氢氧化亚铁制备的三种教学设计及实验教育功能比较

氢氧化亚铁制备的三种及实验教育功能比较 Fe(OH)制备的三种教学设计及实验教育功能比较 2 12 黄都 岳云华 (广西师范大学 桂林市，541100) 摘要:本文以Fe(OH)制备及其教学过程设计为例，对以教师为中心的验证性实验、2 以问题为中心的探究式实验、以学习者为中心的研究性实验等三种教学设计模式的教育功能进行比较分析，为以实验为基础的化学教学设计实践参考。 关键词:氢氧化亚铁 教学设计 实验教育功能 实验是化学科学赖以产生和发展的沃土，也是化学教学中实施素质教育和创新教育的重要场所和前沿阵地。著名化学家戴安邦曾精辟地指出:“化学实验教学是实施全面化学教育的一种最有效的形式。”挖掘实验教育功能，探究实验教学设计，提高教学质量，是21世纪赋予我们每一位合格的中学化学教师的光荣使命。因此本文以氢氧化亚铁的制取的三种不同教学设计为例，来分析在不同的教学设计中其实验的教育功能不同，以对化学实验教育的一些深层次功能做一些探讨，祈请同仁赐教～ 一(Fe(OH)制备的教学设计探索 2 (一)第一种教学设计—— 以教师为中心的验证性实验 1.教学过程 [引入] 铁有两种氢氧化物，它们可以分别由相对应的可溶性盐与碱溶液起反应制得。下面就让我们来观看FeSO溶液和NaOH溶液反应生成Fe(OH)的实验。 42 [板书] FeSO+2NaOH= Fe(OH)?+NaSO 4224 [演示实验] 在一支试管中加入少量的FeSO溶液，然后滴加NaOH溶液。指引学生4 观察并描述发生的现象。 [实验现象板书] 生成白色沉淀，白色沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色。 [整理联系] 白色沉淀是Fe(OH)，灰绿色是中间颜色，红褐色沉淀是Fe(OH)。 23 [结论板书] 实验证实:FeSO+2NaOH= Fe(OH)?+NaSO。Fe(OH)不稳定，易被空气42242 里的氧气氧化成红褐色的Fe(OH)。 3 1 黄都 (1973-)桂林人 广西师范大学副教授、博士 ，研究生导师 2 岳云华 (1973-)桂林人 广西师范大学课程与教学论07级研究生 2(解析与评价 以上是我国中学课堂普遍采用的一种实验教学形式，在该实验教学过程中，“教师讲、学生听，教师做、学生看，教师写、学生记”，因此这是以教师为中心的传统的实验教学模式。我国传统的中学化学实验的教学形式(包括现今的大部分学校)是以演示实验为主，约占实验总数量的90%以上，演示实验又以验证性实验为主。验证性实验的教学模式是结论在前，实验验证在后。这种模式简明、清晰，能从感性认识的角度来说明、强化理论知识，有利于学生对知识的学习与巩固，也有利于教师对整个教学过程的控制。但它在学生主体作用的发挥，发展学生的求异思维能力和探索精神上显得不足。因此，传统化学实验的教育功能显得较为陈旧和狭窄，不利于培养新课程所强调的探究能力及创新能力，不利于培养符合时代要求的21世纪的高素质的人才。 二)第二种教学设计——以问题为中心的探究式实验 ( 1(教学过程 (1)教师演示课本上的实验，提供问题情景。 (2)学生观察、思考，提出问题。 (3)教师启发、引导学生联系已有知识分析问题，找出问题的成因。并进一步提出要探究的问题。 (4)学生设计实验。 (5)在教师指导下，学生以小组形式按新方案做随堂实验。 (6)师生交流与总结，教师指出学生实验中存在的问题，并提出新的思考问题。 在上述教学方案中首先由教师演示实验，学生观察到教师“将滴管插入液面下”这一违反常规的实验操作，产生疑惑、提出问题:为什么实验过程中要将滴管插入液面以下, 教师没有直接回答学生的问题，而是引导学生认真观察，可学生并没有观察到理想的实验现象，白色沉淀中却夹杂着灰绿色，而且很快被空气中的氧气所氧化。这时，学生对教材提出了质疑，又提出:为什么实验现象不理想，白色沉淀中有灰绿色呢,要怎么样才能比较持久地看到白色沉淀呢，如何改进实验,” 2+教师启发学生联系Fe和Fe(OH)的性质，找出不易观察到白色沉淀的原因。