探究視野。但部分實(shí)驗(yàn)探究的設(shè)計(jì)趨于碎片化,如“苯酚的物理性質(zhì)”“苯酚的弱酸性”“苯酚的取代反應(yīng)”等3個(gè)實(shí)驗(yàn)探究,探究對(duì)象都是苯酚的性質(zhì),在教學(xué)實(shí)施中宜將其整合為一個(gè)系列探究實(shí)驗(yàn)(見(jiàn)表3)。對(duì)碎片化實(shí)驗(yàn)的適度整合有助于提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力,誘發(fā)深度學(xué)習(xí)的發(fā)生。

2.3? 基于課標(biāo)要求,規(guī)劃學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)

滬科版教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)探究,雖覆蓋了學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),且豐富了學(xué)生實(shí)驗(yàn)資源。但學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的安排缺乏統(tǒng)一性,如“鐵及其化合物的性質(zhì)”“用化學(xué)沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”“有機(jī)化合物中常見(jiàn)官能團(tuán)的檢驗(yàn)”等課標(biāo)明確要求的18個(gè)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn),在教學(xué)實(shí)施中宜精心選擇和設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案(見(jiàn)表4)。對(duì)學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)的精心設(shè)計(jì)有助于學(xué)生增強(qiáng)探究物質(zhì)性質(zhì)和變化的興趣,增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)探究的理解,發(fā)展科學(xué)探究能力。

2. 學(xué)會(huì)鐵離子的檢驗(yàn)方法

3. 認(rèn)識(shí)可通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化

實(shí)驗(yàn)用品試管、膠頭滴管。CuSO4溶液、FeCl3稀溶液、FeCl2溶液、KMnO4酸性溶液、KSCN溶液、KI溶液、淀粉溶液、蒸餾水、鋅片、銅片、鐵粉、鐵絲。

實(shí)驗(yàn)步驟1. 鐵及其化合物性質(zhì)

(1) 鐵單質(zhì)的還原性

(2) 鐵鹽的氧化性

(3) 亞鐵鹽的氧化性和還原性

2. 鐵離子的檢驗(yàn)

問(wèn)題與討論以鐵屑為原料,如何制備硫酸亞鐵晶體?

2.4? 結(jié)合實(shí)驗(yàn)條件,靈活采用創(chuàng)新素材

滬科版教科書(shū)的實(shí)驗(yàn)探究,既聚焦于實(shí)驗(yàn)裝置創(chuàng)新,又著力于現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用。對(duì)新儀器的功能解讀、新技術(shù)的應(yīng)用分析,有助于學(xué)生拓展實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的視野、明晰方案評(píng)價(jià)的方向,為創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與批判性思維的開(kāi)發(fā)奠定基礎(chǔ)。但部分實(shí)驗(yàn)儀器的配備追求高規(guī)格,如“氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備”“中和熱的測(cè)定”“苯的硝化”等,在教學(xué)實(shí)施中宜基于學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件,合理應(yīng)用教科書(shū)資源。

如,氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備,條件許可則采用創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)裝置(圖5),并引導(dǎo)學(xué)生解讀新儀器(恒壓滴液漏斗)的功能;條件受限可采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置(圖6)。

滬科版普通高中化學(xué)教科書(shū)對(duì)實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)內(nèi)容的開(kāi)發(fā)、實(shí)驗(yàn)方法的創(chuàng)新為一線(xiàn)教師提供了豐富的資源,但如何基于課程標(biāo)準(zhǔn)的理念和要求用好實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源、充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能,還有待于一線(xiàn)教師的創(chuàng)造性實(shí)踐。

參考文獻(xiàn):

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