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例談中學(xué)化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)關(guān)注的問題論文
以初高中化學(xué)教材中過氧化氫的催化分解反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，闡述了讓演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮應(yīng)有的作用教師應(yīng)思考的問題——演示實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的內(nèi)容、演示實(shí)驗(yàn)操作的方法和演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的語言。
中學(xué)化學(xué)教材中有許多演示實(shí)驗(yàn)，其內(nèi)容的呈現(xiàn)形式一般是實(shí)驗(yàn)過程、方法和實(shí)驗(yàn)儀器、藥品的文字說明以及實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)方法的圖示。教材呈現(xiàn)出來的這些內(nèi)容是演示實(shí)驗(yàn)的簡約方案，不是演示實(shí)驗(yàn)的全部，它只是幫助教師教學(xué)的一個(gè)例子，是教師教學(xué)的參考，教材中演示實(shí)驗(yàn)的過程方法不是對教師教學(xué)的限制和規(guī)定，而是教師教學(xué)的樣本。教學(xué)實(shí)踐表明，如果對教材呈現(xiàn)的演示實(shí)驗(yàn)不進(jìn)行加工處理而照本應(yīng)用于課堂教學(xué)，有些時(shí)候演示實(shí)驗(yàn)很難發(fā)揮其最佳教學(xué)效果或者根本達(dá)不到演示實(shí)驗(yàn)的目的。要想讓演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮應(yīng)有的作用，教師就需要認(rèn)真思考演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的關(guān)鍵性的問題——演示實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)的內(nèi)容、操作的方法和教學(xué)的語言，本文以二氧化錳催化過氧化氫分解演示實(shí)驗(yàn)為例加以說明。
一、過氧化氫催化分解演示實(shí)驗(yàn)
在王祖浩教授領(lǐng)銜主編的滬教版九年級化學(xué)和蘇教版高中化學(xué)教材中都有過氧化氫加入二氧化錳催化劑催化發(fā)生分解反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)。
滬教版九年級化學(xué)中過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)如下[1]：
利用圖2-9的實(shí)驗(yàn)裝置，把稀的雙氧水(6%的過氧化氫溶液)從分液漏斗慢慢加入裝有二氧化錳粉末的錐形瓶中，收集一集氣瓶放出的氣體，用帶火星的木條伸入集氣瓶中。
研究表明，在雙氧水制取氧氣的反應(yīng)中，加入二氧化錳能加速雙氧水的分解。在反應(yīng)前后，二氧化錳的質(zhì)量保持不變，化學(xué)性質(zhì)也沒有發(fā)生變化。這種在化學(xué)反應(yīng)中能增大化學(xué)反應(yīng)速率，但本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有發(fā)生變化的物質(zhì)稱為催化劑。
蘇教版高中化學(xué)教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)如下[2]：
向A、B、C、D 4支試管中分別加入等體積5%的H2O2溶液，再向試管中分別加入2～3滴洗滌劑，向試管A中加入2～3滴FeCl3溶液，向試管B中加入少量MnO2粉末，向試管C中加入一小塊新鮮的動物肝臟，D試管留作比較用。觀察、比較4支試管中發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并試著分析導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象差異的原因。
實(shí)驗(yàn)表明，催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率有顯著影響。催化劑是通過降低反應(yīng)所需的活化能來增大反應(yīng)速率。如圖2-10所示，沒有催化劑參與的反應(yīng)，活化能(Ea')較大，則反應(yīng)的速率較小;而有催化劑參與的反應(yīng)，活化能(Ea)較小，因此反應(yīng)速率較大。
