科学方法训练的步骤和过程与认识论相一致,既包括感性认识阶段,又包括理性认识阶段。其中,收集有关资料和数据是感性认识阶段,而分析、研究、处理资料及数据是抽象、概括、推理、判断的过程,是认识上的第一个飞跃,发现规律性,得出结论是理性认识阶段。
上述步骤又可分解为:查阅资料、测定、实验、控制实验条件、分类、比较、抽象、概括、假说、验证过程。下面,将高中化学实验教材中科学方法训练内容列于下表。
从表中可以看出,科学方法训练的内容多次重复出现不断深化。其中,查阅资料5次,测定8次,控制条件8次,分类1次,科学抽样3次,假设验证4次。
高中化学科学方法训练内容:
实验内容科学方法训练内容
高一
1.杂铜的回收学习混和物分离方法,训练实验设计思路
2.配制一定物质的量浓度的溶液测定、实验结果分析
3.硫酸铜晶体中结晶水含量的测定测定、数据处理,实验结果分析
4.测定常温下1mol氢气的体积(选)测定、数据处理、误差分析
5.中和反应热效应的测定、数据处理、误差分析
6.熔点的测定(选)查阅资料、测定、数据处理
7.氯气和氯水性质分析、比较、假说、推理
8.氯,溴,碘的性质控制实验条件,设计实验
9.外界条件对化学反应速度的影响控制实验条件、比较、分析、推理、科学抽象
10.电解质的导电性分类、比较、归纳、概括、抽象具体化
11.酸碱中和滴定测定、数据处理、误差分析
12.硫酸和碱金属化合物的性质及检验分析、比较、推理
13.物质的检验控制实验条件、假说、验证
14.目视比色法测定微量氯气(选)测定、比较、数据处理
高二
1.氨和铵盐科学方法训练内容
2.未知液的鉴别查阅资料、控制实验条件、假设验证、推理、判断
3.土壤酸碱性及铵态氮的测定(选)测定、比较、数据处理
4.除去氯化铁中混有的氯化铝分析、比较、控制实验条件
5.纸上层析(选)分析、比较、控制实验条件
6.乙烯、乙炔的制取和性质查阅资料、控制实验条件,分析比较
7.酯的制取查阅资料、控制实验条件
8.实验习题查阅资料、分析、比较、概括假设、验证、推理、判断
2.科学方法训练的方法和途径
化学教学中教师怎样对学生进行科学方法训练?下面结合化学实验教学内容就科学方法训练的方法和途径作一阐述。
①氯水性质实验由验证性实验改成探索性实验。在教师指导下,学生通过提出问题查阅资料提出假设实验验证得出结论探索氯水漂白的原理。
②溶点测定实验,要求学生查阅硬酯酸的溶点,分析实验误差原因,提出实验结果分析的要求。
③丁酸丁酯的制取实验设计成让学生查阅丁酸、丁醇、丁酸丁酯的沸点,学会选用实验条件的方法。
④影响化学反应速度的实验,要求学生控制实验条件用对照实验进行研究,分析浓度、温度、表面积、催化剂对化学反应速度的影响,科学抽象出影响化学反应速度的因素。
⑤电解质导电性实验,要求学生通过物质的导电性实验,学习分类方法。通过分析物质导电性及导电性强弱的原因,抽象出电解质、非电解质、强电解质、弱电解质的概念。
⑥氨气制取实验,要求学生从氨的实验室制法的研究抽象出气体制取反应原理、气体发生装置、气体收集方法、气体净化方法、气体吸收方法的选择要素。最后归纳概括得出气体制取的一般流程:
反应原理发生装置净化装置
收集方法尾气处理
整个教学过程以氨的制取为载体,对学生进行分析、比较、归纳、抽象、具体化等科学方法的训练,指导学生学习研究问题,解决问题的方法。
⑦实验中有目的有步骤系统地对学生进行实验能力的培养,高中阶段分三个层次进行。
第一阶段:学习实验设计的基本思路。例如:《杂铜回收》用杂铜为原料制取铜,学习混合物分离的方法。
第二阶段:在教师指导下完成实验设计方案。例如:《物质的检验》,教师指导学生进行物质的鉴定和鉴别,学习物质检验的方法。