学生很快2 想到“可能是氧气把Fe(OH)白色沉淀氧化了”。教师进一步引导学生思考:“氧气从何而2 来,如何在操作过程中尽可能避免带入氧气,” 学生经过思考、讨论，设计出下列三种实验改进方案: a.隔绝空气法——利用还原性气体排除空气法 原理:?利用H排除空气——自然避免了溶液与空气的接触。 2 ?使用NaOH固体——减少了中间过程，从而减少了空气被带入的机会，去掉了胶头滴管，避免了因滴管操作而挤入空气。 图a b.利用医用注射器——吸取溶液排除空气 2+c. 利用电解原理——产生的Fe和碱溶液不与空气接触 在师生分析、讨论各种实验方案的优、劣及注意事项后，学生以小组为单位到实验室做随堂实验，最终各小组都制得了稳定的白色Fe(OH)沉淀。 2 2(解析与评价 将教师演示实验改成教师演示与学生随堂实验相结合，充分体现了学生的主体和中心地位，学生在实验中具有极强烈的主观能动性。教学以问题为中心，以问题解决为动力，最大限度地激发了学生的学习动机与智慧潜能，课堂教学取得了理想的教学效果。实践证明，把以教师为中心的验证性实验教学模式改成以问题为中心的探究式教学模式，是行得通的。 这节课学生提出的问题、给出的方案及根据该方案获得的实验结论，基本是正确的。课本上看似一个简单的氢氧化亚铁的制备实验，通过以问题的形式展开的探究式的教学活动，学生从中不仅获得了许多化学课本上没有写的知识，而且培养了探究能力、创新能力、实践能力等综合能力。可以肯定的说，探究式实验教学模式改变了以往偏重学科知识和学科技能训练的教学方法和被动学习方式，能充分发挥学生学习化学的主动性和创造性，因此是新课程中值得提倡的一种实验教学模式。 (三)教学设计三:以学生为中心的研究性实验 1(教学过程 教学环节一:资料收集与实验方案的设计 课前:教师提出课题，并介绍相关知识;学生收集氢氧化亚铁制备的相关资料 课堂:教师提出本课题的具体要求并提供学生所需仪器和药品 学生二人一组，进行讨论、分析推理及设计制取氢氧化亚铁的实验方案。师生交流，改进实验方案，最终评选出下列二种最佳设计方案: 方案一:隔绝空气法 方案二:利用还原性气体氢气排除空气法 实验设计的教育功能:通过阅读与资料收集，培养学生收集和处理信息的能力;通过学生与学生、学生与教师之间的交流与讨论，培养学生的合作与交流能力;学生在大胆选用及组装实验仪器和药品中锻炼了自身的探究能力、创新能力;采用微型实验装置，绿色环保，同时培养了学生节约的习惯和品质。 教学环节二:进实验室按设计方案进行实验，实验现象。 学生:边实验、边思考、边探讨、边改进 教师:站在学生背后，起指导、督促及激励的作用 实验设计的教育功能:在亲历实验的过程中，训练了学生基本实验操作能力、观察实验能力和准确描述现象得出结论的述能力;由于没有现成的操作步骤可借鉴，一切都要学生去摸索、去实践。学生在经历实验的成功和失败中，建构了知识，获得了体验，提升了能力，磨练了意志。 教学环节三:教师及时进行小节和评价。 分析不同实验方案的优缺点，鼓励具有创新的想法和设计，表扬积极、认真参与活动的同学。提出新的学习要求。 (下课了，学生们仍在思考、讨论„„ 教学由课堂延伸到了课外，使有限的课堂变成了无限的课堂。) 学生首先按课本上的设计方案来做实验，发现生成的氢氧化亚铁很难保持，在瞬间就变成灰绿色。于是有学生提出问题:如何制得稳定的Fe(OH) ? 教师进一步提出要求:设计2 制取氢氧化亚铁的实验方案。 引导学生设计实验方案时抓牢防止被氧化这条主线，学生设计出的方案:1.将FeSO4和NaOH溶液煮沸,并在溶液中加液体石蜡。2.使反应一直在还原性气体氢气的气氛中进行。 根据这两点措施，学生最终设计了上述两种微型实验装置，然后到实验室做实验验证。可多次实验的结果为:制得的氢氧化亚铁总不合要求，白色沉淀中总夹杂着灰绿色沉淀。学生困惑了，没有氧气进入反应溶液中，为何还有灰绿色沉淀,难到产生灰绿色沉淀不是被氧化的结果,正当学生迷惑不解时，教师要求学生上网查阅相关资料。