從初高中催化劑的教學(xué)要求和教材呈現(xiàn)的文本材料我們可以看出，同樣都是過氧化氫的催化分解實(shí)驗(yàn)，但用來說明的問題是不同的，初中教材中的實(shí)驗(yàn)用來說明催化劑的概念即什么樣的物質(zhì)是化學(xué)反應(yīng)的催化劑，而高中教材中的實(shí)驗(yàn)用來說明不同催化劑對過氧化氫的分解催化效果不同和催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的原因。因此，過氧化氫催化分解演示實(shí)驗(yàn)在不同時(shí)期教學(xué)的角度和關(guān)注點(diǎn)是不同的。
二、演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)關(guān)注的問題
1. 演示實(shí)驗(yàn)的演示內(nèi)容
教材中的演示實(shí)驗(yàn)都承載著課堂教學(xué)中知識的、技能的、方法的等多方面的教學(xué)任務(wù)，課堂上演示實(shí)驗(yàn)要把它所承擔(dān)的任務(wù)全部完成，就要求在實(shí)驗(yàn)演示的過程中讓其能展現(xiàn)的內(nèi)容全面表現(xiàn)出來，讓學(xué)生全方位觀察體驗(yàn)。
催化劑是初中化學(xué)中的重要概念，教學(xué)要求是認(rèn)識催化劑的基本特征。課堂教學(xué)中關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)就要能充分體現(xiàn)出催化劑具有的特征，讓學(xué)生通過現(xiàn)象充分體驗(yàn)到催化劑的特點(diǎn)，要達(dá)到這一要求，演示實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象就要能表現(xiàn)出催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)的速率，而反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化，讓學(xué)生在觀察、比較中得出對催化劑的認(rèn)識。過氧化氫催化分解實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象是知識層面的，實(shí)驗(yàn)過程的體驗(yàn)和現(xiàn)象的觀察、結(jié)論的獲取是技能、方法層面的，初中化學(xué)教學(xué)中通過二氧化錳催化過氧化氫的分解實(shí)驗(yàn)一定要讓學(xué)生切實(shí)感受到催化劑具有的特征，讓學(xué)生在知識、技能、方法上有所收獲，還要為高中化學(xué)中催化劑的教學(xué)鋪墊，即催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率，但不能改變化學(xué)反應(yīng)的方向，讓學(xué)生在觀察比較中意識到不是加入催化劑反應(yīng)才發(fā)生。
高中階段《化學(xué)反應(yīng)原理》中催化劑的教學(xué)是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的深入，目的是讓學(xué)生認(rèn)識催化劑加快化學(xué)反應(yīng)速率的原因和不同催化劑的催化效果，因此，高中化學(xué)過氧化氫的催化分解反應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)就應(yīng)該能從現(xiàn)象上表現(xiàn)出催化劑加入改變了化學(xué)反應(yīng)的過程，最終催化劑沒有發(fā)生變化，從而達(dá)到演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。
明確了實(shí)驗(yàn)要突出表現(xiàn)的內(nèi)容，演示實(shí)驗(yàn)圍繞著要突出表現(xiàn)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，讓演示實(shí)驗(yàn)把教學(xué)需要的信息都呈現(xiàn)出來，演示實(shí)驗(yàn)才是有效的。做到這一點(diǎn)需要教師認(rèn)真鉆研教材研究演示實(shí)驗(yàn)，透徹理解文本材料，精心設(shè)計(jì)選擇演示實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的做法。
2. 演示實(shí)驗(yàn)的演示方法
演示實(shí)驗(yàn)的操作方法需要精心設(shè)計(jì)安排，否則演示實(shí)驗(yàn)只能成為課堂教學(xué)的點(diǎn)綴，讓學(xué)生看些熱鬧、有些新奇而已，很難達(dá)到預(yù)想的結(jié)果。