第三阶段:学生独立完成实验设计方案。例如:《实验习题》,学生拟定方案,提出假说,作出可能的结论,进行实验验证,肯定假说,否定假说或修正假说,得出结论。
二、实施结果
高中教材必做实验16个、据18所试验学校统计完成率99%,选做实验6个,完成率33%。实验结果表明,科学方法训练的贯彻必须解决实验仪器的更新,教师实验培训、实验考试改革等配套措施。下面就试验结果对上述三个配套问题及科学方法训练的效果作一分析。
(1)实验仪器配套是科学方法训练的基础
新编化学实验教材引进了数字式温度计,电光天平、测气管、双球U形管、数字式pH计五种新的实验仪器。从而解决了定量实验时间长的问题,提高了演示实验、学生实验的效果。例如:电光天平称量快;测气管用于测定1mol氢气的体积;双球U形管应用广、检测快,数字式温度计可见度大,使用方便;数字式pH计操作方便,检测快。
(2)实验考试改革指明了科学方法训练的方向化学实验考试改革具有重要的导向作用,把科学方法训练提到重要的位置。18所试验学校在高一、高二期末笔试考卷中有查阅资料、分析、判断、推理等科学方法的内容。如:高一:观看浓H2SO4跟NaBr晶体反应的实验录像填表:
从录像里观察得到初步结论
到的主要现象
A导管里
B试管里
C圆底烧瓶里
推测圆底烧瓶里反应的产物有
高二:查阅有关资料回答制取H2S时发生装置的选择、气体收集方法的选择、尾气处理方法的选择、检验气体集满方法的选择。
根据录像中演示实验的情景回答下列问题
①观察到针筒(B)内气体变化的现象
②观察到针筒(B)内气体体积最终读数
③写出针筒(B)内气体发生反应的化学方程式。
此外,还增加实验操作考试,例如:高一实验考试内容有《实验操作》、《完成实验》、《观察及方法》、《态度及习惯》。主要考核学生实验技能,科学态度和科学方法。
通过化学试验考试,广大教师明确了科学方法训练的重要性,理解了实验教材编写意图达到了预期效果。
3.科学方法训练的近期效果和远期效应
事实表明,学生掌握了科学方法就能借助于它,去解决一些新问题,能在科学知识不断更新中,运用科学方法进行再学习,继续获得新知识。试验学校中有相当部分学生在各种化学竞赛中获奖。实验教材指导学生在原有知识基础上,从解决问题的方法上学会采用工具设计步骤,开展思维活动。
三、问题和建议
18所学校试验结果表明,进行科学方法的训练,必须要有一本好的实验教材,好的教师队伍,还必须加强实验员培训,更新实验条件。下面,就试验中存在的问题提出几点初步建议。
(1)适当修改实验教材
选做实验完成率较低,仅33%,其主要原因是个别实验所需时间长,实验条件要求较高,不少县无法实施。建议实验时间长的改为课外实验,有的实验要求作适当修改。
(2)改善实验室条件
18所学校试验表明,有些学校实验条件较差,设备不齐全,药品紧缺,必须配套跟上。
总的一句话,新实验教材的实施有助于科学方法的训练。
培养中学生化学实验操作能力
在化学教学中培养学生的化学实验操作能力,是中学化学实验教学的主要任务之一。就此问题,一些教师总结介绍的作法是:
一、提高教师自身的实验操作技能
教学演示实验是一个传授知识的过程,教师的一举一动也都给学生很深的印象,起到潜在的楷模作用。因此提高教师自身的实验操作技能,是培养学生实验操作能力的前提。
因为化学实验的不确定性,教师必须在课前作一次自我操练,切实掌握好演示实验的要领,确保每个演示实验的万无一失。同时,也可以发现实验中可能出现的问题,并在课堂上提出让学生思考,从而对知识的掌握更深刻了。例如,氨的喷泉实验看来简单,可要做好,却并不容易。只有亲手操作过,切实掌握了一“干”(盛氨气的烧瓶要干燥)、二“严”(烧瓶要严密不漏气)、三“满”(氨气要尽量充满整个烧瓶)的要领,才能取得理想的效果。
二、抓好学生的基本实验操作