很快，学生就查找到灰绿色沉淀不是被氧化的结果，它的产生与两个因素有关:1.反应物的浓度 2 反应物的混合速率。 按照这两个因素，学生采取了如下两种措施:1. 硫酸亚铁和氢氧化钠都用饱和溶液 2. 使两种溶液瞬间混合发生反应。 按改进的措施再次进行实验，实验成功了，按方案一制得了白色沉淀，且沉淀能保持一个小时不变色。经多次实践，按方案二也制得了白色沉淀，且在氢气的气氛中，白色沉淀一直稳定存在。 2(解析与评价 教学设计三真正做到了“以生为本”、“以学为本”。学生在实验时，我一直在旁边巡视，发现他们观察细致，思维活跃，这种全身心投入的学习情景是在其它教学过程中是少见的。学生通过自己的努力和智慧，在充分尝试、历经磨难之后所获得的知识比起教师的讲解所获得的知识，留下的印象要深刻得多。实践证明，只要教师敢于放手并给学生创造一个宽松的环境，让学生自己设计实验方案、自选仪器、药品、自定操作步骤，学生是能够适应这种实验教学模式的。在“设计并完成氢氧化亚铁的制备”的实验教学活动中，最后学生设计了共九种实验方案并成功制得了稳定的白色氢氧化亚铁沉淀。其中有两种方案具有创新性，是课本及其它资料上没有的，所用到的仪器也是学生自制的，这两套微型装置简单、可行，很适合于学生实验，具有推广价值。 二(Fe(OH)制备的三种实验教育功能的比较: 2 验证性实探究性实验 研究性实验 实验类型 验 (第二种教学设计) (第三种教学设计) (第一种 实验功能 教学设计) 认知 创设教学在问题情境中自主建构知识 发现、建构、运用、巩固、知识 情景， 提供感性 认识材料， 验证、巩固 知识 技能 培养实验操作技能和 培养实验操作技能和 智力(实验设计)技能 智力(实验设计)技能 能力 培养观察培养观察能力、推理能力、培养观察能力、动手实践能力、 能力、 科学探究能力、批判思维及发散发散思维能力、创新思维能力、自学 描述实验思维能力能力、直觉思维能力、能力、交流与合作能力、资料和事实 现象能力发现问题和提出问题的能力 的处理能力 及记忆能 力 过程与 观察，关注培养比较、分析、归纳、训练假设、实验条件的控制、观科学方法 现象，更关概括以及科学抽象等方法，促进察、记录等科学方法， 培养自主、合 注结果与学习方式的转变 作、探究的学习方式 预期的验 证 情意 激发学习激发好奇心和求知欲，强激发探究的兴趣，体验科学研究 兴趣 化科学探究意思，培养实事求的过程，养成勤俭节约、艰苦奋斗的 是、严谨求实的科学态度和团结精神;培养严谨求真的科学态度、求 协作、求实创新、认真不苟的科异变通的创新精神和团结协作的共事 学品质 风格，推动情感、意志的升华 教师成长 教师成长促进教师实验教学理念的更新，促进教师转变化学教育观念，有利于 不明显 及由“教”转为“导”的角色转教师能力与素质的提高 变 实验室建设 实验室所实验所需物品会根据探索通过项目研究拓展实验室的功能，实 需要物品活动需要不断购置或自创，实验验室具备知识生产、解决现实问题的 相对固定、室文化是一种开放的、充满创新能力。出自于该实验室的研究成果档 可批量重气氛的环境。 次更高，接近或达到学术研究水平。 复投入和 使用 三(启发与建议 在新课程背景下，化学实验教育教学的功能有了新的发展，作为化学教育工作者，必须构建以提高学生的科学素养为主旨的化学实验教育观。改变长期和单一地实施以教师为中心的验证性实验教学模式，尽可能将验证性实验改成探究性实验，适当开展一些研究性实验 活动，以充分发挥化学实验的教育功能。 参考文献: [1] 文庆城编著.化学课堂教学技能训练[M].桂林:广西师范大学出版社，2002 [2] 文庆城主编.化学实验教学研究[M].北京:科学出版社，2003 [3] 吴琼主编.中学化学教学建模[M].南宁:广西教育出版社，2003.5 [4] 高剑南 王祖浩主编.化学教育展望[M]. 上海:华东师范大学出版社，2001.11 [5] 任有良等.浅谈中学化学实验教学的育人功能及教学艺术[J].商洛师范专科学校学报. 1999(11).