對于二氧化錳催化過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)，按照滬教版九年級化學(xué)教材中的方法進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只是感受到過氧化氫接觸到二氧化錳產(chǎn)生了大量的氧氣，其它的可以說一無所獲，實(shí)驗(yàn)中并沒有現(xiàn)象能說明催化劑改變化學(xué)反應(yīng)的速率、反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有發(fā)生變化，學(xué)生也只能被動接受MnO2是雙氧水分解的催化劑的觀點(diǎn)，對MnO2催化雙氧水分解后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)沒有發(fā)生變化是半信半疑。MnO2是加快了雙氧水的分解速率還是使常溫下本沒有進(jìn)行的過氧化氫的分解反應(yīng)發(fā)生了?MnO2有沒有發(fā)生反應(yīng)?MnO2的質(zhì)量有沒有改變?固體物質(zhì)還是不是MnO2?這些方面的問題對學(xué)生認(rèn)識催化劑的概念和分析物質(zhì)是否是催化劑產(chǎn)生著影響。 按照蘇教版高中教材中的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行教學(xué)演示，學(xué)生同樣是只能看到過氧化氫在不同物質(zhì)存在的情況下，生成氧氣的速率加快了且加快的速率不同，也沒有感受到催化劑改變了化學(xué)反應(yīng)的過程，而最終質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有發(fā)生變化。演示實(shí)驗(yàn)的形式不同了，但與學(xué)生在初中從實(shí)驗(yàn)中得到的體驗(yàn)沒有什么不同，仍然是被動的接受催化劑改變化學(xué)反應(yīng)過程的結(jié)論。
從滬教版九年級化學(xué)教材關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)本身來看，雖然不能把催化劑全部的特點(diǎn)顯現(xiàn)出來，但實(shí)驗(yàn)的方法得當(dāng)也可以減少學(xué)生理解催化劑的困難。我們可以這樣來實(shí)驗(yàn)演示：
首先用一支試管取2mL6%的雙氧水，讓學(xué)生認(rèn)真觀察雙氧水中產(chǎn)生的細(xì)小的氣泡，感知過氧化氫在沒有加入二氧化錳前就可以發(fā)生分解，但速率很慢;然后向錐形瓶中加入二氧化錳時(shí)，讓學(xué)生體會到加入的量很少;連接裝置后，通過分液漏斗滴加過氧化氫，既讓學(xué)生觀察產(chǎn)生氣體的速率加快和感知?dú)怏w的收集檢驗(yàn)上，還要在氣體收集滿瓶和檢驗(yàn)后錐形瓶已不在產(chǎn)生氣體時(shí)，再向錐形瓶中滴加過氧化氫，錐形瓶中又產(chǎn)生氣體，反復(fù)這樣的操作幾次，通過加入少量二氧化錳使大量過氧化氫分解，讓學(xué)生體驗(yàn)二氧化錳沒有在過氧化氫生成氧氣時(shí)消耗，而是一直存在并發(fā)揮著催化作用。這樣一來，學(xué)生對二氧化錳是過氧化氫分解的催化劑的認(rèn)知就變得順理成章了。
蘇教版高中教材《化學(xué)反應(yīng)原理》中關(guān)于催化劑的演示實(shí)驗(yàn)，要體現(xiàn)出教學(xué)需要的現(xiàn)象，需要對實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行必要的加工改造。過氧化氫分解的催化劑有很多，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究，我們發(fā)現(xiàn)FeCl3溶液對過氧化氫分解的催化作用十分明顯，更重要的是，借助FeCl3溶液催化過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，可以把催化劑在反應(yīng)過程中的變化表現(xiàn)出來，幫助學(xué)生完整地認(rèn)識催化劑的催化原理。
課堂教學(xué)時(shí)，比較了不同物質(zhì)的催化效果后，再引導(dǎo)學(xué)生觀察FeCl3催化過氧化氫分解的實(shí)驗(yàn)。首先讓學(xué)生觀察FeCl3溶液的顏色，學(xué)生看到FeCl3溶液呈黃色，接著在試管中取2mL黃色的FeCl3溶液，然后用膠頭滴管向FeCl3溶液中滴加數(shù)滴5%的過氧化氫溶液，學(xué)生可以觀察到試管中產(chǎn)生了大量氣泡，并且在產(chǎn)生氣泡的過程中溶液變?yōu)榧t色，當(dāng)試管中的氣體逸出液體平靜下來后，液體又恢復(fù)為黃色。再用膠頭滴管向試管中滴加5%的過氧化氫，結(jié)果又出現(xiàn)了上述的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。學(xué)生觀察到這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，自然明白FeCl3作為催化劑參與了化學(xué)反應(yīng)，改變了反應(yīng)過程，化學(xué)反應(yīng)速率加快但最終FeCl3沒有變化。