基本实验操作是培养学生实验操作能力的基础。为改变以往学生缺乏实验基本操作训练的状况,从实际出发,根据不同年级的教学要求,遵照“循序渐进”的原则,分别制定了各年级实验操作基本技能的训练要求,并归纳总结成表格,叫做培养化学实验技能的“序”。根据“序”的内容,落实到各个年级、每个实验、每种仪器、每项操作中去。在这个方面,主要采取以下四条措施:
(1)早抓
从学生刚开始接触化学学科时,就必须紧抓不放。在“绪论”课之后,让学生进入实验室,自己接触实验的基本仪器、模型、标本、挂图,强调培养化学实验技能的目的,提出学生实验的要求和实验室规则,并有意让他们做点燃镁条的实验和用玻璃管向盛有澄清石灰水的烧杯中吹气变浑浊后又变清的实验,培养他们对化学学习的兴趣,也为他们掌握实验操作技能、观察实验现象牵线搭桥。
(2)细抓
教师在涉及实验操作技能的教学中,一定要舍得花课时。在课堂上逐项对学生进行训练考核,采取“讲清道理、示范操作、学生练习、总结提高”四步曲的做法。两人一组,人人动手,相互纠正,反复练习,项项落实,达到个个能独立操作的目的。若有少数不过关的学生,也不轻易“放”过,在取得班主任老师的支持后,让他们在课余时间去实验室重作实验,直到学会为止。
(3)集中抓
根据实验的难易程序和学生实验操作的实际情况,必要时要集中时间、集中内容,进行集中训练。高一新生来自各初中,学生的实验操作能力参差不齐。因此,高一新生入校,用两周六课时的时间进行使用化学仪器技能和基本操作技能的集中训练,以填补空白,提高起点,为实验教学创造良好的基础。对于难度较大,要求较高的定量实验,总是精心组织,集中训练,严格要求,落实到每个学生。
(4)反复抓
基本操作技能的掌握与熟练,并不是靠一朝一夕、一蹴而成的,需要循序渐进,经常训练和反复巩固提高,才能达到熟练掌握、灵活运用的程度。例如:中和滴定是中学化学的重要实验,对于酸、碱滴定管的使用及量液、读数等,大家感到并不难掌握,就是当用指示剂指示反应是否已达到终点时,有的学生畏缩不前,不敢再滴下去,有的学生放标准液时忘了摇锥形瓶,摇锥形瓶时又不敢放标准液,大多数学生滴过了终点,造成较大误差。为训练学生准确、熟练、协调的中和滴定操作技能,可以采取“认真指导、集中训练、分散巩固、反复操作、定期考查、查漏补缺”的方法,让学生多次进行练习。实验结果表明:多数学生操作的熟练程度得以提高。
三、充分利用实验课堂
上好实验课堂,是培养学生操作能力的中心环节。
1.根据教学要求,制定学期实验课计划
为了提高实验课质量,可以根据标准与教材的要求,制定学期实验课计划,统筹安排。内容有:实验的目的要求、实验内容、实验方法步骤、实验材料、实验基本技能训练要点、实验时间等,按计划分别落实到有关章节中去,对每章每节的实验要求具体,难易适度。由于每节实验课是全学年、学期或某一项实验操作技能培养过程中的重要一环,所以应当做到前后互相衔接。例如:培养学生使用试管的能力,在不同的课里应提出不同的要求,使学生逐步掌握:①在化学实验基本操作中,只要求他们能正确地拿试管,夹持试管,洗刷试管等。②在测定硫酸铜晶体结晶水含量的实验中,要他们学会用试管加热固体物质(注意试管的倾斜方向)。③在进行酸碱反应实验课里要求他们会振荡试管,用试管加热物质等。
2.课前要认真做到“五备”
“五备”即:备实验目的要求,备基本技能操作训练,备实验材料,备注意事项,备直观教具。对个别难度较大的实验(如:酸碱中和滴定,摩尔溶液的配置,多糖的性质实验),还要备培养积极分子的辅导计划。此外,实验前一定要指导学生作好预习工作,让学生认真填好实验报告中“实验内容、步骤”一栏。上课时,以报告单作“入场券”,教师每次抽查一、二个组,这样,教师就可以节约讲解时间,让学生有充足的时间动手操作,以提高实验的速度和效益。