浅谈化学实验的设计

阮菊杰

新课标的设置由过去单纯地以认知为目标转变为重知识和技能、过程与方法、情感态度与价值观3个方面,这就要求锻炼和培养学生动手和创新能力。化学是一门以实验为基础的科学,诸多的化学理论或者结论是在实验的基础上得出的。加强实验设计的探究不仅能加强学生的实验操作技能,更能促进学生领会实验设计思路,养成自主探究、创新的意识和习惯,形成和提高创造能力,增长知识积累和丰富直接经验。

1 化学实验设计的意义

化学实验设计是指实验者在实施化学实验之前,根据一定的化学实验目的和要求,运用有关的化学知识和技能,对实验的仪器、装置、步骤和方法在头脑中所进行的一种规划和设想。

化学是一门以实验为基础的科学,根据化学实验具有其特殊的魅力,能生动、直观、形象地揭示化学变化的规律。化学实验设计在教学中具有重要意义,它可以激发学生的化学学习兴趣。学生根据自己所学的化学知识,独立或在教师的启发下设计出各种实验方案,成功地解决化学实验问题,从而获得成功后的喜悦,激发起更大的学习热情,成为进一步学习的强劲动力。其次,设计化学实验方案需要学生灵活地和创造性地运用所学的化学基础知识和基本技能,因而可以培养他们解决化学实验问题的能力和创造能力。同时,进行化学实验设计还需要学生掌握各种科学方法,具有严肃认真、一丝不苟和敢于创新的精神,因而有利于学生科学方法的训练和科学态度的培养。

2 化学实验设计的类型

根据实验在化学教学认识过程中的作用来划分,化学实验设计主要有以下3种类型。

2.1 启发性(或探索性)实验设计由于这类实验是在课堂教学中配合其他化学知识的教授来进行的,多是采取边讲边实验或演示实验的形式。因此,在设计这类实验时,要做到效果明显、易操作、时间短、安全可靠。

2.2 验证性实验设计由于这类实验的目的主要是验证化学假说和理论,又多是采取学生实验课或边讲边实验的形式,因此在设计这类实验时,除了上述要求外,还要注意说服力要强。

2.3 运用性实验设计这类实验的目的是综合运用所学的化学知识和技能,解决一些化学实验习题或实验问题,因此,在引导学生进行实验设计时,要注意灵活性和综合性,尽可能设计多种方案,并加以比较,进而进行优选。从课内课外的角度来分,运用性实验设计又包括课内的实验习题设计和课外的生产、生活小实验设计。

3 化学实验设计应遵循的基本原则

3.1 科学性原则科学性是化学实验设计的首要原则。所谓科学性是指实验原理、实验操作程序和方法,必须与化学理论知识和化学实验方法论相一致。例如Na2S和Na2SO4的鉴别,在试剂的选择上就不宜选用硝酸等具有氧化性的酸;在操作程序的设计上,应先溶解、取少量,然后加试剂,而不能溶解后就加入试剂。

3.2 可行性原则可行性是指设计化学实验时所运用的实验原理在实施时切实可行,所选用的化学实验药品、仪器、设备和方法在中学的条件下能够得到满足。例如NaCl、Na2SO4的鉴别,有的学生常选用AgNO3作试剂,认为AgCl难溶、Ag2SO4微溶,从而把二者加以区分。事实上,这种方法所依据的原理在实施时是不可行的。因为AgNO3很不稳定,很易分解成难溶的氧化银。

3.3 安全性原则安全性是指实验设计时应尽量避免使用有毒药品和具有一定危险性的实验操作,如必须使用,应在所设计的化学实验方案中详细写明注意事项,以防止造成环境污染和人身伤害。

3.4 简约性原则简约性是指要尽可能采用简单的实验装置,用较少的实验步骤和实验药品,在较短的时间内来完成实验。例如AgNO3、NaBr、HCl和Na2CO34种溶液的鉴别。有的学生采用常规的组合实验方案,列出4种平行实验,共计12个操作步骤;有的学生运用分析推理,只用6个操作步骤就完成鉴别。相比之下,后一种设计简短实验程序,减少药品用量和工作量,在较短的时间内完成鉴别,符合简约性原则。

3.5 环保性原则目前环境污染比较严重,因此在设计实验时应注意考虑这一点,设计尾气处理装置。

3.6 创新性原则鼓励学生自己设计一些探索性实验,通过实验来有所发现、有所发明、有所创造、有所收获。

4 化学实验设计的发展方向

4.1在基本仪器使用中求创新任何一个化学仪器都有其特殊用途,但并非是唯一用途,在教学过程中不应把它讲死,应让学生知道有什么用途,还有什么用途,即让学生在仪器使用上进行创新。因此在设计实验时可选择性比较大。

4.2 在选择仪器上求创新可以在废弃的物品中选择重新利用,比如矿泉水瓶。可以鼓励学生设计微型实验,比如使用废弃的输液管。

遵循以上原则和方法,对学生设计的实验方案,要多加肯定和表扬,只要无科学性和安全性问题,即可按学生设计的方案去准备和实验,让学生享受成功的喜悦,不断激发学生的创新欲望,让他们尽可能发挥自己的潜能,获得更大的发展。

(作者单位:河南省开封市铁路中学)