我們可以看出，演示實(shí)驗(yàn)的做法對提高演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果是十分重要的，同樣的演示實(shí)驗(yàn)，不同的做法，學(xué)生的收獲不同。
3. 演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)語言
筆者除了設(shè)計(jì)了合適的演示實(shí)驗(yàn)的操作方法之外，在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中還要有恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)性語言的引領(lǐng)，才能啟發(fā)學(xué)生思考演示實(shí)驗(yàn)中教師的每一個(gè)表情、動作、操作、步驟的用意，讓學(xué)生去發(fā)現(xiàn)演示實(shí)驗(yàn)要揭示的問題，在演示實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中獲得知識、領(lǐng)悟方法。演示實(shí)驗(yàn)中的引導(dǎo)性用語一般是針對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要得到的結(jié)論設(shè)計(jì)的、富有啟發(fā)性、引導(dǎo)性的問題或陳述語，演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)的指導(dǎo)用語應(yīng)該圍繞演示實(shí)驗(yàn)解決的問題設(shè)計(jì)，要有針對性，富有啟發(fā)引導(dǎo)作用。
在進(jìn)行初中化學(xué)催化劑的教學(xué)時(shí)，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)下面的引導(dǎo)性語言、問題：
(1)仔細(xì)觀察或輕輕搖動盛有過氧化氫的試管觀察，你看到什么現(xiàn)象?該現(xiàn)象說明了什么問題?
(2) 將過氧化氫滴入錐形瓶后有什么現(xiàn)象出現(xiàn)?能試著猜想產(chǎn)生這種現(xiàn)象的可能的原因嗎?
(3)過氧化氫反復(fù)多次滴入錐形瓶時(shí)，你又有什么發(fā)現(xiàn)?對此發(fā)現(xiàn)的認(rèn)識是什么?
(4)通過上面的實(shí)驗(yàn)，能看出二氧化錳在過氧化氫分解中的作用嗎?
高中化學(xué)催化劑的教學(xué)時(shí)，二氧化錳催化過氧化氫分解的演示實(shí)驗(yàn)，可以設(shè)計(jì)下面的引導(dǎo)性問題：
(1)請認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象，并對它們加以描述。
(2)在初中催化劑學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，對此現(xiàn)象你有怎樣的感悟。
(3)FeCl3溶液中多次滴加過氧化氫的現(xiàn)象是什么，這種現(xiàn)象說明了什么。
(4)通過這些實(shí)驗(yàn)，你對催化劑加快化學(xué)反應(yīng)的速率有什么見解嗎?
教師演示實(shí)驗(yàn)操作和現(xiàn)象配合教學(xué)過程中這些引導(dǎo)性的語言、問題，讓學(xué)生在觀察思考和分析歸納中獲得了對催化劑較為全面的認(rèn)識。
指導(dǎo)用語的運(yùn)用要適時(shí)，有的語言和問題應(yīng)在演示實(shí)驗(yàn)前給出，指導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的觀察和思考，有的要在實(shí)驗(yàn)中提出，這樣更能引起學(xué)生對問題的注意，有的要在實(shí)驗(yàn)后拋出，讓學(xué)生對實(shí)驗(yàn)全面深入分析，防止實(shí)驗(yàn)結(jié)束學(xué)生思維即停止的情況。
演示實(shí)驗(yàn)富有豐富的教學(xué)內(nèi)涵，需要我們思考的問題有很多。我們只有對教學(xué)材料深入研究，才能讓演示實(shí)驗(yàn)發(fā)揮它應(yīng)有的教學(xué)功能。
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